Der globale Klimawandel hat die Überschwemmungen verschärft, die sich weltweit zu einem immer wichtigeren Problem entwickelt haben. In den letzten Jahrzehnten ist die Häufigkeit von Überschwemmungen gestiegen, was zu erheblichen Ernteverlusten geführt hat 1,2. Kohl (Brassica oleracea var. capitata L.), ein Gemüse von großer globaler Bedeutung, ist anfällig für die negativen Auswirkungen starker Regenfälle, was die Entwicklung von überschwemmungstoleranten Kohlsorten erforderlich macht, um eine nachhaltige Produktion angesichts extremer Wetterereignisse zu gewährleisten. Daher ist es wichtig, die molekularen Mechanismen zu verstehen, die mit Überflutungsstress in Kohl verbunden sind, um diese Herausforderung zu meistern.
Um die Mechanismen der Genregulation in Pflanzen unter getauchten Bedingungen zu verstehen, werden transgene Linien häufig für genetische funktionelle Studien verwendet. Dieser Ansatz wird jedoch durch hohe Kosten, zeitintensive Transformations- und Subkulturprozesse sowie geringe Transformationseffizienzen bei vielen Kulturarten eingeschränkt, was die Entwicklung alternativer Methoden erforderlich macht. Protoplasten-basierte transiente Expressionssysteme werden in der pflanzlichen Molekularforschung als vielseitige und effiziente Alternative eingesetzt. Diese Systeme erleichtern die Untersuchung der Promotoraktivität, der Signalwege als Reaktion auf Umweltreize, der Protein-Protein- oder Protein-DNA-Wechselwirkungen und der subzellulären Lokalisation3. Die Etablierung von transienten Protoplasten-Expressionssystemen wurde nicht nur in Modellpflanzen berichtet 4,5, sondern auch in wirtschaftlich wichtigen Kulturpflanzen wie Zuckerrohr6, Nelke7, Phalaenopsis-Orchideen 8 und Aubergine9. Darüber hinaus wurden diese Systeme erfolgreich in Gehölzen eingesetzt, darunter Camellia oleifera10und Populus trichocarpa11. Die Protokolle für die Anwendung von Protoplastensystemen zur Untersuchung von Blattgemüse unter Unterwasser-induziertem Hypoxie-Stress sind jedoch begrenzt. Daher wurde in dieser Arbeit ein integriertes Protokoll für diejenigen entwickelt, die an der Untersuchung von Hypoxiereaktionen in Blattgemüse unter Verwendung eines transienten Kohl-Protoplasten-Expressionssystems interessiert sind.
Um die submergence-induzierte Hypoxie-Reaktion auf zellulärer Ebene durchzuführen, wurden in früheren Studien verschiedene Methoden zur Sauerstoffabscheidung eingesetzt, um hypoxische Umgebungen zu simulieren. Dazu gehören die Verwendung von EC-Oxyrase, OxyFluor, Natriumsulfit und sauerstoffverbrauchenden Beuteln. EC-Oxyrase wird typischerweise zur anaeroben Behandlung der humanen Zelllinien12 und der Arabidopsis-Protoplasten 13 eingesetzt. Es wurde festgestellt, dass OxyFluor bei der Abschwächung von Photobleichung, die durch reaktive Sauerstoffspezies verursacht wird, während der Fluoreszenzbildgebung lebender Zellen wirksam ist14,15. Natriumsulfit wurde bei der anaeroben Behandlung von Nematoden16 und in jüngerer Zeit bei Reisprotoplasten in Verbindung mit Techniken wie Chromatin-Immunpräzipitationsassays (ChIP)17 eingesetzt. Sauerstoffabsorberpackungen, die hauptsächlich für anaerobe Bakterienkulturen18 verwendet werden, haben auch unter anaeroben Bedingungen eine Wirksamkeit bei der Induktion der Aktivierung von ZmPORB1-Promotoren in Maisprotoplasten gezeigt19.
Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, eine robuste Pipeline für die Isolierung und transiente Expression von Kohlprotoplasten zu etablieren. Anschließend wurde die Wirksamkeit verschiedener sauerstoffadjustierender Behandlungen bewertet, indem die Promotoraktivität von anaeroben Reaktionsgenen mit Hilfe von Dual-Luciferase-Assays bewertet wurde. Es wird erwartet, dass das in dieser Studie entwickelte Protokoll für zukünftige Forschungen im Zusammenhang mit Submergence oder Hypoxie-Stress in Brassica-Systemen wertvoll sein wird.