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Um Beobachtungsdaten zu erhalten, die belegen, dass Kanteneffekte die Antwortmessungen beeinflussen können; Eine Pilotstudie wurde durchgeführt, um diesen Verdacht zu bestätigen. Für diese Studie wurden die oben genannten Methoden auf drei replizierte 96-Well-Platten mit nur einer einzigen Behandlungsstufe angewendet; Alle Protoplasten wurden mit pSYN1125019 transfiziert, einem Plasmid, das konstitutiv ZsGreen exprimiert, mit dem Ziel, zu zeigen, dass es systematische Unterschiede im Ansprechniveau für Einheiten am Rand der Platte im Vergleich zur zweiten Reihe und in zentralen Regionen der Platte gibt. Die 36 Vertiefungen am äußeren Rand der Platte sind als Block 1 definiert, die 28 Vertiefungen in der zweiten Reihe ab der Kante als Block 2 und die zentralen 32 Vertiefungen als Block 3 - siehe Abbildung 2A unten rechts. Diese Anordnung kann 28 Behandlungsstufen als randomisiertes vollständiges Blockdesign (RCBD) oder 32 Behandlungsstufen als randomisiertes unvollständiges Blockdesign (RIBD) aufnehmen. In Abbildung 2A wurden für jedes Replikat (rep) die Rohdatenpunkte für jedes Well durch den Mittelwert der jeweiligen Platte normiert. In allen drei Wiederholungen des Experiments sind die Reaktionen am Rand der Platte im Durchschnitt 1-1,5x größer als das Minimum. Abbildung 2B zeigt die Blockmittelwerte als Prozentsatz des Gesamtplattenmittelwerts für jedes Replikat. Tabelle 2 zeigt unidirektionale ANOVA-Tabellen aus der Anpassung eines linearen Modells mit Block als festen Effekt. Aus Gründen, die mit der eingeschränkten Randomisierung bei Blockdesigns zusammenhängen, wird die Inferenz auf der Grundlage von Hypothesentests für den Blockierungsfaktor bestenfalls als approximativ und schlimmstenfalls als ungültig angesehen. Die Anpassung eines Modells an einen festen Blockierungsfaktor ist jedoch nützlich, um zu beurteilen, ob ein Blockierungsschema vorteilhaft ist. Mn_Sq (Block) stellt die durchschnittliche quadrierte Abweichung des Blockmittelwerts um den Gesamtmittelwert dar. Mn_Sq (Fehler) stellt die durchschnittliche quadrierte Abweichung der einzelnen Beobachtungen über ihre jeweiligen Gruppenmittelwerte dar, in diesem Fall den Gesamtmittelwert, da es im Modell keinen Behandlungsfaktor gibt. Wenn Mn Sq (Block) größer als Mn Sq (Fehler) ist, d. h. das F-Verhältnis größer als eins ist, wurde die Größe des mittleren quadratischen Fehlers im Vergleich zu einem vollständig randomisierten Design (CRD) effektiv reduziert, wodurch die statistische Aussagekraft zum Vergleich der interessierenden Behandlungen erhöht und die Breite der Konfidenzintervalle zur Schätzung der Behandlungskontraste verringert wird. Abbildung 2B zeigt F-Verhältnisse, die weit über eins liegen, und die gemessene Reaktion nimmt tendenziell ab, wenn sie sich auf allen drei Replikationsplatten zur Mitte hin bewegt. In allen drei Replikaten werden 95 %-Konfidenzintervalle auf Stufe 0,05 für mindestens einen Block beobachtet, der den beobachteten Plattenmittelwert nicht abdeckt. Daraus kann geschlossen werden, dass das Sperrsystem die Genauigkeit dieser Schätzungen erheblich erhöht. Abgesehen von der geringeren Präzision kann die Nichtberücksichtigung der räumlichen Belästigungsvariabilität zu falschen Ergebnissen führen, da die Möglichkeit besteht, dass Behandlungseffekte mit dem Kanteneffekt verwechselt werden.
Obwohl es eine lange Geschichte von Protokollen zur Isolierung und Transfektion von etioliertem Mais gibt, die bis in die frühen 1990er Jahre zurückreicht, führt dieses Protokoll einige zusätzliche Modifikationen des traditionellen Verfahrens ein, um eine reproduzierbare Protoplastenisolierung in großen Mengen für die Zwecke der Protoplastentransfektion mit hohem Durchsatz besser zu erleichtern20. Die Sterilisationsschritte der Samen- und Blattgewebeoberfläche vor der Verdauung reduzieren die Pilzkontamination, ohne dass aseptische Medien erforderlich sind. Die Verwendung von Erde trägt auch dazu bei, die Kosten im Vergleich zur Verwendung spezieller Wachstumsmedien oder zum Kauf steriler Einwegbehälter niedrig zu halten. Das Protokoll kann in zahlreichen Stufen skaliert werden, um verschiedene Durchsatzstufen zu ermöglichen. Etwa 2 g des ersten Blattgewebes ergeben zwischen 5 x 106 - 10 x 106 Protoplasten. Da pro 96-Well-Plattentransfektion 5 x 106 Protoplasten benötigt werden, kann das Isolationsprotokoll, so wie es geschrieben ist, 2 Durchläufe des Transfektionsprotokolls aufnehmen. Auch dieses Protokoll verwendet MMg als Waschlösung anstelle der kanonischen W5-Lösung. Diese wurde ursprünglich aus Veröffentlichungen über Arabidopsis-Wurzelprotoplasten als Mittel zur Reduzierung der Anzahl der Pufferlösungen abgeleitet, die für einen gegebenen Schritt des Protoplastentransfektionsverfahrens verwendet werden21. Im Jahr 2022 wurde es jedoch auch für etiolierte Protoplasten von Maisblättern eingesetzt22. Eine weitere Verbesserung der Isolierung und Transfektion eines Protoplastenprotokolls wäre die Vereinfachung und Reduzierung von Pufferlösungen. In seiner derzeitigen Form wechselt dieses Protokoll zwischen dem kanonischen Verdauungspuffer, dem W5-Puffer, dem MMg-Puffer und dem WI-Puffer. Eine Vereinfachung der Lösungen wäre sehr vorteilhaft, um die Reproduzierbarkeit von Protoplastenexperimenten zu verbessern und die Variabilität zwischen den Experimenten von Mensch zu Mensch oder von Charge zu Charge zu verringern. Bemerkenswert ist, dass die letzte Neuerung des Protokolls das Fehlen einer vollständigen Entfernung für Pufferlösungen nach der PEG-Transfektion ist. Der Grund dafür, dass die Automatisierung möglich ist, liegt darin, dass der hier gezeigte Protoplast, etiolierter Mais, und andere, die wir getestet haben, darin besteht, dass sie die Verdünnung als Mittel zum Abschrecken der Reaktion zu tolerieren scheinen, anstatt die verschiedenen Pufferlösungen vollständig zu entfernen11. Die Reporterproduktion, wie sie durch unsere hier verwendete GFP-Transfektionskontrolle angezeigt wird, deutet darauf hin, dass Protoplasten bis zu 5% PEG tolerieren können, ohne dass dies einen negativen Einfluss auf die Fluoreszenzintensität hat (Ergänzende Abbildung 6). Dieser Wert ist mehr als doppelt so hoch wie die erwartete PEG-Konzentration nach Abschluss des hier beschriebenen Protokolls.

Abbildung 1: Illustratives Schema des Protoplastenisolations- und Transfektionsverfahrens. Schritte, bei denen die Automatisierung eingeführt wurde, sind durch die gestrichelten roten Linien und die zugehörigen blauen Kästchen gekennzeichnet. Zahlen, die von einem roten Kreis umgeben sind, entsprechen den drei beschriebenen Methoden. Erstellt mit BioRender.com. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Kanteneffekt und die Auswirkungen der Abschwächung von Replikatlayouts. (A) Topographische Karten, die die Faltenänderung der Fluoreszenzintensität für 96-Well-Platten, die mit pSYN11250 transfiziert wurden, relativ zum Plattenmittelwert für 3 unabhängige Replikationsexperimente (Rep) zeigen. Der Durchschnitt dieser Experimente wird auch mit dem Blockierungsschema dargestellt, das durch die verschiedenfarbigen gestrichelten Linien angezeigt wird, die darüber gelegt werden. (B) Streifendiagramme, die die Blockmittelwerte als Prozentsatz des Gesamtmittelwerts der Platten für die Replikatplatten 1, 2 und 3 von links nach rechts anzeigen. Die halbtransparenten Kreise stellen die Rohdatenpunkte nach der Division durch den Plattenmittelwert dar. Bei den Fehlerbalken handelt es sich um 95 %-Konfidenzintervalle auf Stufe 0,05, wobei der mittlere Strich den Mittelwert angibt. Die Farben Braun, Gold und Grau kennzeichnen den Rand, die zweite Reihe bzw. den inneren Teil der Platte. Die gestrichelte rote Linie bei 100 % stellt den Gesamtmittelwert der Platte dar. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
| Puffer | Reagenz |
| Verdauung | 1,5 % Zellulose Rs |
| 0,3% Makroenzym |
| 0,6 M Mannitol |
| 10 mM MES (ph 5,7) |
| 1 mM CaCl2 |
| 0,1 % (w/v) BSA |
| 0,5 nM β-Mercaptoethanol oder 0,5 mM DVB-T |
| Mmg | 0,6 M Mannitol |
| 15 mM MgCl2 |
| 4 mM MES, pH 5,7 |
| W5 | 154 mM NaCl |
| 125 mM CaCl2 |
| 5 mM KCl |
| 2 mM MES, pH 5,7 |
| WI | 0,6 M Mannitol |
| 4 mM MES, pH 5,7 |
| 4 mM KCl |
| PFLOCK | 30% PEG (w/v) |
| 0,6 M Mannitol |
| 100 mM CaCl2 |
Tabelle 1: Pufferlösungen für die Isolierung und Transfektion von etiolierten Mais-Protoplasten.
| Ruf | Quelle | Df | Summe Quadrat | Mio. m² | F-Wert | Pr (>F) |
| Replizieren 1 | Block | 2 | 0.26 | 0.13 | 10.64 | 0,001 < |
| Restlich | 93 | 1.135 | 0.012 | | |
| Replizieren 2 | Block | 2 | 0.507 | 0.25 | 21.41 | 0,001 < |
| Restlich | 93 | 1.102 | 0.012 | | |
| Replizieren 3 | Block | 2 | 0.179 | 0.09 | 4.48 | 0.014 |
| Restlich | 93 | 1.861 | 0.02 | | |
Tabelle 2: One-Way-ANOVA-Tabelle für die drei Replikate des 96-Well-Transfektionsexperiments pSYN11250. Für jede Replikationsplatte: Die Spalte Quelle gibt die Quelle der Variation an, Df bezeichnet die Freiheitsgrade, Summe Sq bezeichnet die Summe der Quadrate, Mn Sq bezeichnet die mittleren Quadrate (Summe Sq/Df), der F-Wert bezeichnet das Verhältnis von Mn_Sq (Block) zu Mn_Sq (Fehler) und Pr(>F) bezeichnet den p-Wert des globalen F-Tests.
Ergänzende Abbildung 1: Screenshots des Software-Dashboards. Auswahlkategorien, die sich auf die Erstellung einer neuen Methode beziehen, sowie die Decklayouts für Randomisierungs- und Transfektionsprotokolle. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 2: Wichtige Schritte bei der Einrichtung des Protokolls zur Erstellung von Transfektionsplatten. Screenshots, die während der Erstellung des Protokolls zur Erstellung der Transfektionsplatte aufgenommen wurden. Die Anzahl und der Titel für jedes Panel entsprechen den Schritten im Protokoll. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 3: Screenshots für die Manipulation von Laborgeräten und das Laden der Spitze für die Erstellung des Transfektionsprotokolls. Dies sind Schritte, die im gesamten Protokoll mehrmals vorkommen, so dass zur Vermeidung einer wiederholten Erwähnung hier repräsentative Schritte gezeigt werden. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 4: Zell-DNA-Vermischung während der Benutzerpause 1. Screenshots, die bei der Erstellung des Transfektionsprotokolls aufgenommen wurden. Die Anzahl und der Titel für jedes Panel entsprechen den Schritten im Hauptteil des Protokolls. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 5: Entfernung des Überstands nach Benutzerpause 1 durch Transfer der Proben auf die Mikrotiterplatte. Screenshots, die bei der Erstellung des Transfektionsprotokolls aufgenommen wurden. Die Anzahl und der Titel für jedes Panel entsprechen den Schritten im Hauptteil des Protokolls. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 6: ZsGreen transfizierte etiolierte Maisblattprotoplasten, die mit unterschiedlichen Konzentrationen von PEG im WI-Pufferzeitverlauf behandelt wurden. Balkendiagramm, das die relative Fluoreszenzintensität von Protoplasten nach PEG-Behandlung nach 24, 48 und 72 h mit Messung mit einem Mikroplatten-Reader zeigt. Fehlerbalken = SD, n = 4. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.