The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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1Horticulture Department, University of Wisconsin-Madison, 2Department of Zoology, Oregon State University
Su, S., Clark, K. A., Gibbs, N. M., Bush, S. M., Krysan, P. J. Ice-Cap: A Method for Growing Arabidopsis and Tomato Plants in 96-well Plates for High-Throughput Genotyping. J. Vis. Exp. (57), e3280, doi:10.3791/3280 (2011).
Está se tornando comum para os cientistas de plantas para desenvolver projetos que requerem a genotipagem de grande número de plantas. O primeiro passo em qualquer projeto de genotipagem é coletar uma amostra de tecido de cada planta individual. A abordagem tradicional para essa tarefa é para as plantas uma amostra-at-a-tempo. Se alguém deseja centenas genótipo ou milhares de indivíduos, no entanto, usando esta estratégia resulta em um gargalo significativo no pipeline genotipagem. O método Ice Cap-que descrevemos aqui oferece uma solução de alto rendimento a este desafio, permitindo que um cientista para coletar o tecido de vários milhares de mudas em um único dia, 1,2. Este nível de vazão é tornada possível pelo fato de que o tecido é colhido a partir de plantas 96-at-a-tempo, ao invés de um-em-um-tempo.
O método Ice Cap-fornece uma plataforma integrada para a realização de um crescimento de mudas, a colheita de tecidos e extração de DNA. A base para Ice Cap-se o crescimento de seedlings em um par empilhadas de placas de 96 poços. Os poços da placa superior contêm fichas de ágar em que o crescimento de mudas individuais germinar. As raízes crescem para baixo através dos meios de ágar, sair da placa superior através de um buraco, e passar para uma água mais baixo da placa que contém. Para a colheita de tecidos para a extração de DNA, a água na parte inferior da placa contendo tecido raiz é rapidamente congelado, enquanto as mudas na placa superior permanecer em temperatura ambiente. A placa superior é, então, descoladas da placa inferior, resultando em um prato com 96 amostras de raízes tecido congelado em gelo e uma placa com 96 mudas viáveis. A técnica é chamada de "Ice Cap-" porque usa gelo para capturar o tecido radicular. A placa de 96 poços contendo as mudas pode, então, embrulhados em papel alumínio e transferidos para baixa temperatura. Este processo suspende um maior crescimento das mudas, mas não afeta a sua viabilidade. Pois a análise de genótipo foi concluída, as mudas com o genótipo desejado pode ser transferido do p de 96 poçostarde para o solo para a propagação ainda mais. Temos demonstrado a utilidade do método de Ice Cap-usando Arabidopsis thaliana, tomate, arroz e mudas. Esperamos que o método deve também ser aplicável a outras espécies de plantas com sementes pequenas o suficiente para caber nas cavidades da placas de 96 poços.
1. Prepare Placas Ice Cap-Mudas com o Media Crescimento Agar
Meio de crescimento fundido (0.5X Murashige e Skoog (MS) mistura de sal basal, 2 mM Morpholinoethanesulfonic ácido (MES), ágar 0,6% (w / v), pH 5,7) é dispensada em Placas de Mudas autoclavado utilizando um dispensador de microplacas micropartículas. Um litro de mídia é necessária por 18 Chapas de Mudas.
2. Semear em placas Ice Cap-Mudas e Sementes Germinar
Nós já descreveu um método semi-automatizado para dispensar sementes de Arabidopsis em Placas de mudas utilizando um dispositivo de carga de sementes (2). Embora este dispositivo pode ser útil para alguns lotes de sementes, descobrimos que a variabilidade no tamanho das sementes exibidos por diferentes lotes de sementes de Arabidopsis limita a utilidade geral deste dispositivo. Estamos no processo de desenvolvimento de um método alternativo de distribuição automatizadas para semente, but no momento descobrimos que a estratégia mais eficaz para a distribuição de sementes para as Placas de mudas é para realizar esse passo a mão, como descrito abaixo.
3. Transferência Placas de Mudas para Ice Cap-Fonte
Após as Placas de mudas foram sob a luz durante quatro dias, a transferência das placas de mudas para a fonte Ice Cap-. Para Arabidopsis, as mudas são normalmente deixadas no chafariz Cap Ice por 10 a 14 dias.
4. Tecido Root colheita
Tecidos da raiz é colhida através do congelamento de água na Placa Root e depois descascar a Placa de Mudas de distância da placa de raiz.
5. Loja Placa de mudas em baixa temperatura in the Dark
Após a colheita de tecidos, as placas de mudas podem ser armazenadas no escuro em temperatura baixa, o que irá manter a viabilidade das mudas, enquanto análise do genótipo é executada. As mudas podem ser armazenados nestas temperaturas por várias semanas sem afetar a viabilidade.
6. Extração de DNA
DNA adequada para reações de PCR pode ser facilmente extraído das amostras de tecidos da raiz. O rendimento de DNA total recuperado de amostras de tecido de Arabidopsis raiz é ca. 400 ng, em média, 2.
7. Mudas de transferência com o genótipo desejado para o solo
Quando a análise é o genótipo completo, mudas com o genótipo desejado pode ser transferido do SeedlingPlacas para o solo.
8. Resultados representativos:
Um exemplo de mudas de Arabidopsis cresceu usando o sistema de Ice Cap-é mostrado na Figura 4A. Essas mudas foram na fonte Ice Cap-há duas semanas quando a foto foi tirada e estavam prontos para a colheita de tecidos. Tecidos da raiz destas mudas mesmo é mostrado na Figura 4B. A quantidade total de DNA extraído de uma amostra de tecido da raiz Arabidopsis é tipicamente na faixa de 100 a 700 ng ng 2. Este cálculo de rendimento é baseado no uso de apenas uma porção do extrato de raiz de crude. Porque só ca. 10% do extrato bruto da raiz é normalmente utilizado para o processo de extração de DNA, é possível obter DNA genômico significativamente mais para a análise a jusante retendo mais do extrato bruto. A quantidade total de DNA genômico obtidos com o Ice-Processo de limitação é suficiente para executar centenas de reações de PCR 2.

Figura 1: Fluxograma do processo de Ice Cap-. A) Placa de Mudas contendo ágar em que o crescimento de mudas germinam. Raízes penetram no agar e crescer em direcção ao fundo do prato. Buracos no fundo dos poços da placa são selados com filme adesivo. B) A Placa de mudas é empilhados em cima de uma água contendo Placa Root e uma bola de metal. Raízes de saída dos furos no fundo dos poços da placa de Mudas e crescer no cavidades da Placa Root. C) espetos de madeira são inseridas entre a Placa de Mudas e da Prata Root no dia anterior as placas empilhadas Ice Cap são colocados em uma termobloco em um banho de gelo / etanol seco. D) Uma vez que a água na Placa Root tem congelado, a Placa de mudas é descascado longe da Placa Root, produzindo uma Placa de Raiz com 96 amostras de tecidoe uma Placa de mudas com 96 mudas viáveis. Os espetos de madeira facilitar a separação das duas placas durante esta etapa.

Figura 2: Fotografias de uma Placa de Mudas e uma Placa de raiz. A) A Placa de Mudas e uma placa Root visto separadamente. B) A Placa de Mudas empilhados em cima de uma placa de raiz. As bolas de aço utilizado para a extração de DNA pode ser visto nos poços da placa de raiz. Faixas elásticas são usadas para proteger as duas placas em conjunto.

Figura 3: The Fountain Ice Cap-. The Fountain Ice Cap-é usado para manter um nível constante de água na altura exata dos topos dos poços das Placas Root. Este sistema de rega contínua garante que a água nos poços das placas de raiz não se esgotam devido à evaporação ou transpiração. A) A home-made de rackque suporta a assadeira em que o gelo empilhadas Cap-Placas sentar. B) Um close-up de um dos 1 "porcas que fornece um meio para ajustar com precisão o nível da assadeira para que a lâmina d'água uniforme é obtido através da superfície da fonte. C) Esta imagem mostra todos os peças necessárias para construir o home-made rack para uma fonte de gelo Cap-. D) O montado Fountain Ice Cap-. Uma bomba submersível fonte constantemente se move a água do reservatório inferior para a folha de cookie, que repousa no topo da home-made rack. Um grampo de mola é usado para conectar a mangueira à borda da assadeira.

Figura 4: Arabidopsis mudas cultivadas utilizando o processo de Ice Cap-. A) Vista de cima olhando para baixo em dois poços de uma placa de Mudas. Cada poço contém uma muda Arabidopsis. B) Vista lateral de dois poços de uma placa de raiz. Raízes podem ser vistos torçãoem torno da superfície interna dos poços. As mudas nesta foto tinha sido na Fonte Ice Cap-para ca. duas semanas e estão em fase de crescimento, onde a colheita de tecido, normalmente, seria realizada.
O método Ice Cap-apresentada aqui permite que um cientista para coletar amostras de tecido de centenas ou mesmo milhares, de plantas individuais em um único dia e eficiente extrair o DNA genômico das amostras para uso em reações de genotipagem. Dando um cientista individual a capacidade de genótipo milhares de mudas em um curto período de tempo, o método Ice Cap-tem o potencial para facilitar uma série de experiências genéticas que não seriam práticos para executar. Vários exemplos são fornecidos abaixo.
A idéia por trás iTILLING é produzir uma população mutante efêmera, que contrasta com as populações duráveis mutante criado para projetos de Tilling tradicionais. Para iTILLING, sementes de uma população bulked M2 são semeadas em 5-10 blocos Ice Cap, e DNA é extraído utilizando o método de Ice Cap-. Arabidopsis mudas são então colocadas a 4 ° C, enquanto triagem de mutação é realizada utilizando o DNA Ice Cap- preps. Mudas de tomate são armazenadas a 12 ° C.. Uma vez que mudas de portadores de mutações desejadas tenham sido identificadas, elas são recuperadas das placas Ice Cap-e transferidos para o solo. iTILLING não se destina a fornecer uma população mutante de longa duração para uma comunidade de pesquisa toda a tela. Em vez disso, iTILLING fornece uma estratégia pela qualum cientista pode tela de uma população mutante personalizado para mutações em um punhado de genes com rapidez, eficiência e com um custo relativamente baixo.
Foram encontradas Ice Cap-de ser um método eficaz para o cultivo e genotipagem Arabidopsis, tomate e arroz. Esperamos que outras espécies de plantas devem também ser passíveis de Ice Cap-. Uma limitação na variedade de espécies que podem ser acomodados por Ice-Cap é o tamanho das sementes. Apenas as plantas com sementes pequenas o suficiente para caber em poços de uma placa de 96 poços será compatível com Ice Cap-na sua configuração actual.
Não há conflitos de interesse declarados.
Este trabalho foi financiado por uma bolsa da National Science Foundation (conceder número MCB-0447750).
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| GenoGrinder | Spex/CertiPrep, Metuchen, NJ | 2000 Geno/Grinder | Machine for shaking Root Plates for DNA extraction |
| ABgene Thermo-Sealer | ABgene Limited | AB-0384 | Manual heat sealing machine used to Root Plates prior to tissue disruption |
| Centrifuge equipped with swinging microplate carriers | Beckman Coulter Inc. | Allegra 25R | Any centrifuge with swinging microplate carriers would be suitable |
| MicroFill Microplate Dispenser | BioTek | AF1000A | Automated liquid dispenser for filling microplates |
| Bialetti brand 17x11 inch Commercial Large Cookie Sheet | Target Department Store | www.bialetti.com | This specific cookie sheet has the ideal depth for Ice-Cap |
| Custom Made Metal Rack | Hardware Store | See text for full description | |
| 33 Liter plastic storage box | Target Department Store | Sterilite Brand | For Ice-Cap Fountain. Plastic storage box large enough to hold the 17x11 inch cookie sheet |
| 30 gallon per hour Fountain Pump | Sunterra | 104506 | Small submersible fountain pump available at garden supply stores |
| Hose for fountain pump | Any Supplier | Hose compatible with fountain pump | |
| Plastic Clamp | Hardware Store | Clamp to hold hose to cookie sheet | |
| Clear plastic lids from Falcon Microtest flat bottom 96-well polystyrene plates | BD Biosciences | 351172 | Clear plastic lids for covering Ice-Cap Seedling Plates |
| 3M Micropore surgical tape | Fisher Scientific | 19-027-761 | |
| 3/32-inch diameter stainless steel balls | Hartford Technologies, Rocky Hill, CT | 034-006-1K | Used to disrupt root tissue after harvest |
| 3 inch Elastic hair bands | Local Grocery Store | Used to secure Root Plate to Seedling Plate | |
| 4 mm diameter wooden skewers | Local Grocery Store | These skewers are typically used to prepare kabobs | |
| Fisher Scientific Nunc brand, 1-mL filter plates without frit | Fisher Scientific | 278012 | 96-well Seedling Plates with holes in bottom. |
| Fisherbrand 96-Well Tall-Chimney PCR Plate | Fisher Scientific | 14-230-242 | 96-well Root Plates |
| Agar - cell culture tested | Sigma-Aldrich | A1296 | |
| 4-Morpholinoethanesulfonic acid (MES) | Sigma-Aldrich | M2933 | |
| Murashige and Skoog (MS) basal salt mixture | Sigma-Aldrich | M-5524 | |
| Easy Peel heat sealing foil | ABgene Limited | AB-0745 | Heat sealing film for sealing Root Plates prior to tissue disruption |
| Duck Brand Extra Wide Packaging Tape, 3.00" x 54.6 yd | Office Max | Item no. 21242139 | Adhesive tape for sealing microplates containing DNA extracts for storage |
| Sealing Roller | Bio-Rad | MSR-0001 | Hand held rolling tool for pressing adhesive sealing tape onto microplates |
| 96-well metal thermal block | Cole-Parmer | 36400-66 | Used to freeze the Root Plates for tissue harvest |
| Whatman Filter paper | Whatman, GE Healthcare | 1002 090 | Used for surface sterilizing seeds |
| Disposable Pasteur Pipette | Fisher Scientific | 13-678-6A | 5 ¾"disposable Pasteur pipette used for transferring seeds to Seedling Plate |
| Pyrex baking dish (20 cm x 30 cm) | Target Department Store | Used to construct a dry ice/ethanol bath. | |