אור חיוני לפוטוסינתזה, לצמיחת צמחים ולהתפתחות. זהו אחד הגורמים האביוטיים הדינמיים ביותר שכן עוצמות האור לא רק משתנות במהלך עונה או יום, אלא גם במהירות ובדרכים בלתי צפויות בהתאם לכיסוי הענן. בגובה העלים, עוצמות האור מושפעות גם מהצפיפות והאופי של הצמחייה שמסביב והחופה של הצמח עצמו. מנגנון חשוב אחד המאפשר לצמחים לייעל את יירוט האור בתנאי אור משתנים הוא היכולת של כלורופלסטים לנוע בתגובה לגירויים של אור כחול ^1,2. בתנאי תאורה חלשה, כלורופלסטים התפשטו בניצב לאור (לאורך קירות התאים הפריקלינליים) במה שמכונה תגובת הצטברות, תוך מקסום יירוט האור ומכאן הפוטוסינתזה. בתנאי אור גבוהים, כלורופלסטים נעים לכיוון דופן התא האנטיקלינלי במה שמכונה תגובת הימנעות, מזעור יירוט אור ואת הסכנה של photoinhibition. במינים רבים, כלורופלסטים גם להניח עמדה כהה ספציפית, אשר נבדלת מעמדות הצטברות והימנעות ולעתים קרובות מתווך בין שני אלה ^3,4. מחקרים שונים הראו כי תנועת כלורופלסט חשובה לא רק לסובלנות הלחץ לטווח קצר של עלים ^5,6,7, אלא גם לצמיחה ולהצלחת הרבייה של צמחים, במיוחד בתנאי אור ^{משתנים8,9}.

תנועת כלורופלסט נצפית בקלות בזמן אמת בדגימות חיות מסוימות (למשל, אצות או צמחים בעלי עלים דקים כמו אלודה) באמצעות מיקרוסקופיה ^קלה1. עם זאת, לימוד תנועת הכלורופלסט ברוב העלים דורש טיפול מקדים כדי לגרום לתנועת כלורופלסט, קיבוע כימי והכנת חתכים לפני צפייה בדגימות תחת מיקרוסקופ ^אור10. עם כניסתו של מיקרוסקופיית לייזר קונפוקל, זה גם הפך להיות אפשרי לדמיין את הסידור 3D של כלורופלסטים בעלים שלמים או קבועים4,11,12. טכניקות הדמיה אלה מסייעות מאוד להבנת תנועת הכלורופלסט על ידי מתן מידע איכותי חשוב. כימות מיקום כלורופלסט (למשל, כאחוז של כלורופלסטים בתנוחות הפריקלינליות או האנטיקלינליות בתמונות אלה או אחוז השטח המכוסה בכלורופלסטים לכל משטח תא כולל) אפשרי גם הוא אך גוזל זמן רב למדי, במיוחד אם נערך במרווחי הזמן הדרושים כדי ללכוד שינויים מהירים ^{במיצוב10,8} . הדרך הפשוטה ביותר להראות אם עלים כהים מותאמים של מין מסוים או מוטציות מסוגלים לתנועת כלורופלסט לתגובת ההימנעות היא על ידי כיסוי רוב שטח העלה כדי לשמור על הכלורופלסטים בחושך תוך חשיפת רצועה של העלה לאור גבוה. לאחר מינימום של 20 דקות של חשיפה לאור גבוה, הכלורופלסטים באזור החשוף יעברו לתנוחת ההימנעות, והרצועה החשופה תהיה בהירה יותר באופן ניכר בצבע משאר העלה. זה נכון לגבי סוג הפרא א. טאליאנה, אבל לא עבור חלק ממוטנטי תנועת הכלורופלסט המתוארים בפירוט רב יותר בהמשך ¹³. שיטה זו ושינויים של זה (למשל, היפוך מה חלקים של העלה חשופים, שינוי עוצמות אור) שימושיים לסינון מספר גדול של מוטציות ולזיהוי מוטציות ריקות חסרות יכולת להפגין תגובת הימנעות או הצטברות או שניהם. עם זאת, הוא אינו מספק מידע על השינויים הדינמיים בתנועת הכלורופלסט.

לעומת זאת, השיטה המתוארת כאן מאפשרת כימות של תנועת כלורופלסט בעלים שלמים באמצעות שינויים בהעברת אור דרך עלה כפרוקסי לתנועת כלורופלסט הכוללת: בתנאים שבהם כלורופלסטים מפוזרים בתאי המזופילז בתגובת הצטברות, פחות אור מועבר דרך העלה מאשר כאשר כלורופלסטים רבים נמצאים בתגובת הימנעות, ממקמים את עצמם לאורך קירות התא האנטיקלינלי. לפיכך, שינויים בשידור יכול לשמש פרוקסי עבור התנועה הכללית כלורופלסט ^בעלים14. פרטי המכשיר מתוארים במקום אחר (ראה קובץ משלים), אך בעיקרון, המכשיר משתמש באור כחול כדי להפעיל את תנועת הכלורופלסט ומודד כמה אור אדום מועבר דרך עלה זה במרווחי זמן קבועים. לאחרונה, תואר שינוי של מערכת זו, המשתמשת בקורא מיקרו-פלטה שונה של 96 בארות, נורית LED כחולה, מחשב וחממה מבוקרת ^{טמפרטורה15}.

האפשרות להשתמש בשילוב של שיטות, כולל הערכה אופטית של עלים להקרנה, ואחריו מדידת שינויים דינמיים בשידור ושימוש במיקרוסקופיה, סייעה מאוד להבנתנו הן את המנגנונים הבסיסיים והן את המשמעות הפיזיולוגית /אקולוגית של תנועת הכלורופלסט. לדוגמה, זה הוביל לגילוי ואפיון של מוטנטים שונים, אשר לקויים בהיבטים ספציפיים של תנועותיהם. לדוגמה, למוטנטים של A. thaliana phot 1 אין את היכולת לצבור את הכלורופלסטים שלהם באור נמוך, בעוד שמוטנטים פוט 2 חסרים את היכולת לבצע תגובת הימנעות. פנוטיפים אלה נובעים מפגיעה בשני קולטני אור כחול בהתאמה16,17,18. לעומת זאת, מוטציות chup1 חסרות את היכולת ליצור חוטי אקטין נאותים סביב הכלורופלסטים החיוניים להעברת הכלורופלסטים לתנוחה הרצויה בתוך תא ^11,19. בנוסף למחקרים מוטנטיים, חוקרים העריכו את ההשפעות של מעכבים שונים על תנועת הכלורופלסט כדי להבהיר את ההיבטים המכניסטיים של התהליך. לדוגמה, כימיקלים כגון _H2O2 ונוגדי חמצון שונים שימשו כדי לחקור את ההשפעות של מולקולת איתות זו על תנועת כלורופלסט20. מעכבים שונים שימשו כדי להבהיר את התפקיד של סידן בתנועה כלורופלסט21. בנוסף לסיוע בחשיפת המנגנונים של תנועת הכלורופלסט, ניתן להשתמש בשיטות אלה כדי להשוות בין תנועת כלורופלסט במינים שונים או מוטציות הגדלות בתנאים שונים בניסיון להבין את ההקשר האקולוגי והאבולוציוני של התנהגות זו. לדוגמה, הוכח כי היקף ההשפעות של מוטציות שונות במסלול התנועה כלורופלסט תלויים בתנאי ^{הצמיחה7,9}, וכי צמחים מותאמי שמש לא נראה להזיז את הכלורופלסטים שלהם הרבה. לעומת זאת, התנועה חשובה מאוד לצמחי צל10,22,23.

נייר שיטות זה, המתמקד בצמח המודל A. thaliana, מתאר כיצד להשתמש במכשיר שידור שהוא גרסה מעודכנת של מכשיר שפותח ^בעבר9. בעוד מכשיר זה אינו זמין מסחרית, אנשים עם הבנה בסיסית של אלקטרוניקה או את העזרה של עמיתים הנדסה או פיזיקה וסטודנטים יוכלו לבנות את המכשיר באמצעות חלקים סבירים ולעקוב אחר ההוראות המפורטות (ראה קובץ משלים). פלטפורמת הקוד הפתוח המשמשת לבניית המכשיר כוללת תמיכה נרחבת באינטרנט ופורום קהילתי המציע עזרה במקרה של בעיות ^{להתעורר24}.

הפרוטוקול מתמקד באופן השימוש במכשיר כדי לקבוע שינויים בהעברת עלים בריצת גישוש סטנדרטית החושפת עלה למגוון רחב של תנאי אור ולוכדת את תגובות החושך, ההצטברות וההימנעות של א. טאליאנה. ריצות אלה ניתן לשנות בהתאם למטרה של הניסוי והוא יכול לשמש עם רוב מיני הצמחים. המאמר מספק דוגמאות לנתוני שידור של א. טאליאנה wildtype וכמה מוטציות ומראה כיצד לנתח עוד יותר את הנתונים.