我们描述了一种改良的 DIG 原位 杂交实验方案,快速且适用于多种植物物种,包括挪威云杉。只需进行少量调整,如改变RNase处理和蛋白酶K浓度,该方案即可用于不同组织和物种的研究。
我们描述了一种改良的 DIG 原位 杂交实验方案,快速且适用于多种植物物种,包括挪威云杉。只需进行少量调整,如改变RNase处理和蛋白酶K浓度,该方案即可用于不同组织和物种的研究。
当今可用的高通量表达分析技术为科学家提供了海量的表达谱数据,但由于难以分离个体组织,其在组织特异性表达方面的分辨率受到限制。表达数据需要通过例如表达模式分析进行验证和补充 原位 杂交,一种用于定位细胞特异性mRNA表达的技术。该 原位 杂交方法费时费力,且通常需要根据物种和组织进行大量优化。 原位 实验在木本物种中相对较难进行,例如针叶树种挪威云杉(Picea abies)。本文介绍了一种改良的 DIG 原位 杂交实验方案,快速且适用于多种植物物种,包括 P. abies通过一些调整,包括改变RNase处理和蛋白酶K的浓度,我们即可利用该方案研究一种裸子植物和两种被子植物雄性生殖器官中同源基因的组织特异性表达; P. abies,拟南芥 和 甘蓝型油菜该方案对所研究的物种和基因均表现出同等良好的效果。 AtAP3 和 BnAP3 在第二和第三轮花器官中观察到 拟南芥 和 B. napus 以及雄性球果小孢子叶中的 DAL13 P. abies。对于 P. abies 蛋白酶K的浓度(用于组织通透)需从1 μg/ml提高至3 μg/ml,这可能是由于组织更为致密以及酚类物质和多糖含量较高所致。对于所有物种,均去除了RNase处理步骤,因为该处理导致信号强度减弱,而特异性并未相应提高。通过比较开花植物和一种针叶树中同源基因的组织特异性表达模式,我们证明了DIG 原位 此处介绍的实验方案仅需微小调整即可适用于多种植物物种。因此,本方案避免了针对不同物种进行大量优化,也避免了使用放射性标记探针,转而采用地高辛标记探针。我们选择在视频中展示该方案中技术难度较高的操作步骤。
Anna Karlgren 和 Jenny Carlsson 对本研究的贡献相同。
通讯作者:Anna Karlgren,电子邮箱:Anna.Karlgren@ebc.uu.se;Jens F. Sundström,电子邮箱:Jens.Sundstrom@vbsg.slu.se
这种非放射性mRNA 原位 杂交实验方案已针对挪威云杉组织进行了优化,并进行了详细描述。该方案基于拟南芥/油菜 原位 由我们课题组优化的杂交实验方案,该方案基于Meyerowitz实验室和Irish实验室的已有方案,并由Vivian Irish、Cindy Lincoln和Jeff Long等人进一步优化。 1-4.
实验步骤
1. 固定与包埋
为了保留RNA,组织需要在进行原位杂交实验前进行固定并包埋于石蜡中。in situ 实验前的固定和包埋是关键步骤,因为固定不良的材料即使在mRNA丰度很高的情况下,也可能导致信号微弱或无法检测。组织需经过逐步的脱水、透明和石蜡包埋,以避免组织损伤。为进一步防止细胞收缩或膨胀,在挪威云杉组织脱水过程的初始乙醇步骤中加入了0.85% NaCl。乙醇中可不加NaCl(例如,在拟南芥/油菜的实验方案中即省略了NaCl)。包埋过程中的脱水步骤可在冰上进行,以最大限度地抑制RNase活性,也可在+4°C下进行。本方案中,4%多聚甲醛固定液含有0.25%戊二醛,据称有助于更好地保留RNA,尽管也有观点认为其可能并无显著影响(例如,在拟南芥/油菜的实验方案中即未添加)。大多数标准的固定和包埋方案均可使用。如下所示,挪威云杉的包埋流程与拟南芥/油菜的方案略有不同。
1.1 第1天 采集植物材料并用多聚甲醛固定
选项 1
注意!以下是挪威云杉包埋方案(步骤4-8)。在第5步中,务必使用闪烁瓶或玻璃小瓶。
1.2 第2天 脱水 N.B.! 挪威云杉包埋版本。
| 0.85% NaCl | 30 min | 冰上 |
| 50% EtOH + 0.85% NaCl | 90 min | 冰上 |
| 70% EtOH + 0.85% NaCl | 90 min | 冰上 |
| 85% EtOH + 0.85% NaCl | 90 min | +4°C |
| 95% EtOH (+ eosin) | 90 min | +4°C |
| 100% EtOH (+ eosin) | 90 min | +4°C |
| 100% EtOH (+ eosin) | 过夜 | +4°C |
1.3 第3天 脱水与包埋 N.B.! 挪威云杉包埋版本。
| 100 % EtOH (+ 伊红) | 2 h | 室温 |
| 50% EtOH + 50% Histoclear II | 1 h | 室温 |
| 100% Histoclear II | 1 h | 室温 |
| 100% Histoclear II | 1 h | 室温 |
| 50% Histoclear II + 50% Histowax | 过夜 | +40-50°C |
1.4 第4天 包埋 N.B.! 挪威云杉包埋版本。
| 100% 熔融的 Histowax | +60°C | (每日早晚更换) |
1.5 第5天 包埋 N.B.! 挪威云杉包埋版本。
| 100% 熔融的 Histowax | +60°C | (每日早晚更换) |
1.6 第6天 包埋 N.B.! 挪威云杉包埋版本。
| 100% 熔化的 Histowax | +60°C | (每日早晚更换) |
选项 2
注意!以下为拟南芥/油菜的包埋步骤(第4-8步)。
1.2 第2天 脱水 N.B.! 拟南芥/油菜包埋版本。
| 1x PBS | 30 分钟 |
| 1x PBS | 30 分钟 |
| 30% EtOH | 60 分钟 |
| 40% EtOH | 60 分钟 |
| 50% EtOH | 60 分钟 |
| 60% EtOH | 60 分钟 |
| 70% EtOH | 60 分钟 |
| 85% EtOH | 60 分钟 |
| 95% EtOH (+ eosin) | 过夜 |
1.3 第3天 脱水与包埋 N.B.! 拟南芥/油菜包埋版本。
| 100% 乙醇(+ 伊红) | 30 分钟 |
| 100% 乙醇(+ 伊红) | 30 分钟 |
| 100% 乙醇(+ 伊红) | 60 分钟 |
| 100% 乙醇(+ 伊红) | 60 分钟 |
| 75% 乙醇 + 25% Histoclear II | 30 分钟 |
| 50% 乙醇 + 50% Histoclear II | 30 分钟 |
| 25% 乙醇 + 75% Histoclear II | 30 分钟 |
| 100% Histoclear II | 60 分钟 |
| 100% Histoclear II | 60 分钟 |
| 100% Histoclear II + ¼ 体积 Histowax 芯片 | 过夜(不振荡) |
1.4 第4天 包埋 N.B.! 拟南芥/油菜包埋版本。
1.5 第5天 包埋 N.B.! 拟南芥/油菜包埋版本。
| 100% 熔融的 Histowax | +60°C | (每日早晚更换) |
1.6 第6天 包埋 N.B.! 拟南芥/油菜包埋版本。
| 100% 熔化的 Histowax | +60°C | (早晚更换) |
1.7 第7天 包埋(拟南芥/油菜花方案中的第8天)(影片!技术细节见影片)
2. 切片(影片!技术细节在影片中展示)
3. 探针的制备
原位杂交通过使用针对特定 mRNA 的标记探针来检测表达。该探针通常为一段互补 RNA,可用地高辛(digoxigenin, DIG)进行标记。DIG 是一种小分子,可连接至尿苷,从而掺入 RNA 探针中,随后通过抗 DIG 特异性抗体进行检测。
探针的设计与制备是RNA原位杂交实验中最关键的步骤。应特别注意确保探针具有高特异性,并使用高质量的UTP进行标记。有时需要针对特定探针调整杂交温度和/或反应时间。与常规操作一样,必须注意避免RNase污染。
标记前,根据标准操作流程分离模板,例如使用cDNA克隆、PCR片段,并将模板线性化。使用基因特异性引物从模板中分离并扩增正义链和反义链片段。对于PCR扩增片段,不要使用产生3'突出端的酶。通过带有T7序列的引物或含有T7启动子的载体,向所有片段添加T7(或SP6或T3)突出端。
有义链(mRNA 或 (-) 链)探针与靶 mRNA 序列相同,因此不会与靶 mRNA 杂交;而反义链(anti-mRNA 或 (+) 链)探针具有互补序列,能够与靶 mRNA 杂交,从而产生目标信号。有义链探针用作阴性对照,若实验操作正确,则不应出现信号。同时还需要设置阳性对照,例如检测持家基因的探针。大多数切片应使用反义链探针进行杂交,仅有少数切片需用于与不同的对照探针杂交。
3.1 使用体外转录法进行探针标记
标记探针时使用 DIG RNA 标记试剂盒(SP6/T7;11175025910,Roche Applied Science,德国曼海姆)或类似试剂。本方案中所述的 20 μl 反应体系应产生约 10 μg 的 DIG 标记 RNA。
| 成分 | 体积/数量 |
| 10 x NTP 标记混合物 | 2 μl |
| 10 x 转录缓冲液 | 2 μl |
| Protector RNase抑制剂 | 1 μl (20U) |
| RNA T7聚合酶(SP6或T3) | 2 μl |
| 模板DNA(500-1000 ng) | x μl |
| 无RNase的MilliQ水 | y μl,定容至最终体积 18 μl |
3.2 长探针的水解
注意:如果您的探针长度超过 150 bp,建议将其缩短至 50–150 bp,以获得较强的信号,原因在于较小的探针穿透性更佳。探针可通过碳酸盐缓冲液(pH 10.2)进行化学降解。若探针长度已符合要求,可跳过水解步骤,但需记得向探针中加入等体积的甲酰胺,即 30 μl。
| 孵育时间(分钟)= (L0-f) / (K*L0*f) |
| L0探针的起始长度(kb) |
| Lf = 探针的最终长度(kb)= 例如 0.100 kb |
| K = 水解速率常数 = 0.11 kb-1min-1 |
4. 原位 杂交( 影片!技术细节在影片中展示)
确保所有溶液均无RNase!无需对所有物品进行DEPC处理,但至少应使用经高压灭菌的MilliQ水。确保所有玻璃器皿在+200°C下加热过夜或至少5小时。用0.1 M NaOH溶液在振荡条件下处理塑料容器和搅拌子过夜。随后用高压灭菌的MilliQ水(约500 ml/容器)反复冲洗塑料容器数次。必须仔细冲洗容器,以避免残留NaOH痕迹,否则可能干扰杂交反应。除Tris缓冲液外,所有储备溶液均需进行DEPC处理。在开始实验前检查所有溶液等,确保所有物品均已备齐。从步骤1至步骤61(除步骤51-52外),我们将载玻片置于一个可轻松在不同容器间移动的支架中。
4.1 原位 切片预处理
| 2次,每次10分钟,使用Histoclear II(使用玻璃容器) |
| 2次,每次1–2分钟,100% EtOH |
| 1–2分钟,95% EtOH |
| 1–2分钟,90% EtOH |
| 1–2分钟,80% EtOH |
| 1–2分钟,60% EtOH |
| 1–2分钟,30% EtOH |
| 1–2分钟,H2O |
| 30秒,30% EtOH |
| 30秒,60% EtOH |
| 30秒,80% EtOH |
| 30秒,90% EtOH |
| 30秒,95% EtOH |
| 2次,每次30秒,100% EtOH |
4.2 原位 杂交( 影片!技术细节在影片中展示)
确定每种探针所使用的载玻片,注意同时使用正义链和反义链探针,并设置阳性对照。(注意!Fisher Biotechnology 的 ProbeOn Plus 载玻片带有白色磨砂面,可在实验方案的杂交/检测步骤中将载玻片成对夹合使用。)同一对载玻片应使用相同种类和浓度的探针。根据载玻片对的总数确定所需杂交液的配制量。将硫酸葡聚糖预先在 +60°C 下加热。由于含有硫酸葡聚糖,杂交液非常黏稠,将其置于 +60°C 环境中可使其更易于操作。在加样前,将载玻片置于洁净的纸巾或 Kimwipe/擦拭纸上空气干燥,确保载玻片完全干燥。为每对载玻片加入探针。在正式实验前,务必测试不同的探针浓度(例如 0.5、2 和 4 μl),以确定最佳浓度。
| 杂交溶液 | 5 对载玻片 | 10 对载玻片 | 15 对载玻片 | 20 对载玻片 |
| 10xin situ 盐溶液 | 100 μl | 200 μl | 300 μl | 400 μl |
| 去离子甲酰胺 | 400 μl | 800 μl | 1200 μl | 1600 μl |
| 50 % 硫酸葡聚糖 (+60 °C) | 200 μl | 400 μl | 600 μl | 800 μl |
| 50x Denhardt 溶液 | 20 μl | 40 μl | 60 μl | 80 μl |
| tRNA (100 mg/ml) | 10 μl | 20 μl | 30 μl | 40 μl |
| H2O (DEPC 处理) | 70 μl | 140 μl | 210 μl | 280 μl |
| 总体积 | 800 μl | 1600 μl | 2400 μl | 3200 μl |
4.3 原位杂交后处理(影片!技术细节见视频)
配方/储备溶液
注意!尽可能使用无RNase的MilliQ水,例如经DEPC处理的MilliQ水(加入0.1% DEPC,静置过夜,然后在液体循环条件下高压灭菌(15 psi,即1.05 kg/cm2,20分钟)),或至少使用经过高压灭菌的MilliQ水。在配制缓冲液和储存液时,也可将无RNase的盐类等溶解于DEPC处理过的水中,而不必直接对缓冲液和储存液进行DEPC处理。如果不对水、缓冲液和储存液进行DEPC处理,则至少应进行高压灭菌或过滤除菌。
暂停!除非另有说明,缓冲液和储存液应于室温保存。
注意!许多缓冲液的配方及配制方法可参见《分子克隆实验指南》(Molecular Cloning(Sambrook, J., 和 D.W. Russell. 2001. Molecular Cloning A Laboratory Manual. 第3版. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, USA))。
0.1 M 三乙醇胺(pH 8,体积:800 ml)中的乙酸酐。
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| 三乙醇胺 | 10.4 ml | 0.1 M 三乙醇胺 |
| MilliQ水 | 786.4 ml | 终体积 800 ml |
| HCl | 3.2 ml | 调至 pH 8.0 |
| 乙酸酐 | 4.8 ml | 0.6% |
注意:现配 0.1 M 三乙醇胺溶液,并在孵育前立即加入乙酸酐。
注意:使用玻璃容器。必须使用三乙醇胺缓冲液,因为乙酸酐在水中不稳定。
1% 琼脂糖凝胶(1 × TBE 缓冲液,体积:100 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| 琼脂糖 | 1 g | 1% |
| 1 x TBE | 加至 100 ml |
将琼脂糖与1 × TBE混合,加热至琼脂糖完全溶解。制备凝胶,并在1 × TBE缓冲液中进行电泳。
葡聚糖硫酸盐
将5 g硫酸葡聚糖用DEPC处理的MilliQ水定容至10 ml(即50% (w/v)),在60°C下溶解。
暂停!于-20°C保存。
0.5 M EDTA pH 8.0(三钠盐III,体积500 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| EDTA (372.24 g/mol) | 93.06 g | 0.5 M EDTA |
| MilliQ水 | 加至 500 ml | |
| NaOH | 约 10 g 颗粒 | 调节 pH 至 8.0 |
| DEPC | 0.5 ml | 0.1% DEPC |
将EDTA溶于水中(在pH 8.0条件下溶解),加水定容至500 ml。加入0.1% DEPC,过夜放置。高压灭菌。
固定液(步骤 1-3,42)— 4% (w/v) 多聚甲醛溶于 1× PBS,pH 7.0(650 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| MilliQ水 | 585 ml | |
| 10x PBS | 65 ml | 1x PBS |
| 10M NaOH | 520 μl | 使pH值约为11 |
| 多聚甲醛 | 26 g | 4% |
| 浓盐酸 | 449 μl | 使pH值约为7 |
注意:需新鲜配制。
注意:在云杉实验方案中,戊二醛的终浓度为 0.25%,即在总体积为 650 ml 时加入 6.5 ml 的 25% 戊二醛,或在总体积为 1000 ml 时加入 10 ml 的 25% 戊二醛(注意应相应减少等体积的水)。
注意:在调节 pH 值后,加入少量吐温 20 和/或 Triton X-100,以降低表面张力,有助于完成第 1–3 步的固定。第 42 步中禁止使用!
注意:固定植物组织时,通常需要较小体积的固定液(例如 100–200 ml)。
10x 原位 盐溶液(体积 100 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| 5 M NaCl | 60 ml | 3M NaCl |
| 1 M Tris-Cl pH 8.0 | 10 ml | 0.100 M Tris |
| 1 M Na Phosphate pH 6.8 | 10 ml | 0.100 M Na Phosphate |
| 0.5 M EDTA | 10 ml | 0.050 M EDTA |
| MilliQ-水 | 加至 100 ml |
取 pH 6.8 的磷酸钠缓冲液(46.3 ml 1 M Na2HPO4 + 53.7 ml 1 M NaH2PO4)混合。加入 NaCl、Tris、磷酸钠缓冲液、EDTA 和水,混匀后高压灭菌。暂停!于 -20°C 保存。
4 M LiCl2(氯化锂,体积:100 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| LiCl2 (42.39 g/mol) | 16.956 g | 4M LiCl2 |
| MilliQ水 | 加至100 ml | |
| DEPC | 0.1 ml | 0.1% DEPC |
将LiCl2溶于水中,定容至100 ml。加入0.1% DEPC,过夜放置。高压灭菌。
暂停!于+4°C保存。
1 M MgCl2 · H2O(氯化镁,体积:100 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| MgCl2 · H2O (203.30 g/mol) | 20.33 g | 1 M MgCl2 · H2O |
| MilliQ水 | 加至 100 ml | |
| DEPC | 0.1 ml | 0.1% DEPC |
将MgCl2溶于水中,定容至100 ml。加入0.1% DEPC,过夜放置。高压灭菌。
注意!MgCl2具有强吸湿性。开封后的试剂瓶不宜长期存放。
5 M NaCl(氯化钠,体积:1 l)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| NaCl (58.44 g/mol) | 292.2 g | 5 M NaCl |
| MilliQ水 | 加至1 L | |
| DEPC | 1 ml | 0.1% DEPC |
将NaCl溶于水中,定容至1 L。加入0.1% DEPC,过夜放置。高压灭菌。
1 M NaOAc pH 4.7(醋酸钠,体积:100 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| NaOAc (82.03 g/mol) | 0.8203 g | 1 M NaOAc |
| MilliQ水 | 加至100 ml | |
| 乙酸 | 调至pH 4.7 | |
| DEPC | 0.1 ml | 0.1% DEPC |
将乙酸钠(NaOAc)溶于水中,调节pH至4.7,定容至100 ml,加入0.1%焦碳酸二乙酯(DEPC),过夜放置,然后高压灭菌。
0.2 M Na2CO3 pH 11.4(碳酸钠,体积:10 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| Na2CO3 | 0.21198 g | 0.2 M Na2CO3 pH=11.4 |
| MilliQ水 | 加至10 ml |
将Na2CO3溶于水中,定容至10 ml。pH值应为11.4。
注意!需新鲜配制。
0.2 M NaHCO3 pH 8.2(碳酸氢钠,体积:10 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| NaHCO3 | 0.16802 g | 0.2 M NaHCO3: pH=8.2 |
| MilliQ水 | 加至10 ml |
将NaHCO3溶于水中;定容至10 ml。pH值应为8.2。
注意!现用现配。
1 M Na2HPO4 · 2 H2O(体积 500 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| Na2HPO4 · 2 H2O (177.99 g/mol) | 88.995 g | 1 M Na2HPO4 |
| MilliQ水 | 加至 500 ml | |
| DEPC | 0.5 ml | 0.1% DEPC |
将 Na2HPO4 溶于水中,定容至 500 ml。加入 0.1% DEPC,过夜放置。高压灭菌。
1 M NaH2PO2 · H2O(体积 500 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| NaH2PO4 · H2O (137.99 g/mol) | 68.995 g | 1 M NaH2PO4 |
| MilliQ水 | 加至 500 ml | |
| DEPC | 0.5 ml | 0.1% DEPC |
将NaH2PO4溶于水中,定容至500 ml。加入0.1% DEPC,过夜放置。高压灭菌。
5 倍 NTE(总体积:1 L)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| 5 M NaCl | 500 ml | 2.5 M NaCl |
| 1 M Tris-Cl pH 8 | 25 ml | 50 mM Tris-Cl pH 8 |
| 0.5 M EDTA | 5 ml | 5 mM EDTA |
| MilliQ水 | 470 ml | 终体积 1 L |
混合 NaCl、Tris、EDTA 和水。不要进行 DEPC 处理。高压灭菌。
10 倍浓度 PBS(磷酸盐缓冲液),pH 7.0(总体积:1 L)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| 5 M NaCl | 260 ml | 1.3 M NaCl |
| 1 M Na2HPO4 | 70 ml | 70 mM Na2HPO4 |
| 1 M NaH2PO4 | 30 ml | 30 mM NaH2PO4 |
| MilliQ水 | 640 ml | 终体积 1 L |
| DEPC | 1 ml | 0.1% DEPC |
将 NaCl、Na2HPO4、NaH2PO4 和水混合,用 HCl 调节 pH 至 7.0。加入 0.1% DEPC,过夜放置,然后进行高压灭菌。
20x SSC pH 7.0(总体积:1 L)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| NaCl (58.44 g/mol) | 175.32 g | 3 M NaCl |
| Na Citrate (294.1 g/mol) | 88.23 g | 0.300 M Na Citrate |
| MilliQ水 | 加至 1 L | |
| HCl | 调至 pH 7.5 | |
| DEPC | 1 ml | 0.1% DEPC |
将 NaCl 和 Na 柠檬酸盐溶解于约 800 ml 水中。用 HCl 调节 pH 至 7.0。加水定容至 1 L。加入 0.1% DEPC,过夜放置。高压灭菌。
5 × TBE(体积:1 L)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| Tris (121.14 g/mol) | 54 g | ~ 0.45 M Tris |
| 硼酸 (61.83 g/mol) | 27.5 g | ~ 0.45 M 硼酸 |
| EDTA (372.24 g/mol) | 3.7 g | ~ 0.01 M EDTA |
| MilliQ水 | 加至 1 L |
混合 Tris、硼酸、EDTA 和水,pH 值应约为 8.3。使用前稀释至 1 × TBE。
10 × TE 缓冲液,pH 8.0(Tris EDTA,体积:1 L)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| 1 M Tris-Cl, pH 8.0 | 100 ml | 0.100 M Tris-Cl |
| 0.5 M EDTA pH8.0 | 100 ml | 0.050 M EDTA |
| MilliQ-水 | 加至 1 L |
混合Tris、EDTA和水。不要用DEPC处理。高压灭菌。
注意!Tris不应进行DEPC处理!请使用无RNase的粉末,并用经DEPC处理或无RNase的MilliQ水稀释。
1 M Tris-HCl pH 7.5 - 9.5(体积 500 ml)
| 成分 | 体积/用量 | 终浓度 |
| Tris (121.14 g/mol) | 60.57 g | 1 M Tris |
| MilliQ水 | 加至500 ml | |
| HCl | 调至pH 7.5 | |
| HCl | 调至pH 8.0 | |
| NaOH | 调至pH 9.5 |
将Tris溶解于经DEPC处理的水中。调节至所需pH值。加水定容至500 ml。高压灭菌。
注意!Tris不应进行DEPC处理!请使用无RNase的Tris粉末,并用经DEPC处理或无RNase的MilliQ水稀释。
注意!在《分子克隆》(见上文)中有一个表格,描述了为达到正确pH值所需加入的浓盐酸量。
材料与方法
原位 实验方案如上文及视频中所示。以下将介绍本示例中所用植物材料和探针的附加信息。
植物材料与实验设计
雄性球果来自 Picea abies [L.] Karst.(挪威云杉)于2007年秋季采自瑞典乌普萨拉。共切分8个球果,每个球果的切片均用于各处理组。测试了三种蛋白酶K浓度:1、3和 5 μg/μl 每个浓度均进行或不进行RNase处理。未进行RNase处理的载玻片在RNase处理期间置于PBS中。 拟南芥 [L.] Heynh. 和 Brassica napus L. 在培养室的受控条件下培养, 22°C/18°C 昼夜温度及16小时光周期。含有花蕾的幼嫩花序,花蕾发育阶段为0-10期(发育阶段依据Smyth) 5进行了研究。
cRNA 探针
总RNA从 P. abies 雄性球果,如先前所述6,以及 A. thaliana 和 B. napus 使用TRIzol(Gibco BRL,Frederick,Maryland,USA)和Qiagen RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen,Hilden,Germany)分别按照生产商推荐的方法提取总RNA。以0.5–1 μg 总RNA,根据物种而定,使用Superscript III Reverse Transcriptase(Invitrogen,Carlsbad,California,USA)按照制造商说明书进行逆转录。 AtAP3 和 BnAP3 正义链与反义链片段以及 P. abies 使用基因特异性引物(表1)分离并扩增了正义片段。 DAL13 使用引物对反义片段进行分离和扩增,引物同步骤7。在片段上添加T7悬垂 A. thaliana 和 P. abies 使用带有T7序列的修饰型反向引物(表1)扩增,获得一段500 bp的片段 BnAP3 特异性引物(表1)扩增后克隆至含有T7启动子的pGEM-T载体中。对于挪威云杉片段,所有PCR反应均在总体积为 20 μl 含0.2 U Phusion High-Fidelity DNA Polymerase(Finnzymes,Espoo,芬兰)、1x Phusion HF缓冲液 200 μM 每种dNTP 0.3 μM 每种引物各使用相应量,cDNA 用量为 25–50 ng,并采用标准 PCR 程序,退火温度为 60–55°C (降落-1°C/循环)随后 55°C。针对这三种物种的正义和反义cRNA探针均通过以下方法合成 体外 使用 DIG RNA 标记试剂盒(SP6/T7;Roche Applied Science,Mannheim,德国)按照制造商推荐的方法进行转录,并用 Na 将长探针消化为约 100–150 bp 的片段2CO3 缓冲液,根据 3.
结果
在本结果部分,我们描述了三种典型的实验结果示例 原位 实验。
尽管裸子植物和被子植物这两个种子植物类群在2.85亿年前已经分化7-9,调控其生殖发育、决定雌雄器官身份的遗传机制似乎在进化上是保守的10。在A. thaliana中,花部同源异型基因APETALA3(AP311)和PISTILLATA(PI12)在花的结构背景下对雄性生殖器官发育具有必要且充分的作用,这一功能在被子植物谱系中似乎也是保守的13。在缺乏花朵、其生殖器官分别着生于独立的雄性和雌性球果中的裸子植物中(图1A-C),与AP3和PI同源的基因特异性地在雄球果的产粉器官——小孢子叶中表达7,14。因此,在被子植物和裸子植物中,相似的一组同源基因决定了产粉器官的身份。
分别针对AtAP3和BnAP3的基因特异性探针,在A. thaliana和B. napus幼嫩花芽的第3阶段,于对应花器官第二和第三轮的区域检测到信号。在更晚期的花芽中,信号局限于正在发育的花瓣和雄蕊(图2A和B)。这些结果与先前的研究一致11,15,16。针对P. abies中AP3同源基因DAL13的探针,在P. abies雄球果的微孢子叶中均检测到信号,无论是在顶端分生组织终止之前还是之后(图2C和D),这与先前研究的预期相符7,14。正义链探针未产生高于背景水平的信号(图3A-B及未显示数据)。综上所述,这些结果表明A. thaliana AP3及其在B. napus和P. abies中的直系同源基因在发育中的雄性生殖器官中表达。

图1. A. thaliana 和 B. napus 的花及裸子植物 P. abies 产生花粉的雄性球果。图片A和B分别显示了A. thaliana和B. napus带有花蕾和开放花朵的花序。请注意,被子植物的花除了不育的花被外,还包含雄性和雌性生殖器官:雄蕊和心皮。图片C显示了裸子植物P. abies的枝条,其上具有绿色的营养针叶和红色的生殖雄性球果。

图2. A. thaliana AP3 基因及其在 B. napus 和 P. abies 中的同源基因的表达。显微图像显示了 A. thaliana 和 B. napus 的花序纵切面,分别如图 A 和 B 所示,以及 P. abies 雄球果的纵切面,如图 C 和 D 所示。使用针对 AtAP3 的反义探针杂交的切片(图 A)和针对 BnAP3 的反义探针杂交的切片(图 B)显示信号出现在花器官的第二轮和第三轮。数字表示根据Smyth5定义的花发育阶段。针对 DAL13 基因的反义探针在 P. abies 雄球果的产粉小孢子叶中产生信号,如图 C-D 所示。箭头指示小孢子叶的示例。图 A-D 中的箭头指示呈紫色的杂交信号。在图 C 和 D 中,酚类化合物使髓心中央个别细胞呈现褐色的非特异性着色。s,萼片;p,花瓣;st,雄蕊;c,心皮;ms,小孢子叶;pi,髓;pp,小孢子母细胞。比例尺:100 μm。

图3. DAL13 在挪威云杉(P. abies)雄球果中的表达。所有显微照片(A-H)均显示雄球果顶端分生组织终止后的纵切面。箭头指示DAL13表达的细胞类型。A和B中的切片使用正义对照探针进行杂交,以确定背景染色情况。C至H的显微照片使用DAL13反义探针进行杂交。D、F、H显示经RNase处理的实验切片,C、E、G显示未经RNase处理的实验切片。C和D显示使用1 μg/ml蛋白酶K处理的实验显微照片,E和F为3 μg/ml,G和H为5 μg/ml。比例尺:100 μm。
与 A. thaliana/B. napus 实验方案相比,P. abies 实验方案中的两个方面进行了优化:RNase 处理和蛋白酶 K 浓度。RNase 可去除背景信号,从而提高信号特异性17。蛋白酶 K 处理有助于组织通透,使探针能够进入并与目标 RNA 群体杂交。DAL13 反义探针在未经 RNase 处理的切片中显示出更强的信号(图 3C、E、G),而经 30 分钟 RNase 处理的切片信号较弱(图 2D、F 和 H)。由于 RNase 处理并未增强信号,因此在本方案中省略了该步骤。蛋白酶 K 处理测试了三种不同浓度:1、3 和 5 µg/ml。对于 P. abies,使用 1 µg/ml 蛋白酶 K 时观察到信号很弱或无信号(图 3C-D);而使用 3 µg/ml(图 3E-F)和 5 µg/ml(图 3G-H)蛋白酶 K 时均获得了强信号。由于使用 5 µg/ml 蛋白酶 K 与使用 3 µg/ml 时的信号强度无明显差异,因此我们选择在方案中采用 3 µg/ml 的浓度。与 A. thaliana 和 B. napus 花芽相比,P. abies 雄球果需要更高浓度的蛋白酶 K,可能是由于其组织更为致密,且含有更高水平的酚类物质和多糖。
在固定和包埋过程中,A. thaliana/B. napus 实验方案与 P. abies 实验方案之间存在一些差异。需对目标组织进行固定以保留RNA,这是一个关键步骤,因为固定不良的材料即使含有高丰度的mRNA,也可能导致信号微弱或无法检测。组织需经过逐步脱水、透明和石蜡包埋,以避免组织损伤;在某些方案中,脱水所用的乙醇中会添加0.85% NaCl,以进一步防止细胞收缩或膨胀3。包埋过程中的脱水步骤可在冰上进行,以最大限度地降低RNase活性。在P. abies方案中,4%多聚甲醛固定液含有0.25%戊二醛,据称可更好地保留RNA17,尽管也有观点认为其可能并无显著差异3。切片后,将材料固定于载玻片上,并在杂交前进行预处理(即脱蜡、复水、通透化、降低探针非特异性结合的处理,最后再次脱水)。
本文所介绍的检测方案可在普通实验室中完成,信号通常在1至3天内出现,且信号与背景的比值可进行持续监测。与放射性标记探针相比,地高辛(DIG)标记探针通常产生更清晰的信号,稳定性更高,并可在连续实验中重复使用。然而,其灵敏度低于放射性探针17。原位杂交通过使用针对特定mRNA的标记探针来检测基因表达。放射性标记是一种稳定且灵敏的标记方法,但需要操作放射性物质,且结果的检测需耗时数周。而抗原标记探针则更稳定、更安全,且仅需数天即可完成检测介质的曝光17。因此,目前抗原标记方法占主导地位。无论采用何种实验方案,最关键的步骤均为探针设计。应确保探针具有高特异性,并使用高质量的UTP进行标记。有时需针对特定探针调整杂交温度和/或反应时间。
我们基于地高辛标记探针的改进方案将有助于同时在从拟南芥(A. thaliana)到挪威云杉(P. abies)等多种物种中定位mRNA表达,并经过少量调整后应可用于其他植物物种。该方案除雄性球果外,还已在挪威云杉(P. abies)的不同营养枝发育阶段以及合子胚和体细胞胚中进行测试,结果良好(未发表结果;Karlgren et al.)。
作者无任何利益冲突需要披露。
我们非常感谢Anders Bovin为我们的影片提供了配乐,同时也感谢Michael Elliot Stocks自愿担任旁白配音。本研究得到了Carl Trygger基金会、瑞典农业大学农业功能基因组学战略研究计划(AgriFunGen)、瑞典研究理事会(VR)以及瑞典环境、农业科学和空间规划研究理事会(FORMAS)的支持。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 乙酸酐 | Sigma-Aldrich | A6404-200ml | 最低纯度 98% |
| 丙烯酰胺,线性 | Ambion | 9520 | |
| 抗DIG抗体 | Roche Group | ||
| 封闭试剂 | Roche Group | 11 175 041 910 或 11 096 176 001 | |
| 牛血清白蛋白 | Sigma-Aldrich | A7030-50g | 最低纯度 98% |
| 去离子甲酰胺 | Sigma-Aldrich | ||
| Denhardt溶液 | Sigma-Aldrich | D2532-5ml | |
| DEPC,焦碳酸二乙酯 | Sigma-Aldrich | ||
| 硫酸葡聚糖 | Sigma-Aldrich | ||
| DIG RNA标记试剂盒(SP6/T7) | Roche Group | 11175025910 | |
| 戊二醛(25%) | Histolab | ||
| 糖原 | Ambion | 9510G | |
| Histoclear II | Histolab | 包埋组织时可使用Tissue-clear、Histoclear II、二甲苯或类似替代物。 | |
| Histowax | Histolab | 包埋时可使用Histowax或Paraplast。 | |
| 多聚甲醛 | Sigma-Aldrich | P6148-500g | |
| Paraplast plus | Sigma-Aldrich | P3683-1kg | 包埋时可使用Histowax或Paraplast。 |
| Phusion™ 高保真DNA聚合酶 | Finnzymes | ||
| Probe-on Plus载玻片 | Fisher Scientific | 22-230-900 | |
| 蛋白酶K | Sigma-Aldrich | P2308-5mg | |
| RNase A | Sigma-Aldrich | R5503-100mg | |
| Tissue-clear | Sakura Finetek | 包埋组织时可使用Tissue-clear、Histoclear II、二甲苯或类似替代物。 | |
| 三乙醇胺 | Sigma-Aldrich | T1377-100ml | 最低纯度 98% |
| Triton X-100 | 使用实验室常规产品 | 可选用Triton X-100和Tween-20中的一种或两种。 | |
| tRNA | Sigma-Aldrich | 83853-100mg | |
| Tween-20 | 使用实验室常规产品 | 可选用Triton X-100和Tween-20中的一种或两种。 | |
| Western Blue | Promega Corp. |
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