RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
يتم تقديم بروتوكول سريع وفعال لعزل قطرات الدهون plastoglobule المرتبطة بالكائنات الحية الضوئية المختلفة. يعد التحضير الناجح للبلازموغلوبولات المعزولة خطوة أولى حاسمة تسبق التحقيقات الجزيئية التفصيلية مثل التحليلات البروتينية والدهون.
قطرات الدهون Plastoglobule هي مقصورة فرعية ديناميكية من البلاستيدات الخضراء النباتية والبكتيريا الزرقاء. توجد في كل مكان بين أنواع التمثيل الضوئي ، ويعتقد أنها تلعب دورا مركزيا في تكييف وإعادة تشكيل غشاء الثايلاكويد في ظل ظروف بيئية سريعة التغير. سهلت القدرة على عزل البلاستوغلوبولات عالية النقاء دراستها إلى حد كبير من خلال منهجيات البروتين والدهون وغيرها. مع البلاستوغلوبولات ذات النقاء العالي والعائد ، من الممكن التحقيق في تكوين الدهون والبروتين ، والنشاط الأنزيمي ، وطوبولوجيا البروتين ، من بين الخصائص الجزيئية المحتملة الأخرى. تقدم هذه المقالة بروتوكولا سريعا وفعالا لعزل البلاستوغلوبولات من البلاستوبلاستيدات الخضراء لأنسجة الأوراق النباتية وتقدم اختلافات منهجية لعزل البلاستوغلوبولات وهياكل قطرات الدهون ذات الصلة من أوراق الذرة ، وأنسجة الأوراق المجففة لنبات القيامة ، Eragrostis nindensis ، والبكتيريا الزرقاء ، Synechocystis س. PCC 6803. يعتمد العزل على الكثافة المنخفضة لهذه الجسيمات الغنية بالدهون ، مما يسهل تنقيتها عن طريق تعويم كثافة السكروز. ستثبت هذه المنهجية قيمتها في دراسة البلاستوغلوبولات من الأنواع المتنوعة.
ظهر الفهم الحالي لتكوين البلاستوغلوبول ووظيفته من خلال الدراسات التفصيلية للبروتين والدهون1،2،3،4،5. وقد ساعدت مثل هذه الدراسات بشكل كبير من خلال طريقة سريعة وفعالة للعزل تعتمد على كثافتها المنخفضة جدا للفصل الفعال باستخدام تدرجات السكروز. تم تحقيق الطرق الأولية لعزل البلاستوغلوبول من أنواع مثل شجرة الزان (Fagus sylvatica) ، مكنسة سكوتش (Sarothamnus scoparius) ، البصل (Allium cepa) ، السبانخ (Spinacia oleracea) ، بانسي (فيولا الالوان الثلاثة) ، الفلفل (الفليفلة السنوية) ، والبازلاء (Pisum sativum)6،7،8،9،10،11 ، 12،13. تم تقديم طريقة محدثة لعزل البلاستوغلوبولات البلاستوبولية الخضراء بطريقة أكثر كفاءة وأفضل إنتاجية بواسطة Ytterberg et al.3,14. بينما تم توظيفنا في البداية لدراسة البلاستوغلوبولات في البلاستيدات الخضراء لأوراق أرابيدوبسيس ثاليانا ، فقد استخدمنا بنجاح هذه الطريقة المحدثة لأنسجة الأوراق السليمة لأنواع نباتية أخرى ، أحادية الفلقة وثنائية الفلقة ، بما في ذلك الذرة (Zea mays) ، والطماطم (Solanum lycopersicum) ، وعشب الحب (Eragrostis nindensis) ، والبروم الكاذب الأرجواني (Brachypodium distachyon) ، والتبغ البري (Nicotiana benthamiana ; النتائج غير المنشورة). علاوة على ذلك ، تم تكييف طريقة العزل بنجاح مع البلاستوغلوبولات من البكتيريا الزرقاء ، بما في ذلك Synechocystis sp. PCC 6803 و Anabaena sp. PCC 712015 ، وأنسجة الأوراق المجففة لنبات القيامة ، E. nindensis.
ترتبط البلاستيدات الخضراء في أنسجة الأوراق السليمة ماديا بأغشية الثايلاكويد16. على الرغم من هذه الاستمرارية الفيزيائية ، تحافظ المقصورتان الفرعيتان للبلاستيدات الخضراء على تركيبات دهنية وبروتينية مميزة ، على الرغم من اقتراح التبادل المنظم للدهون والبروتين بين الجزأين2،4،17،18،19. في الواقع ، تم اقتراح نموذج نصف نصفي مثير للاهتمام مؤخرا لتهريب الدهون المحايدة بين البلاستيدات الخضراء والسيتوسول19. نظرا للاستمرارية الفيزيائية للبلاستوغلوبولات والثايلاكويدات ، تبدأ طريقة العزل بأنسجة الأوراق السليمة بجمع مستحضر ثايلاكويد خام محبب ، والذي يتم صوتنة لاحقا لفصل البلاستوغلوبولات عن الثايلاكويدات ، وهو ما يتناقض مع الطرق المستخدمة لعزل قطرات الدهون الخلوية20 . ثم يقوم الطرد المركزي الفائق على وسادة السكروز بتعويم البلازموبوليات منخفضة الكثافة عبر السكروز ، مما يفصلها بشكل فعال عن الثايلاكويدات والنوى وغيرها من المواد عالية الكثافة. في المقابل ، من الواضح أن البلاستوغلوبولات في البكتيريا الزرقاء ، وكذلك تلك الموجودة في أنسجة الأوراق المجففة ، موجودة في الجسم الحي في شكل عائم حر. ومن ثم ، فإن عزلتهم تنطوي على الطفو مباشرة على تدرج السكروز. توضح هذه المقالة طريقة العزل عن أنسجة الأوراق السليمة وتوضح كذلك نوعين مختلفين يمكن استخدامهما لعزل البلاستوغلوبولات من أنسجة الأوراق المجففة أو مزارع البكتيريا الزرقاء ، مما يوسع بشكل كبير الاتساع الفسيولوجي والسياق التطوري الذي يمكن فيه دراسة البلاستوغلوبولات.
يمكن لاحقا استخدام البلاستوغلوبولات المعزولة لأي عدد من التحليلات النهائية للتحقيق في الخصائص الجزيئية. لقد استخدمنا البلاستوغلوبولات المعزولة من أنسجة أوراق A. thaliana لإجراء تحليل مكثف للبروتين والدهون في ظل ظروف بيئية أو أنماط وراثية مختلفة ، مما يدل على التعديل الانتقائي لتكوين البروتين والدهون في التكيف مع الإجهاد2،4،21،22. بالإضافة إلى ذلك ، تم إجراء فحوصات كيناز في المختبر التي تظهر نشاط الفسفرة العابرة المرتبط بالبلازموغلوبولات المعزولة 22 ، وتم التحقيق في حالات قلة القسيمات لمكونات البروتين باستخدام الرحلان الكهربائي الهلامي الأصلي 21 ، وتم إجراء فحوصات حلاقة البروتياز23.
الفائدة الأساسية لهذه الطريقة هي السرعة النسبية للإجراء. في تجربتنا ، يمكن إكمال البروتوكولات الموضحة أدناه بالكامل في غضون 4 ساعات تقريبا. تم وصف طريقة بديلة لعزل البلاستوغلوبولات من أنسجة الأوراق ، والتي تسمح بالعزل المتزامن للأجزاء الفرعية الأخرى من البلاستيدات الخضراء24. تقدم هذه الطريقة البديلة بعض المزايا الواضحة عندما تكون المقارنة الكمية مع الأجزاء الفرعية الأخرى للبلاستيدات الخضراء ضرورية أو مرغوبة. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة البديلة هي أيضا أكثر مملة وستوفر عائدا أقل بكثير من plastoglobules المعزولة من كميات مماثلة من أنسجة الأوراق. عندما يكون الهدف هو إجراء دراسة مركزة للبلاستوغلوبولات ، فإن المنهجية الموضحة هنا هي الخيار الأمثل. ومع ذلك، يمكن جمع إجمالي حصص الأوراق والثايلاكويد الخام أثناء تحضير العينة، ويوصى بشدة بالقيام بذلك، للحصول على عينات مرجعية للمقارنة اللاحقة.
1. عزل البلاستوغلوبول الخام
2. حصاد البلاستوغلوبولات النقية
عند الانتهاء من الخطوة 1 من البروتوكول ، يجب أن يكون المرء قادرا على رؤية كمية كبيرة من مادة البلاستوغلوبول / قطرات الدهون تطفو على (أو بالقرب من) الطبقة العليا من وسادة السكروز (الشكل 1B-C). يمكن أيضا جمع كسور أخرى في هذه المرحلة. على سبيل المثال ، سيتم تكوير الثايلاكويدات ويمكن إعادة تعليقها بمتوسط R 0.2 للتحليلات اللاحقة. بعد الطرد المركزي اللاحق ، سيتم الحصول على البلاستوغلوبولات المنقاة عند أو بالقرب من سطح تدرج السكروز ، كما هو موضح في الشكل 1A ، C. لقد لوحظ في ظروف معينة (على سبيل المثال ، خطوط وراثية محددة أو ظروف بيئية) أن البلاستوغلوبولات ستعزل كمجموعتين فرعيتين متميزتين تنفصلان في طبقات مختلفة في التدرج: جزء منخفض الكثافة على سطح التدرج وجزء ثان أكثر كثافة يستقر عند الواجهة بين أعلى طبقتين متدرجتين. في حين لم يتم إجراء تحليل مقارن دقيق للكسور المنفصلة من قبل ، يبدو من المحتمل أن هذه المجموعات الفرعية تمثل بلاستوغلوبولات مختلفة الحجم ، حيث تستقر تلك ذات القطر الأصغر (وبالتالي مساحة السطح الأكبر إلى نسبة الحجم ونسبة البروتين إلى الدهون) أقل في التدرج.
في محاولة فاشلة ، سيرى المرء القليل من البلاستوغلوبولات المرئية أو لا يرى أي منها على سطح وسادة السكروز بعد الجولة الأولى من الطرد المركزي. يمكن أن يعتمد الفشل في عزل ما يكفي من البلاستوغلوبولات بنجاح على عدة عوامل قد تحتاج إلى التحسين. على وجه الخصوص ، يمكن أن يكون لتقنية صوتنة (عند استخدام أنسجة الأوراق السليمة) تأثير كبير على النجاح. بالإضافة إلى ذلك ، ستعتمد الكمية اللازمة من المواد النباتية / البكتيريا الزرقاء على الأنواع المحددة وحالة الإجهاد الخاصة بها.
بعد العزلة الناجحة للبلازموغلوبولات ، من الممكن التحقق من نقاء البلاستوغلوبولات المعزولة باستخدام النشاف المناعي لبروتينات العلامة للبلاستوغلوبول والثايلاكويدات (حجرة التلوث الأولية). في الشكل 1 د، تظهر البقع المناعية التمثيلية باستخدام الأجسام المضادة المرفوعة ضد A. thaliana FBN1a، كعلامة للبلاستوغلوبولات2، وضد الوحدة الفرعية D1 للنظام الضوئي A. thaliana II، كعلامة على الثايلاكويدات27. ترتبط متجانسات FBN في Synechocystis sp. PCC 6803 بشكل أساسي بالثايلاكويدات بدلا من البلاستوغلوبولات.
ينبغي للمرء أيضا أن ينظر بعناية في طريقة التخزين ، والتي قد تعتمد على الدراسات النهائية المقصودة. خاصة بالنسبة للتحليلات النهائية للدهون الصبغية الدهني للبرينيل ، من الأهمية بمكان تقليل تعرض العينات للضوء المباشر لتجنب تلف المركبات الضوئية. يمكن استخدام البلاستوغلوبولات المنقاة في التجارب النهائية مثل التجارب القائمة على الدهون أو البروتينات. تتميز Plastoglobules بنسبة منخفضة جدا من البروتين إلى الدهون ، والتي تتجلى في كثافتها المنخفضة وقدرتها على الطفو على السكروز. وبالتالي ، فإن تركيز البروتين المنخفض لعينات البلاستوغلوبول أمر طبيعي. لهذا السبب ، ينصح بإزالة الدهون قبل فصل البروتين بواسطة SDS-PAGE باستخدام ترسيب بروتين الأسيتون أو استخراج الكلوروفورم / الميثانول.

الشكل 1: عزل البلاستوغلوبولات والثايلاكويدات والتنشيف المناعي لها . (أ) عينة بلاستوغلوبول تمثيلية منقاة من Z. mays قبل الاستخلاص من تدرج السكروز. (ب) عينة بلاستوغلوبول خام تمثيلية من E. nindensis المجففة قبل الاستخلاص من وسادة السكروز. (ج) عينة تمثيلية خام (يسار) ونقية (يمين) من Synechocystis sp. PCC 6803 ، تظهر قبل وبعد الطرد المركزي الفائق لوسادة السكروز المحملة والتدرج ، على التوالي. (د) تم استخدام الجسم المضاد للفيبريلين 1a (α-FBN1a) لمراقبة تراكم الفيبريلين ، وهو بروتين علامة من البلاستوغلوبولات في النباتات العليا. يتراكم أورثولوج الفيبريلين في الغالب في الثايلاكويدات المعزولة للبكتيريا الزرقاء (Synecho ، Syenchocystis sp. PCC 6803). تم استخدام الوحدة الفرعية D1 المضادة للنظام الضوئي II (α-PsbA) للتحقق من استنفاد الثايلاكويدات من عزلات البلاستوغلوبول. في كل حارة ، تم تحميل 5 ميكروغرام من الثايلاكويدات و 10 ميكروغرام من بروتين البلاستوغلوبول. الاختصارات: PG = البلاستوغلوبولات. لديك = الثايلاكويدات. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
| التراكيب العازلة أ | |
| طحن العازلة | 50 ملليمتر HEPES-KOH (درجة الحموضة 8.0) |
| 5 مللي متر MgCl2 | |
| 100 مللي متر سوربيتول | |
| 5 مليمتر حمض الأسكوربيك ب | |
| 5 ملليمتر من السيستين المختزل ب | |
| 0.05٪ (وزن / حجم) BSA ب | |
| متوسط R | 50 ملليمتر HEPES-KOH (درجة الحموضة 8.0) |
| 5 مللي متر MgCl2 | |
| متوسط R 0.2 | 50 ملليمتر HEPES-KOH (درجة الحموضة 8.0) |
| 5 مللي متر MgCl2 | |
| 0.2 م سكروز | |
| متوسط R 0.7 | 50 ملليمتر HEPES-KOH (درجة الحموضة 8.0) |
| 5 مللي متر MgCl2 | |
| 0.7 م سكروز | |
| المخزن المؤقت أ | 25 مليمتر هيبس كوه (درجة الحموضة 7.8) |
| 250 مليمتر سكروز | |
| (أ ) ترد التركيزات النهائية لكل عنصر من مكونات المواد العازلة. | |
| ب يجب أن تضاف طازجة في يوم العزل. بينما يمكن تحضير المخازن المؤقتة في اليوم السابق للعزل ، يجب إضافة هذه المكونات المعينة طازجة في يوم العزل ، بالإضافة إلى أي مثبطات للفوسفاتيز والأنزيم البروتيني. |
الجدول 1: وصفات عازلة لعزل البلاستوغلوبول من أنسجة أوراق النبات أو البكتيريا الزرقاء.
| كوكتيل مثبط الفوسفاتيز ب | |
| المانع | المطابقة النهائية (mM) |
| نا فلوريد | 50 |
| β-غليسيروفوسفات ⋅2Na⋅5H2O | 25 |
| نا-أورثوفاناديت | 1 |
| Na-بيروفوسفات ⋅10H2O | 10 |
| (ب) يجب إضافة مثبطات الفوسفاتيز طازجة في يوم العزل. |
الجدول 2: كوكتيل مثبط الفوسفاتيز.
| كوكتيل مثبطات الأنزيم البروتيني أ | ||||
| المانع | المخزون (ملغم / مل) | الأسهم المتوسطة | عامل التخفيف | المخروط النهائي (ملغم / مل) |
| مضاد للألم ⋅ 2HCl | 20 | الماء | 400 أضعاف | 50 |
| بيستاتين | 1 | 0.15 م كلوريد الصوديوم | 25 ضعفا | 40 |
| كيموستاتين | 20 | دمسو | 2000x | 10 |
| إي-64 | 20 | الماء | 2000x | 10 |
| ليوببتين (هيميسلفات) | 20 | الماء | 4000x | 5 |
| ف-راميدون⋅2نا | 20 | الماء | 2000x | 10 |
| إي بي إس إف | 50 | الماء | 1000x | 50 |
| أبروتينين | 10 | الماء | 5000x | 2 |
| (أ ) يجب تخزين محاليل مخزون الأنزيم البروتيني عند درجة حرارة -20 س في حصص صغيرة لتخزينها على المدى الطويل. قم بإذابة الثلج وأضفه طازجا إلى المخزن المؤقت المناسب مباشرة قبل العزل. |
الجدول 3: كوكتيل مثبطات الأنزيم البروتيني.
لا يوجد تضارب في المصالح للإعلان.
يتم تقديم بروتوكول سريع وفعال لعزل قطرات الدهون plastoglobule المرتبطة بالكائنات الحية الضوئية المختلفة. يعد التحضير الناجح للبلازموغلوبولات المعزولة خطوة أولى حاسمة تسبق التحقيقات الجزيئية التفصيلية مثل التحليلات البروتينية والدهون.
يتم دعم البحث في مجموعة مختبر Lundquist بمنح من NSF (MCB-2034631) ووزارة الزراعة الأمريكية (MICL08607) إلى P.K.L. يشكر المؤلفون الدكتورة كاري هيزر (جامعة ولاية ميشيغان) على دعمها في تطوير طريقة عزل البلاستوغلوبول البكتيري الأزرق.
| AEBSF | Milipore Sigma | P7626 | |
| Antipain.2HCl | Bachem | H-1765.0050BA | |
| Aprotinin | Milipore Sigma | A6106 | |
| Ascorbate | BDH | BDH9242 | |
| بيستاتين | سيجما ألدريتش | B8385 | |
| بيتا جليسيروفوسفات. 2Na5H2< / sub>O | EMD Millipore | 35675 | |
| مصل الأبقار الألبومين | Proliant البيولوجي | 68700 | |
| Chymostatin | Sigma Aldrich | C7268< | |
| em>Eragrostis nindensis< / em> | N / A | N / A | |
| E-64 | Milipore Sigma | E3132 | |
| خلية الضغط الفرنسية (موديل FA-079) | SLM / Aminco | N / A | |
| HEPES | Sigma Aldrich | H3375 | |
| Leupeptin | Sigma Aldrich | L2884 | |
| كلوريد المغنيسيوم | Sigma Aldrich | M8266 | |
| حاضنة اهتزاز Multitron | Infors HT | N / A | |
| Phospho-ramidon.2 Na | Sigma Aldrich | R7385 | |
| هيدروكسيد البوتاسيوم | فيشر للكيماويات | M16050 | |
| مخفضة السيستين | MP الكيماويات الحيوية | 101444 | |
| فلوريد الصوديوم | سيجما ألدريتش | S7920 | |
| الصوديوم أورثو فاناديت | سيجما ألدريتش | 450243 | |
| بيروفوسفات الصوديوم · ؛ 10H2< / sub>O | سيجما ألدريتش | 3850 | |
| سوربيتول | سيجما ألدريتش | S3889 | |
| السكروز | سيجما ألدريتش | S9378 | |
| سيلفانيا 15 واط الفلورسنت جرو لوكس أنبوب لمبة كهربائية ، 18 " | وول مارت | N / A | |
| Synechocy stis< / em> sp. PCC 6803 | N / A | N / A | |
| أوبتيما MAX-TL الطرد المركزي الفائق | بيكمان كولتر | A95761 | |
| خلاط وارينج (1.2 لتر) | VWR | 58977-227 | خلاط تجاري |
| زيا ميس | غير متاح |