يقدم هذا البروتوكول سير عمل موثوقا وفعالا من جمع العينات إلى تحليل البيانات لتحديد ملامح الميكروبيوم البكتيري الباطن والمشاشي الموجود في لحاء Populus trichocarpa.
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
يقدم هذا البروتوكول سير عمل موثوقا وفعالا من جمع العينات إلى تحليل البيانات لتحديد ملامح الميكروبيوم البكتيري الباطن والمشاشي الموجود في لحاء Populus trichocarpa.
قد تمتلك الكائنات الحية الدقيقة التي تستعمر أسطح النباتات والأنسجة الداخلية وظائف مفيدة في تعزيز نمو النبات وصحته. ومع ذلك ، لا تزال المعلومات المتعلقة بالميكروبيوم لأنسجة اللحاء للنباتات الخشبية محدودة ، خاصة فيما يتعلق بالميكروبات البكتيرية الداخلية والمشاشية لحاء Populus. للتغلب على هذا القيد ، أنشأنا سير عمل لتحديد تكوين وتنوع الجراثيم البكتيرية endophytic و epiphytic التي تستعمر لحاء Populus trichocarpa. باختصار ، بشرة جذع P. trichocarpa تم مسحها مرارا وتكرارا بكرة قطنية مغموسة في 0.1٪ Tween 20 للحصول على عينات بكتيرية نباتية. تم تعقيم البشرة المجردة ثم تجميدها وسحقها بشكل متكرر باستخدام النيتروجين السائل ومضرب الخرزة ، على التوالي ، لجمع عينات بكتيرية endophytic. تم استخراج الحمض النووي الجيني من المجتمعات البكتيرية النباتية الملتصقة بالقطن واللحاء المسحوق ل P. trichocarpa ، وخضع لتضخيم تفاعل ploymerase المتسلسل (PCR) مع بادئات تستهدف مناطق V5-V7 و V4 شديدة التغير من جين 16S rRNA البكتيري. تم خلط ثلاث نسخ مكررة من منتجات تفاعل البوليميراز المتسلسل التي تم الحصول عليها من كل عينة من النباتات الداخلية أو النبتة في تركيزات متساوية لبناء مكتبة amplicon ، والتي تم تسلسلها بعد ذلك. تم تحليل التسلسلات التي تم الحصول عليها عن طريق الربط التسلسلي ، وتصفية الجودة ، وإزالة الوهم ، والتعليقات التوضيحية التصنيفية. باختصار ، أنشأنا سير عمل موثوقا وفعالا من جمع العينات إلى تحليل البيانات لتحديد الميكروبيوم البكتيري الداخلي والمشاشية لحاء P. trichocarpa من خلال التنميط الجيني 16S rRNA. جنبا إلى جنب مع طرق استكشاف لحاء استعمار الكائنات الحية الدقيقة التي تم إنشاؤها في الدراسة السابقة ، قد تكون منهجيتنا بمثابة مخطط لتصميم بروتوكولات للتحقيق في ميكروبيوم اللحاء لأنواع النباتات الخشبية الأخرى ، وخاصة أشجار الغابات ذات الأهمية الاقتصادية.
اللحاء هو الطبقة الخارجية من سيقان النباتات الخشبية ، في إشارة إلى جميع الأنسجة خارج الكامبيوم الوعائي ، بما في ذلك اللحاء ومحيطالجلد 1،2. أظهرت الأبحاث المكثفة أن اللحاء يلعب أدوارا محورية في نقل الماء والكربوهيدرات ، وحماية الأشجار من الحريق والأضرار الميكانيكية3 ، والتكيف مع الضغوط اللاأحيائية4والحيوية5. والأهم من ذلك ، باعتباره واجهة بين الشجرة والهواء المحيط ، يعمل اللحاء أيضا كموطن فريد للكائنات الحية الدقيقة6. والجدير بالذكر أنه تم تأكيد أن الميكروبات المرتبطة باللحاء تمتلك وظائف تعزيز نمو المضيف7 ، ومساعدة الأشجار في اكتساب المغذيات8 ، وتعزيز تخليق الهرمونات النباتية9 ، وحماية المضيفين من عدوى مسببات الأمراضالنباتية 5. ومع ذلك ، فقد تم إيلاء اهتمام أقل بكثير للمجتمعات الميكروبية التي تستعمر اللحاء مقارنة بالميكروبات الميكروبية وجذورالجذور 10،11. توجد معرفة محدودة فيما يتعلق بالسمات البيولوجية لميكروبيوم لحاء الشجر. الهدف من ورقة المنهجية الحالية هو تزويد الباحثين بمجموعة من البروتوكولات لوصف تنوع وتكوين الميكروبيوم البكتيري الداخلي والمشاشية لحاء النبات الخشبي.
على أساس الطرق المنشورة للتحقيق في ميكروبات اللحاء12،13في هذا العمل ، قمنا بتصميم واختبار سير عمل مفصل يعتمد على تحليل تسلسل أمبليكون جين 16S rRNA لاستكشاف الميكروبيوم البكتيري الذي يستقر الأنسجة الداخلية أو أسطح لحاء جذع Populus trichocarpa ، وهو كائن حي نموذجي مهم يستخدم في بيولوجيا النبات الخشبي14. P. trichocarpa له خصائص النمو السريع15 ، والسهولة النسبية للتلاعب التجريبي16 ، والتحول الجيني السهل ، وأيضا ، معروف بتطبيقه الواسع في إنتاج الأخشاب17. على وجه التحديد ، تبدأ الطريقة المطروحة في هذا العمل بوصف مفصل لأخذ عينات من الجراثيم الداخلية والمشاشية لحاء ساق P. trichocarpa. مع إدراج خطوة لتعقيم اللحاء على السطح بالكحول وهيبوكلوريت الصوديوم بعد حصاد الميكروبيوم الذي يستعمر السطح ، أنشأت هذه الدراسة إجراء لجمع الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في البنية الداخلية لللحاء (النباتات الداخلية) وتلك التي تعيش على السطح الخارجي لللحاء (النباتات الهوائية). على حد علمنا ، من بين الدراسات المنشورة على ميكروبيوم لحاء النبات الخشبي ، لم يتم إجراء أي فحوصات على المجتمعات الميكروبية الداخلية والنباتية التي تم جمعها من نفس عينة اللحاء بناء على تمييز واضح بين المنافذ الداخلية والخارجية لللحاء18،19،20. وبالتالي ، فإن الطريقة التي تم تطويرها في هذا البحث ستمكن الباحثين من فحص تنوع وتكوين المجتمعات البكتيرية التي تعيش في اللحاء بطريقة دقيقة وشاملة. بالإضافة إلى ذلك ، تقدم هذه الدراسة أوصافا مفصلة لإجراءات استخراج الحمض النووي الجيني ، وتضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ، وإعداد مكتبة تسلسل أمبليكون الجين 16S rRNA21 ، وتحليل بيانات التسلسل. على وجه الخصوص ، استخدمت هذه الدراسة زوجا من البادئات التي تستهدف مناطق V5-V7 شديدة التغير من جين 16S rRNA البكتيري لتقليل التضخيم غير المحدد لتسلسلات الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء للنباتات المضيفة22 ، والتي أسفرت عن ملامح غير متحيزة للميكروبيوم المرتبط باللحاء. تم تقييم التنوع α باستخدام مؤشر شانون23 ، وهو مؤشر تنوع شائع يستخدم على نطاق واسع في أبحاث علم البيئة ، وتم حساب التركيب التصنيفي على مستوى الشعبة وتصوره في الرؤى الكمية في علم البيئة الميكروبية (QIIME) 24و Rالبرنامج 25. جنبا إلى جنب مع طرق استكشاف الجراثيم التي تستعمر اللحاء التي تم إنشاؤها في الدراسة السابقة 1،6 ، قد تكون منهجيتنا بمثابة مخطط لتصميم بروتوكولات لدراسة ميكروبيوم اللحاء لأنواع النباتات الخشبية الأخرى ، وخاصة أشجار الغابات ذات الأهمية الاقتصادية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. جمع العينة
2. معالجة العينة
3. استخراج الحمض النووي الجيني
4. تضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل
5. إعداد مكتبة تسلسل Amplicon
6. معالجة التسلسل والتحليل الإحصائي
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الحمض النووي الجيني عالي الجودة للميكروبيوم البكتيري الباطن والنباتي لحاء P. تم الحصول على trichocarpa باستخدام البروتوكول الأمثل (الجدول 1). أسفر تضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل لجميع العينات ال 12 عن نطاقات قوية مفردة بالحجم الصحيح (الشكل 3). نجح كلا الزوجين التمهيديين 799F / 1193R و 515F / 806R في تضخيم المنتجات المستهدفة من عينات أنسجة اللحاء الداخلية أو المشبعة عند حوالي 400 و 430 نقطة أساس ، على التوالي. تم بناء مكتبة ampl...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم تطوير سير العمل الذي اقترحناه من المنهجية المنشورة لفحص ميكروبات اللحاء7،18 ، ويوفر إرشادات عامة لتحديد وتوصيف الميكروبيوم الداخلي والمشاشية لحاء النباتات الخشبية. تشتمل هذه الطريقة على بروتوكولات لجمع العينات ومعالجتها ، واستخراج الحمض النووي الجيني ، وتضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل ، وإعداد مكتبات تسلسل التمبليكون ، وتحليل بيانات التسلسل ، وتعمل كمخطط محتمل لتصميم بروتوكولات لدراسة ميكروبيوم اللحاء لأنواع النباتات الخشبية....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.
نشكر السيد ديفيد أنتوني أثيرتون على تقديم السرد بالفيديو وأعضاء مختبر B.N. على المشورة القيمة. تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم في الصين (رقم المنحة 32071741 [إلى BN]) ، ومشاريع خطة البحث والتطوير الرئيسية في منطقة شينجيانغ الويغورية ذاتية الحكم (رقم المنحة 2022B02014) ، وخطة مقدمة "مواهب تيانشي" (إلى BN) ، والبرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين (رقم المنحة 2021YFD2200203 [إلى GQ]) ، ومشروع الابتكار للمختبر الرئيسي الحكومي لعلم الوراثة والتربية الشجرية (جامعة شمال شرق الغابات) (رقم المنحة 2019A01 [إلى BN]).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| المعدات: | |||
| مضرب الخرزة | DHS Life Science | 401265 | |
| الطرد المركزي لأنابيب 1.5 مل | أجهزة | ||
| الحرارية لأنابيب PCR قارئ | |||
| Microplate | BioTek | 8040528 | |
| Nanodrop | DHS Life Science & التكنولوجيا المحدودة | 2010/2020 | مقياس الطيف الضوئي الصغير |
| كيوبيت 3.0 مقياس الفلور | invitrogen | Q33216 | مقياس الفلور |
| ثلاجة (-80) | باناسونيك للرعاية الصحية المحدودة | 17060107 | |
| T100 Thermal Cycler | Bio-Rad | 1861096 | Thermal Cycler |
| Tanon EPS-600 ؛ | Tanon | A-179047-2313 | For electrophores |
| , LabChip GX Touch HT | PerkinElmer | CLS138625 Library الكشف عن توزيع أجزاء الحمض النووي, تحليل مراقبة جودة الحمض | |
| , النظم الحيوية التطبيقية QuantStudio 12K | النظم الحيوية التطبيقية | 4485694 | مكتبة القياس |
| الكمي Illumina Novaseq6000 | Illumina | تسلسل المكتبة | |
| : | |||
| قفازات | أي | ||
| 10 & mu ؛ L | Axygen | TF-300-R-S | |
| طرف حاجز الهباء الجوي 20 & mu; L | Axygen | TF-20-R-S | |
| طرف حاجز الهباء الجوي 200 & L | Axygen | TF-200-R-S | |
| حاجز الهباء الجوي Tipr 1000 & mu; L | Axygen | TF-1000-R-S | |
| أنبوب الطرد المركزي 1.5 مل | Axygen | MCT-150-C | |
| Corning 96 جيدا أسود / شفاف مسطح القاع | Microplate Corning | 3631 | |
| عصا قطنية | ZHENDE MEDICAL | 76606 | |
| DNeasy PowerSoil Kit | QIAGEN | 12888-100 | لاستخراج الحمض النووي |
| أنبوب الطرد المركزي الخالي من الإنزيم 1.5 مل | الولايات المتحدة الأمريكية العلمية | 1415-2600 | |
| الإيثانول | تيانجين يونغدا الكاشف الكيميائي المحدودة | 64-17-5 | |
| أنابيب صلبة (5 مل) | DHS Life Science | 0401261-17 | |
| Hot Master Mix ؛ | الدقيق Quanta Bio | 2200400 | |
| 2.0 مل | Axygen | MCT-200-C-S | |
| PCR مياه | QIAGEN | 17000-10 | |
| QIAquick Gel Extraction Kit ; | QIAGEN | 28704 | لاستخراج هلام |
| مجموعات فحص Quant-iT dsDNA ، Wide Range | Invitrogen | Q33130 | لتحديد تركيز المنتجات المضخمة ومكتبات amplicon المنقاة |
| طبق بتري مربع | Changde Bkman Biotechnology Co. ، Ltd | 110301014 | |
| حبات الصلب | Shangyu Yixin Ball Industry Co.، Ltd. | YXB36985 | |
| محلول هيبوكلوريت الصوديوم | تيانجين بيليان للكيماويات الدقيقة المحدودة ؛ | 7681-52-9 | |
| Tween 20 | Nachuan Biotechnology Studio | 9005-64-5 | |
| ثنائي البروتوكول DNA High Sens Reagent Kit | PerkinElmer | CLS760672 | الكشف عن مكتبة الحمض النووي |
| مجموعة القياس الكمي لمكتبة Illumina | Vazyme Biotech Co.، Ltd | NQ104 | مكتبة القياس الكمي |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن