Confokales Laser Scanning Mikroskop für vertikales Imaging

• Fachliche Zuordnung: Pflanzenwissenschaften
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499026372

Die Konfokalmikroskopie ermöglicht die zellbiologische Erforschung lebender Zellen und ist daher ein leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung biologischer Funktionen durch die Untersuchung der Zelldynamik. Die verfügbaren Mikroskope schränken die Anwendungen der Lebend-Zell-Bildgebung in der Pflanzenforschung stark ein, weil die Proben horizontal untersucht werden. Infolgedessen werden die Pflanzenproben nicht entlang ihrer eigentlichen Wachstumsachse platziert und können daher eine vektorielle Änderung der Schwerkraft erfahren. Dieser Reiz führt zu Veränderungen der Hormonverteilung entlang der Pflanzenorgane. Insbesondere die detaillierte Beurteilung des gerichteten Pflanzenwachstums (Tropismus) ist unter diesen Bedingungen kaum möglich. Diese Einschränkung erschwert die Lebend-Zell-Bildgebung der schwerkraftempfindlichen Seitenwurzeln sowie der Knöllchenentwicklung. Andererseits schränken ungewollte Schwerkraft-Reize die detaillierte Lebendzelldarstellung anderer Prozesse ein, einschließlich des Wachstums in Richtung Licht sowie der Wurzelzonierung/-differenzierung und des allgemeinen Wachstumsverhaltens. Speziell angefertigte, um 90° geneigte Mikroskope und spezielle Aufbauten würden diese Einschränkungen beseitigen. Diese Einrichtung würde unsere Pflanzenwissenschaftler in die Lage versetzen, Pflanzenproben mit hoher Auflösung in ihrer vertikalen Wachstumsrichtung zu untersuchen, wodurch unerwünschte Nebenwirkungen (wie etwa hormonale Umverteilungen) erheblich reduziert würden. In kombination mit dem Konfokalmikroskop werden wir ebenfalls ein geneigtes Fluoreszenz-Stereomikroskop etablieren. Mit diesem System können in vitro gezüchtete Keimlinge im Vergleich zum konfokalen System mit einem viel höheren Durchsatz abgebildet werden, so dass eine Vorauswahl der geeigneten Proben und/oder Bedingungen getroffen werden kann. Dieses Mikroskop ermöglicht es aber auch die Wurzeln in mit Erde gefüllten Rhizotronen abbilden zu können. Dieses System wird eine derzeit bestehende technische Lücke schließen und zellbiologische Ansätze mit Wurzeln in natürlichen Substraten ermöglichen. Um den Probendurchsatz weiter zu erhöhen, werden wir zusätzliche Methoden entwickeln, mit denen das System automatisch Wurzelspitzen erkennen kann. Dies wird die Aufnahme mehrerer Wurzeln und deren dreidimensionale (3D) Darstellung automatisieren. Darüber hinaus werden die gewonnenen Daten gleichzeitig auf einem Server (Remote Processing Server) gespeichert, verarbeitet und quantifiziert. Dies bietet ein hohes Maß an Datensicherheit und ermöglicht die gleichzeitige Quantifizierung der Daten. Die Erforschung der Architektur des Wurzelsystems im Exzellenzclusters CIBSS wird hiermit zusätzlich unterstützt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Confokales Laser Scanning Mikroskop für vertikales Imaging
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
• Leiter: Professor Dr. Jürgen Kleine-Vehn