Aplicaciones de la citometría de flujo en botánica

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Introducción
¿Qué es la citometría de flujo?
Citometría de flujo en botánica
Uso de la citometría de flujo para mejorar el fitomejoramiento
Uso de la citometría de flujo para el análisis directo de la aptitud del polen
Determinación de las características del polen
En resumen
Referencias


La citometría de flujo es una poderosa herramienta analítica empleada en varias industrias. Este artículo proporcionará una descripción common de su uso en el campo de la botánica.

¿Qué es la citometría de flujo?

La citometría de flujo mide las características químicas y físicas de las poblaciones de células o partículas. En un citómetro, las poblaciones de muestra objetivo se enfocan en una sola columna, fluyendo a través de un rayo láser una célula o partícula a la vez. La luz se dispersa cuando pasa el rayo láser, lo que revela las características de las células y componentes.

Las células o partículas diana se tiñen con marcadores fluorescentes. Estos marcadores absorben la luz y la emiten en forma de longitudes de onda, que luego son analizadas por el software program del sistema para construir una huella digital de la muestra basada en sus características ópticas. La citometría de flujo es un método analítico potente y de alto rendimiento que puede examinar y proporcionar información sobre miles de células por minuto.

Esta técnica se utiliza habitualmente en estudios de laboratorio, ensayos clínicos e investigación clínica. Los usos incluyen la clasificación de células, el recuento de células, la detección de ingeniería de proteínas, la detección de biomarcadores, la determinación de la función y las características de las células y la detección de microorganismos.

Botánica

Haber de imagen: VectorMine/Shutterstock.com

Citometría de flujo en botánica

Si bien la citometría de flujo ha encontrado una amplia aplicación en la ciencia médica, no es el único campo de investigación en el que se utiliza esta técnica analítica. Los científicos que trabajan en botánica y campos asociados han aprovechado su poderoso potencial para caracterizar rápidamente las propiedades y funciones de las células.

La agricultura se enfrenta a varios problemas críticos en el siglo XXI.S t siglo. El crecimiento de la población, el cambio climático, el daño ambiental y las enfermedades de los cultivos causan problemas para garantizar la seguridad alimentaria de la población mundial. Además, la biodiversidad está disminuyendo a un ritmo alarmante, y los expertos estiman que entre 200 y 2000 especies se extinguen cada año. Se desconoce el número actual de especies de plantas que se están perdiendo, y varias podrían extinguirse incluso antes de que se descubran.

Se necesita un rápido análisis y categorización de las células vegetales para dilucidar la información genética, mejorar el éxito de la reproducción y monitorear el efecto del cambio climático y los patógenos en las especies de plantas en todo el mundo. La citometría de flujo brinda a los botánicos una poderosa adición a su conjunto de herramientas analíticas. Se han publicado varios artículos recientes que demuestran los beneficios de la citometría de flujo para este campo de investigación.

Uso de la citometría de flujo para mejorar el fitomejoramiento

Garantizar la seguridad alimentaria en un mundo cambiante es una preocupación crítica para la industria agrícola, los científicos de alimentos y los científicos de plantas. Los cultivos que pueden resistir la actividad de plagas, las inundaciones, las temperaturas fluctuantes y producir mayores rendimientos tienen actualmente una demanda crítica.

La citometría de flujo ha demostrado su eficacia para ayudar a los investigadores a acelerar rápidamente la selección de cultivos más robustos y productivos debido a su versatilidad y análisis de alto rendimiento de grandes poblaciones de células.

Polen

Haber de imagen: Ermak Oksana/Shutterstock.com

Uso de la citometría de flujo para el análisis directo de la aptitud del polen

La aptitud de los gametofitos masculinos es esencial para la reproducción sexual en las plantas. Muchos cultivos dependen de una polinización eficiente para reproducirse, pero el polen puede ser extremadamente wise al estrés por calor debido a las fluctuaciones ambientales.

A medida que el mundo se calienta debido al cambio climático, esto se está convirtiendo en un problema crítico que afecta el suministro mundial de alimentos. La aptitud del polen afecta varias fases de la reproducción sexual en las plantas, incluida la maduración del grano, la dispersión, la germinación y la fertilización.

Determinar la viabilidad de los granos de polen brinda a los investigadores un management esencial para evaluar el potencial reproductivo de las plantas y responde preguntas fundamentales en el campo de la biología de las células del polen. Se han desarrollado muchos ensayos durante décadas para evaluar la aptitud de los granos de polen, incluida la tinción de Alexander. Este ensayo utiliza tinción diferencial de colour turquesa y rojo para diferenciar entre células vivas y muertas.

Las técnicas analíticas convencionales no proporcionan el análisis de alto rendimiento necesario para contar y caracterizar rápidamente las células de granos de polen sanas y comprometidas. Además, las tinciones de Alexander poseen algunas limitaciones, incluida la incapacidad de distinguir células vivas y muertas en algunas especies de plantas. Se han desarrollado varias técnicas histoquímicas para superar estos problemas, pero muchas son citotóxicas.

Un trabajo de investigación publicado en 2019 en el diario de la planta informó utilizando una técnica de citometría de flujo para la evaluación de la aptitud del polen utilizando una sonda ROS y H2Tinción DCFDA. Este tinte a base de fluoresceína es un indicador de ROS, comparable a FDA. Se puede utilizar para teñir una amplia variedad de células vegetales.

El equipo detrás de la investigación probó su metodología propuesta en plantas, incluidas especies de tomate, pepino y amapola. Se produjeron fuertes señales fluorescentes, que discriminan entre células de polen vivas y muertas.

El equipo descubrió que el estrés por calor aumentaba los niveles de especies reactivas de oxígeno y reducía la germinación del polen. Además, demostraron la idoneidad de la citometría de flujo para investigar el estrés por calor en los cambios metabólicos y la viabilidad del polen.

Determinación de las características del polen

Identificar y cuantificar el polen es una tarea important pero desafiante para los científicos de plantas. Proporcionar esta información ayuda a los investigadores a abordar varias cuestiones ecológicas y evolutivas. Actualmente, la microscopía se usa comúnmente para la identificación y cuantificación del polen. La citometría de flujo puede proporcionar grandes beneficios a los investigadores para estas tareas críticas.

Un estudio de 2020 utilizó la citometría de flujo y el aprendizaje profundo para determinar los rasgos morfológicos del polen, como la simetría, el tamaño y la estructura. Se entrenó una pink neuronal con más de cuatrocientas mil imágenes de polen de treinta y cinco especies de plantas diferentes, identificándolas fácilmente durante el análisis.

Los autores han declarado que el uso de su método propuesto junto con una base de datos de polen integral proporcionará beneficios significativos para el análisis cuantitativo rápido y la identificación de especies y características.

En resumen

La citometría de flujo proporciona a los botánicos un potente conjunto de herramientas analíticas. Capaz de contar, clasificar y diferenciar rápidamente entre diferentes poblaciones de células o partículas, esta técnica se puede utilizar para el análisis morfológico, la investigación genética, ayudar a la selección rápida de cultivos que pueden soportar mejor los efectos del cambio climático y ayudar a los investigadores a garantizar la seguridad alimentaria. y proteger la biodiversidad.

Referencias:

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