Soluzione completa per la ricerca sul fenotipo algale (II)

5. Studio fenotipico della simbiosi del corallo

Miguel Costa LealLa capacità fotosintetica e i cambiamenti ecologici dei simbionti coralli sono stati studiati utilizzando il sistema di imaging fluorescente multispettrale chiuso FluorCam. Il sistema di imaging multispettrale fluorescente chiuso FluorCam può non solo eseguire misurazioni di imaging di fluorescenza clorofillica, ma anche eseguire imaging NDVI dell'indice di normalizzazione della vegetazione e imaging GFP della proteina fluorescente verde (che può anche misurare altre proteine fluorescenti). In questo studio, l'imaging NDVI rifletteva i cambiamenti di distribuzione e concentrazione della clorofilla, l'imaging GFP indicava il tessuto degli echinodermi contenenti proteine simili alla GFP e l'imaging fluorescente della clorofilla dimostrava la capacità fotosintetica dei coralli. Nel frattempo, la fluorescenza multispettrale può anche essere utilizzata per studi secondari di metabolomica e fenotipo della malattia, così come altre immagini fluorescenti della proteina, come YFP, BFP, RFP, ecc.

Pertanto, un singolo sistema di imaging fluorescente multispettrale FluorCam può completare uno studio completo dei fenotipi algali, inclusi fenotipi fotosintetici, indici spettrali di riflettanza NDVI, proteine fluorescenti, livelli metabolici secondari e distribuzione.

Sinistra: imaging multispettrale NDVI e analisi di imaging della proteina fluorescente verde GFP nelle diverse fasi di espansione della contrazione del corallo; Giusto; Analisi dell'imaging RGB, dell'imaging a fluorescenza clorofillica e dell'imaging multispettrale NDVI di campioni di superficie corallina e profilo verticale in condizioni di adattamento alla luce bassa e forte, rispettivamente

Diagramma schematico della struttura del sistema di imaging multispettrale FluorCam personalizzato in questo studio

riferimento: Leal M C,et al.2015. Immagini simultanee di clorofillafluorescence, Chlorophyll a contentand greenfluorescent proteins-like proteinsof symbiotic cnidarians. Marine Ecology, DOI: 10.1111/maec.12164

6. Ricerca sulla prevenzione e il controllo dell'erosione biologica

Le statue di marmo sono spesso ricoperte di biofilm verdi o neri grigi. Questo biofilm è una miscela di alghe blu-verdi, alghe e funghi, e gradualmente erode il marmo. Al fine di proteggere le statue di marmo all'aperto, gli istituti di ricerca europei hanno condotto una grande quantità di lavori di ricerca correlati. Per valutare l'attività dei biofilm e la loro efficacia dopo la pulizia, la tecnologia di imaging a fluorescenza clorofillica è senza dubbio la tecnica più conveniente e diretta. Marta Mascherchi dell'Istituto di Fisica Applicata di Firenze utilizza il laser per rimuovere i biofilm dal marmo. Lo strumento portatile per immagini fluorescenti FluorCam fornisce i dati più potenti per rilevare gli effetti di clearance e ottimizzare i parametri laser.

Sinistra: Verificare l'effetto di elaborazione attraverso l'imaging di fluorescenza clorofillica; A destra: Al lavoroFluorCamDispositivo portatile per immagini a fluorescenza

riferimento: Mascalchi M,et al.Rimozione laser del biofilm dal marmo di Carrara utilizzando 532 nm: The first validation study. Measurement 130: 255-263

7. Sviluppo della bioenergia

Il primo passo nello sviluppo di bioenergia per la produzione di olio algale è ottenere specie algali di alta qualità con elevata biomassa. L'estinzione non fotochimica di NPQ rappresenta l'energia dissipata dal sistema fotosintetico delle alghe senza utilizzo. Quindi ridurre l'NPQ aumenterà inevitabilmente la sua biomassa. In questo studio, FluorCam sistema di imaging a fluorescenza clorofillica è stato utilizzato per lo screening di due ceppi mutanti di Chlamydomonas con NPQ ridotto, e le condizioni ottimali di coltivazione sono state esplorate attraverso il sistema di monitoraggio della coltivazione delle alghe MC1000 a 8 canali. Il sistema di monitoraggio della coltivazione delle alghe a 8 canali MC1000 può essere considerato come una versione semplificata del sistema FMT150 di coltivazione delle alghe e monitoraggio online, che può regolare dinamicamente i cicli di luce, temperatura e buio chiaro, e monitorare la dinamica di crescita delle alghe misurando OD. È molto adatto per la coltivazione rapida multi replicata di alghe.

A sinistra: curve NPQ, diverse condizioni di coltura e curve di crescita di Chlamydomonas reinhardtii wild-type e due ceppi mutanti; A destra: MC1000 sistema di monitoraggio della coltivazione delle alghe a 8 canali

riferimento: Berteotti S,et al.2016. Aumento della produttività della biomassa nelle alghe verdi sintonizzando l'estinzione non fotochimica. Scientific Reports 6, 21339

8. Sistema di analisi ottica per immagini per fenotipi omiche degli organismi marini

2019Nell'anno, la Ocean University of China ha equipaggiato il primo sistema di analisi ottica domestica per l'omica del fenotipo della biologia marina, che comprende i seguenti sottosistemi:

lFKMSistema di imaging dinamico di microscopia a fluorescenza multispettrale

lFluorCamSistema di imaging multispettrale a fluorescenza

lFluorCamSistema di imaging a fluorescenza clorofillica

lSpecim IQimager iperspettrale

lMC1000 8Sistema di monitoraggio della coltivazione delle alghe canalizzate

I vari sottosistemi del sistema di analisi ottica per immagini per fenotipi omiche degli organismi marini

Il sistema di imaging fluorescente multispettrale FluorCam è un prodotto avanzato di estensione della tecnologia di imaging fluorescente clorofillica FluorCam. Può essere utilizzato per l'analisi dinamica di imaging della fluorescenza clorofillica, nonché per la misurazione e l'analisi della fluorescenza multispettrale MCF generata dall'eccitazione della luce UV a lunga banda sulle foglie delle piante. Può anche essere equipaggiato opzionalmente con la misurazione di imaging della fluorescenza allo stato stazionario come la proteina fluorescente verde GFP. FluorCam è ampiamente usato nella ricerca sui geni funzionali fotosintetici delle alghe, sulla risposta allo stress, sull'ecologia delle alghe, sull'allevamento economico delle alghe e sullo sviluppo bioenergetico. Tra questi, la fluorescenza multispettrale MCF è particolarmente adatta per l'analisi complessiva dei metaboliti secondari causati da malattie e lo studio dei meccanismi di difesa algale.

Sinistra: FluorCam sistema multispettrale di imaging fluorescente al lavoro; A destra: MCF analisi multispettrale fluorescenza imaging di malattie infette da alghe marine

Il sistema di imaging di microscopia dinamica multispettrale di fluorescenza di FKM (microscopio cinetico fluorescente) è attualmente lo strumento più potente e completo per lo studio della microfluorescenza della pianta. È un sistema di imaging di microscopia personalizzato basato sulla tecnologia di imaging di fluorescenza della clorofilla FluorCam. FKM ha davvero fatto della tecnologia di imaging fluorescente una sonda per studiare il meccanismo della fotosintesi, consentendo ai ricercatori di acquisire una comprensione più profonda del processo di fotosintesi e dei vari cambiamenti che si verificano durante di essa a livello cellulare e subcellulare nelle alghe e piante superiori, fornendo lo strumento più potente per studiare direttamente il meccanismo di funzionamento del sistema fotosintetico nei cloroplasti. FKM, come doppio strumento per lo studio microscopico dei fenotipi e genotipi algali/vegetali, è stato ampiamente riconosciuto dalla comunità accademica e ha raggiunto un gran numero di risultati di ricerca scientifica. La combinazione di FKM e FluorCam multispettral fluorescence imaging system può riflettere in modo completo l'impatto di fattori di stress come malattie sulle alghe a livello macro e micro.

Immagine di microscopia di fluorescenza della clorofilla dopo l'infezione con la malattia delle alghe marine: sinistra: massima fluorescenza Fm, mezzo: massima efficienza fotochimica Fv/Fm; 1 è l'area infetta iniziale della malattia, 2 è l'area in cui la malattia si diffonde e 3 è l'area non ancora infetta; A destra: sistema FKM al lavoro

L'imager ad alto spettro Specim IQ è una fotocamera ad alto spettro portatile completa che combina l'acquisizione di dati ad alto spettro, l'elaborazione analitica e la visualizzazione dei risultati. Tutti i componenti necessari sono integrati in un corpo compatto e leggero, con protezione IP e funzionamento completamente automatico, con batterie ricaricabili e schede di memoria standard sostituibili. Le immagini ad alto spettro misurate possono spiegare ulteriormente i cambiamenti nella composizione del pigmento delle alghe, l'adattamento alla luce, la decomposizione del pigmento in fase tardiva durante la forza, il danneggiamento della struttura cellulare, ecc.

A sinistra: Specim IQ High Spectrometer; A destra: analisi di imaging ad alto spettro di diverse alghe

L'Università marina cinese spera di condurre ampiamente studi di analisi fenotipiche su diverse alghe genotipiche sotto la forza dell'avversità attraverso questo sistema, rivelando così i meccanismi di adattamento resistente alle alghe e fornendo una base teorica per lo sviluppo di alghe economiche eccellenti. Attualmente sono stati raggiunti i risultati preliminari della ricerca.

Università marittima cinese utilizza FluorCamSistema di imaging a fluorescenza multi-spettro per lo studio di Vegetable violetta a striscePyropia yezoensisRisposta metabolica secondaria dopo l'infezione da coruzione rossa (Tang L, 2019)

Riferimenti: Tang L,et al.2019. Transcriptomic Insights into Innate Immunity Responding to Red Rot Disease in Red AlgaPyropia yezoensis. Int. J. Mol. Sci. 20: 5970

9. AlgaTechPiattaforma di analisi fenotipica per alga ad alto flusso

La piattaforma di analisi fenotipica ad alto flusso di alghe personalizzata da AlgaTech è composta da sistemi di trasporto automatico di campioni, stazioni di imaging spettrale e software di analisi. Ogni stazione di lavoro può funzionare in modo indipendente e monitorare sincronicamente la fotosintesi delle alghe, il pH e la temperatura, nonché diversi tipi di coltivazione di alghe e sistemi di analisi online.