کاربردهای فلوسایتومتری در گیاه شناسی

فهرست مطالب نمایش

مقدمه‌ای بر کاربردهای فلوسایتومتری در گیاه شناسی

فلوسایتومتری یک ابزار تحلیلی قدرتمند است که در چندین صنعت به کار می رود. در این مقاله مروری بر کاربرد آن در زمینه گیاه شناسی ارائه خواهد شد.

فلوسایتومتری چیست؟

فلوسایتومتری ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی جمعیت سلول‌ها یا ذرات را اندازه گیری می‌کند. در یک سایتومتر، جمعیت‌های نمونه هدف در یک ستون متمرکز می‌شوند و در یک جریان از مقابل پرتو لیزر جریان می‌یابند. نور هنگام عبور از سلول پراکنده می‌شود که ویژگی‌های سلول‌ها و اجزا را آشکار می‌کند. سلول‌ها یا ذرات هدف با نشانگرهای فلورسنت رنگ آمیزی می‌شوند.

این نشانگرها نور را جذب کرده و آن را به شکل طول موج ساطع می‌کنند که سپس توسط نرم افزار سیستم تجزیه و تحلیل می‌شود تا هویت نمونه بر اساس ویژگی‌های نوری آن ساخته شود. فلوسایتومتری یک روش تحلیلی قدرتمند و با توان عملیاتی بالا است که می‌تواند هزاران سلول را در دقیقه بررسی و ارائه دهد.

این تکنیک به طور معمول در مطالعات آزمایشگاهی، آزمایشات بالینی و تحقیقات بالینی استفاده می‌شود. موارد استفاده شامل مرتب سازی سلولی، شمارش سلولی، تشخیص مهندسی پروتئین، شناسایی نشانگرهای زیستی، تعیین عملکرد و ویژگی‌های سلول، و شناسایی میکروارگانیسم‌ها می‌باشد.

فلوسایتومتری در گیاه شناسی

در حالی که فلوسایتومتری کاربرد گسترده‌ای در علم پزشکی پیدا کرده است، این تنها زمینه ای نیست که از این تکنیک تحلیلی استفاده می‌شود. دانشمندانی که در زمینه‌های گیاه شناسی و مرتبط با آن کار می‌کنند، از پتانسیل قدرتمند آن برای توصیف سریع خواص و عملکرد سلول‌ها استفاده کرده اند.

کشاورزی در قرن بیست و یکم با چندین مسئله حیاتی مواجه است. رشد جمعیت، تغییرات آب و هوایی، آسیب‌های زیست محیطی و بیماری‌های محصولات زراعی باعث ایجاد مشکلاتی در تضمین امنیت غذایی برای جمعیت جهان می‌شود. علاوه بر این، تنوع زیستی با سرعت نگران کننده ای در حال کاهش است و کارشناسان تخمین می‌زنند که سالانه بین 200 تا 2000 گونه منقرض می‌شوند. تعداد واقعی گونه‌های گیاهی که از بین می‌روند ناشناخته است و چندین گونه احتمالی قبل از کشف منقرض شده‌اند.

تجزیه و تحلیل سریع و طبقه بندی سلول‌های گیاهی برای روشن شدن اطلاعات ژنتیکی، بهبود موفقیت اصلاح نژاد و نظارت بر تأثیر تغییرات آب و هوا و عوامل بیماری زا بر روی گونه‌های گیاهی در سراسر جهان مورد نیاز است. تکنیک فلوسایتومتری به گیاه شناسان ابزار قدرتمندی برای تجزیه وتحلیل ارائه می‌دهد. چندین مقاله اخیرا منتشر شده است که مزایای فلوسایتومتری را برای این زمینه تحقیقاتی نشان می‌دهد.

استفاده از فلوسایتومتری برای بهبود اصلاح نژاد گیاهان

تضمین امنیت غذایی در دنیای در حال تغییر، یک نگرانی حیاتی برای صنعت کشاورزی، دانشمندان علوم غذایی و دانشمندان گیاهی است. محصولاتی که می‌توانند فعالیت آفات، سیل، نوسان دما و تولید محصول بیشتر را تحمل کنند، در حال حاضر تقاضای حیاتی دارند.

فلوسایتومتری کارایی خود را در کمک به محققان برای تسریع انتخاب محصولات قوی‌تر و مولد به دلیل تطبیق پذیری و تجزیه و تحلیل با توان بالای جمعیت‌های سلولی به اثبات رسانده است.

استفاده از فلوسایتومتری برای آنالیز مستقیم گرده

تناسب گامتوفیت‌های نر برای تولید مثل جنسی در گیاهان ضروری است. بسیاری از محصولات زراعی برای تولیدمثل به گرده افشانی کارآمد متکی هستند، اما گرده به دلیل نوسانات محیطی می‌تواند به تنش گرمایی بسیار حساس باشد. با گرم شدن جهان به دلیل تغییرات اقلیمی، این موضوع به یک مسئله حیاتی تبدیل می‌شود که بر عرضه جهانی غذا تأثیر می‎‌گذارد.

سازگاری گرده بر چندین مرحله از تولید مثل جنسی در گیاهان تأثیر می‌گذارد، از جمله بلوغ دانه، پراکندگی، جوانه زنی و لقاح. تعیین زنده ماندن دانه‌های گرده یک کنترل ضروری برای ارزیابی پتانسیل تولیدمثلی گیاه را در اختیار محققان قرار می‌دهد و به سؤالات اساسی در زمینه زیست شناسی سلولی گرده پاسخ می‌دهد.

سنجش‌های زیادی در طول دهه‌ها برای ارزیابی تناسب دانه‌های گرده، از جمله رنگ الکساندر، توسعه یافته‌اند. این روش از رنگ‌آمیزی فیروزه‌ای و قرمز برای تمایز بین سلول‌های زنده و مرده استفاده می‌کند. تکنیک‌های تحلیلی مرسوم، آنالیز با کارایی بالا مورد نیاز ،برای شمارش و شناسایی سریع سلول‌های دانه گرده سالم و آسیب‌دیده را ارائه نمی‌کنند.

علاوه بر این، لکه‌های الکساندر دارای محدودیت‌هایی هستند، از جمله عدم توانایی در تشخیص سلول‌های زنده و مرده در برخی گونه‌های گیاهی. چندین تکنیک هیستوشیمیایی برای غلبه بر این مسائل ایجاد شده است، اما بسیاری از آنها سیتوتوکسیک هستند. یک مقاله تحقیقاتی منتشر شده در سال 2019 در مجله گیاهی، استفاده از تکنیک فلوسایتومتری را برای ارزیابی تناسب گرده با استفاده از پروب ROS و رنگ‌آمیزی H2DCFDA گزارش کرد.

این رنگ مبتنی بر فلورسین یک شاخص ROS، مشابه FDA است. می‌توان از آن برای رنگ آمیزی طیف گسترده ای از سلول‌های گیاهی استفاده کرد. تیمی که در پشت این تحقیق قرار داشت روش پیشنهادی خود را روی گیاهانی از جمله گونه‌های گوجه‌فرنگی، خیار و خشخاش آزمایش کرد. سیگنال‌های فلورسنت قوی، که بین سلول‌های گرده زنده و مرده تمایز قائل می‌شوند، تولید شدند.

این تیم کشف کردند که استرس گرمایی باعث افزایش سطح گونه‌های فعال اکسیژن (گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) در طول متابولیسم اکسیداتیو میتوکندری و همچنین در پاسخ سلولی به بیگانه‌بیوتیک‌ها، سیتوکین‌ها و تهاجم باکتریایی تولید می‌شوند.) و کاهش جوانه زنی گرده می‌شود. علاوه بر این، آنها مناسب بودن فلوسایتومتری را برای بررسی استرس گرمایی بر تغییرات متابولیک و زنده ماندن گرده نشان دادند.

تعیین صفات گرده

شناسایی و تعیین کمیت گرده یک کار حیاتی اما چالش برانگیز برای دانشمندان گیاهی است. ارائه این اطلاعات به محققان کمک می‌کند تا به چندین سوال اکولوژیکی و تکاملی بپردازند. در حال حاضر، میکروسکوپ معمولا برای شناسایی و کمیت گرده استفاده می‌شود. فلوسایتومتری می‌تواند مزایای زیادی را برای این وظایف حیاتی به محققان ارائه دهد.

یک مطالعه در سال 2020 از فلوسایتومتری و یادگیری عمیق برای تعیین صفات مورفولوژیکی گرده مانند تقارن، اندازه و ساختار استفاده کرد. یک شبکه عصبی بر روی بیش از چهارصد هزار تصویر گرده از سی و پنج گونه گیاهی مختلف آموزش داده شد و به راحتی آنها را در طول تجزیه و تحلیل شناسایی کرد.

نویسندگان بیان کرده اند که استفاده از روش پیشنهادی آنها در ارتباط با یک پایگاه داده جامع گرده، مزایای قابل توجهی را برای تجزیه و تحلیل کمی سریع و شناسایی گونه ها و صفات فراهم می کند.

به طور خلاصه

فلوسایتومتری یک جعبه ابزار تحلیلی قدرتمند را در اختیار گیاه شناسان قرار می‌دهد. این تکنیک که قادر به شمارش سریع، مرتب‌سازی و تمایز بین جمعیت‌های مختلف سلولی یا ذرات است، می‌تواند برای تجزیه و تحلیل مورفولوژیکی، تحقیقات ژنتیکی، کمک به انتخاب سریع محصولاتی که می‌توانند بهتر در برابر اثرات تغییرات آب و هوایی مقاومت کنند، و به محققان کمک می‌کند تا امنیت غذایی را تضمین کنند.

همچنین بخوانید: