Presentamos un protocolo sencillo, eficaz y reproducible para la transformación mediada por Agrobacterium en Phytophthora palmivora, que también es aplicable a P. capsici.
Artículo de método
Presentamos un protocolo sencillo, eficaz y reproducible para la transformación mediada por Agrobacterium en Phytophthora palmivora, que también es aplicable a P. capsici.
Phytophthora es un género de oomicetos que contiene numerosos patógenos vegetales destructivos, entre los que se encuentra la especie de amplio rango de hospedadores P. palmivora. La genómica funcional de Phytophthora ha estado limitada por la limitada disponibilidad de métodos de transformación robustos y fáciles de implementar. Entre los enfoques disponibles, la transformación mediada por Agrobacterium (AMT) es especialmente atractiva porque requiere un equipo especializado mínimo y a menudo produce transformantes estables con inserciones génicas de una sola copia. La mayoría de los protocolos de AMT para la transformación fúngica y de oomicetos utilizan sales de medio mínimo (MM) en medios de inducción y cocultivo de Agrobacterium . La preparación de estos medios suele implicar fabricar y mezclar múltiples soluciones de caldo, algunas de las cuales contienen numerosos componentes a diferentes concentraciones. El proceso es laborioso y propenso a errores, lo que conduce a un éxito de transformación inconsistente. Aquí presentamos un protocolo AMT simplificado, sencillo y reproducible para P. palmivora que utiliza medios basales Murashige y Skoog (MS) disponibles comercialmente para preparar el medio de inducción y co-cultivo de Agrobacterium . Este protocolo también se ha aplicado con éxito para transformar P. capsici y puede aplicarse a otras especies de Phytophthora .
Phytophthora, un género de oomicetos, incluye muchos de los patógenos vegetales más destructivos del mundo, responsables de graves pérdidaseconómicas 1,2. Entre ellos, Phytophthora palmivora es un patógeno de amplio rango de hospedadores que infecta muchos cultivos económicamente importantes, incluyendo cacao ypapaya 3. Es el agente causal más extendido de la podredumbre de la vaina negra en el cacao, un árbol perenne tropical que produce el componente principal de la industria del chocolate, valorada en miles de millonesde dólares. Comprender los mecanismos de patogenicidad molecular de este patógeno destructivo es fundamental para diseñar estrategias novedosas y efectivas de control de enfermedades, y la transformación genética es una herramienta esencial para posibilitar dichas investigaciones.
Se han desarrollado varios métodos para transformar Phytophthora spp., incluyendo el bombardeo demicroproyectiles 7, la transformación de protoplastos mediada por polietileno glicol y dicloruro de calcio (PEG/CaCl 2) 8,9,10,11, la electroporación dezoosporas 12,13,14 y la transformación mediada por Agrobacterium (AMT)15.16. Entre estos enfoques, la AMT ofrece ventajas clave ya que normalmente genera integración génica de una solacopia 15,16 y es relativamente fácil de realizar sin necesidad de equipos especializados.
Anteriormente se ha desarrollado un protocolo para la transformación eficiente de P. palmivora medianteAMT. Con este método, transformamos con éxito P. palmivora con múltiplesconstructos 17,18. Este método utiliza medios de inducción y co-cultivo basados en sal de medio mínimo (MM), que se usan comúnmente para la transformación fúngica y de oomicetos 15,16,19. Aunque el protocolo de transformación basado en MM demostró ser eficaz para generar transformadores, preparar múltiples soluciones estándar y combinarlas para crear medios puede ser una tarea que consume mucho tiempo y es propensa a errores.
Aquí presentamos un método mucho más simplificado para el AMT de P. palmivora utilizando medios basales comerciales Murashige y Skoog (MS) para reemplazar los componentes del medio basado en sal de MM en el medio de inducción y co-cultivode Agrobacterium 16. Este método elimina la necesidad de preparar múltiples soluciones químicas stock, haciendo que el proceso sea menos laborioso y altamente reproducible. Además, este enfoque parece ofrecer una mayor eficiencia de transformación en comparación con el método16 descrito anteriormente, y también es aplicable a P. capsici.
1. Preparación de soluciones de stock, medios y otros materiales necesarios para la transformación
2. Cultivo de P. palmivora
3. Preparación de Agrobacterium tumefaciens
4. Liberación de las zoosporas
5. Coincubación de Agrobacterium y zoósporas
6. Selección de transformadores resistentes a G418
Siguiendo este protocolo, realizamos dos experimentos independientes para transformar P. palmivora usando A. tumefaciens EHA105 que transportaba pCB301TOR-GFP16. Como era de esperar, la coincubación de zoósporas con Agrobacterium produjo colonias resistentes a G418 en placas de agar Plich suplementadas con 30 μg/mL de G418, mientras que no se observaron colonias en placas de control sin infección por Agrobacterium (Figura 1A). El número de transformantes resistentes a G418 por cada 107 zoosporas producidas en estos dos experimentos fue de 55 y 50, respectivamente (Tabla 1), casi el doble del número más alto (27 ± 5) obtenido anteriormente con el protocolo16.
Los verdaderos transformantes se verificaron mediante dos métodos: primero, la observación de la fluorescencia GFP usando un microscopio de fluorescencia, y segundo, la amplificación por PCR de un fragmento de 550 pb del gen EGFP usando Taq 2X Master Mix (NEB) con el par de cebadores EGFP-F2 (5'- GACGTAAACGGCCAAGTTC-3') y EGFP-R2 (5'-GGGTGCTCAGGTAGTTTG-3'). En el experimento (Exp) 1, 15 de 18 transformadores resistentes a G418, y en Exp 2, 17 de 21 transformantes mostraron fluorescencia GFP (Tabla 1, Figura 1B). De los siete transformadores resistentes a G418 que no mostraron fluorescencia en ambos experimentos, tres fueron confirmados como transformadores verdaderos mediante PCR (Figura 1C). En total, la tasa de transformadores verdaderos se estimó en un 90%.
Además, también pudimos transformar con éxito un aislado de calabaza de P. capsici , PC2024-14sz, utilizando A. tumefaciens EHA105 que transportaba pCB301TOR-GFP, siguiendo el protocolo con una modificación menor en la preparación de suspensiones de zoosporas (el periodo de incubación a 4 °C tras inundar una placa de P. capsici de 7 días con agua pre-enfriada se extendió a 30 minutos). El número de transformadores resistentes a G418 (30 μg/mL) por cada10 7 de un solo experimento fue 13. Se observaron nueve transformantes bajo un microscopio de fluorescencia, y todos produjeron fluorescencia (Archivo Suplementario 1), lo que sugiere que son transformadores verdaderos.

Figura 1: Transformación de P. palmivora usando A. tumefaciens EHA105 portador de pCB301TOR-GFP. (A) Aparición de transformantes de P. palmivora resistentes a G418 en agar Plich suplementado con 30 μg/mL de G418. (B) Detección de la expresión de GFP bajo un microscopio de fluorescencia en una cepa representativa de transformante y P. palmivora wild-type (WT). Las imágenes se tomaron tanto en canales de fluorescencia de campo claro (BF) como en GFP. (C) Amplificación por PCR de EGFP a partir de cuatro transformantes con fluorescencia detectable de GFP y siete sin fluorescencia de GFP. Se utilizó el par universal de cebadores ITS4/ITS520 para amplificar la región interna del espaciador transcrito (ITS) y comprobar la integridad del ADN. Los transformantes sin fluorescencia GFP se resaltan en texto en negrita y subrayado. Abreviaturas: M = NEB 100 pb escalera de ADN; WT = P . palmivora tipo salvaje aislado P1; N = PCR de control negativo usando H2O como plantilla. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
| Experimento | OD600 de Agrobacterium | Concentración de zoosporas (/mL) | Volumen de la zoospora (mL) | Número de transformadores resistentes a G418 | Número de transformadores con señal GFP detectable (Detectada / Observada) | Número de transformantes resistentes a G418/ 107 zoósporas |
| 1 | 0.4 | 1,8 x 106 | 4.3 | 43 | 15/18 | 55 |
| 2 | 0.4 | 2,9 x 106 | 4.6 | 67 | 17/21 | 50 |
Tabla 1: Eficiencia de la transformación mediada por agrobacterias de P. palmivora utilizando A. tumefaciens EHA105 portadora de pCB301TOR-GFP.
Archivo suplementario 1: Expresión de GFP bajo microscopio de fluorescencia en P. capsici de tipo salvaje (WT ) y un transformante representativo generado usando A. tumefaciens EHA105 que transporta pCB301TOR-GFP. Las imágenes se tomaron tanto en canales de fluorescencia de campo claro (BF) como en GFP. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.
Este protocolo utiliza medios basales Murashige y Skoog de media concentración (1/2 MS) para reemplazar componentes de sales de medio mínimo (MM) que se usan comúnmente en medios de inducción y co-cultivo de Agrobacterium para transformación de oomicetos y hongos. Preparar medios a base de sal MM requiere elaborar múltiples soluciones de stock a partir de numerosos productos químicos individuales y luego combinar estassoluciones 19. La mitad de MS también contiene muchos componentes químicos; sin embargo, dado que el MS está ampliamente disponible comercialmente como polvo premezclado, la preparación del medio se simplifica a disolver el polvo en agua. Esta modificación reduce significativamente el tiempo de preparación del medio y minimiza el potencial de error humano. Además, el protocolo mejora la eficiencia de la transformación, generando un mayor número de transformadores en comparación con el métodoAMT 16 descrito anteriormente. También es eficaz para transformar P. capsici y probablemente sea aplicable a otras especies de Phytophthora . Para reforzar su posible aplicabilidad más amplia, el medio basado en EM se ha utilizado anteriormente para co-cultivar cepas de Agrobacterium tumefaciens que expresan la proteína interaccionante AtVIP1 (Arabidopsis thaliana VirE2 con proteína 1) y P. infestans , lo que ha permitido la transformación exitosa de P. infestans21.
Es importante señalar que este protocolo puede generar un bajo porcentaje de falsos positivos. Entre los 39 transformadores resistentes a G418 que se probaron mediante observación de fluorescencia con GFP o PCR, cuatro no mostraron ni fluorescencia ni amplificación de EGFP (Tabla 1, Figura 1C). Como la integración parcial del T-ADN durante la transformación mediada por Agrobacterium no esinfrecuente 22,23, es posible que solo la porción del T-ADN que contiene el gen NPTII del plásmido pCB301TOR-GFP16 haya sido integrada en el genoma de P. palmivora. Alternativamente, los falsos positivos pueden deberse a un contacto insuficiente entre la membrana y el medio selectivo, permitiendo escapar de la selección de G418. Por tanto, es esencial asegurar que la membrana permanezca en contacto completo con el medio (paso 6.2).
Este protocolo puede simplificarse aún más. Por ejemplo, el MES en medios de inducción Agrobacterium (AIM) y en el agar de co-cultivo Agrobacterium-zoóspora (AZCA) puede potencialmente omitirse. El MES se utiliza comúnmente como agente tampón en experimentos de bioquímica y biología molecular para mantener un pH estable; sin embargo, preparar una solución MES de 1 M a pH 5,6 requiere un tiempo suficiente y aumenta el coste. En el AMT de plantas, como albahaca dulce24 ypapaya 25, se usaron medios similares de inducción y co-cultivo basados en Agobacterium sin MES, lo que sugiere que el MES podría no ser esencial para la transformación de P. palmivora. Se necesitan más experimentos para confirmar que la omisión de MES no compromete la eficiencia de la transformación.
En conjunto, este protocolo simplificado proporciona una plataforma práctica y accesible para la manipulación genética rutinaria de P. palmivora, P. capsici y potencialmente otros oomicetos. Apoya una amplia gama de estudios fundamentales, algunos de los cuales tienen potencial traslacional, incluyendo el marcaje fluorescente de patógenos para seguir la dinámica de infecciones, el marcado de proteínas para examinar la localización subcelular y análisis funcionales mediante cambios dirigidos en la expresión génica o secuencias codificantes de proteínas. Combinado con la edición genómica basada en CRISPR, se espera que el protocolo acelere la disección de los mecanismos de patogenicidad y la identificación de factores clave de virulencia en estos patógenos destructivos. Los conocimientos resultantes permitirán, a su vez, el desarrollo de nuevas estrategias de control de enfermedades basadas en mecanismos.
Los autores no declaran conflictos de interés.
El estudio cuenta con el apoyo de la National Science Foundation (Premio NSF nº 2418799) y del Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura (Premio NIFA nº 2023-67013-42262).
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Tubos microcentrífugas de 1,5 mL | VWR | 525-1126 | |
| 4'-Hidroxi-3',5' dimetoxiacetofenona | TCI | D2666 | Acetosiringona (AS) |
| Tubo de 50 mL | Greiner Bio-one | 227261 | |
| Etanol absoluto | Biorreactivos de Fisher | BP28184 | |
| Agar | Biorreactivos de Fisher | BP1423-500 | |
| Papel de aluminio | |||
| Membrana Hybond-N+ (30 cm y 3 m) | Cytiva | RPN303B | |
| Carbonato cálcico | Sigma-Aldrich | 239216-500G | CaCO3 |
| Cefotaxima sal sódica | Química Termocientífica | AAJ6269006 | |
| D-(+)-glucosa | Sigma-Aldrich | G8270-1KG | |
| Kit microbiano DNeasy PowerLyzer | Qiagen | 12255-50 | |
| Pinzas | |||
| Microscopio de fluorescencia | Zeiss | Microscopio de fluorescencia ZEISS Axioscope 5 con conjunto de filtro 38 HE | |
| G418 sulfato | Química Termocientífica | AC329400010 | |
| Glicerol | Sigma-Aldrich | 911046-1L | |
| Hemacitómetro (línea brillante) | Hausser Scientific | ||
| Sulfato de kanamicina | Santa Cruz Biotecnología | SC-257635 | |
| L-Asparagina anhidro | MP Biomedicina | ICN10079425 | |
| LB Broth, Miller | Biorreactivos de Fisher | BP1426-2 | |
| Sulfato de magnesio heptahidratado | Sigma-Aldrich | 63138-250G | MgSO4· 7H2O |
| MES Hydrate | Sigma-Aldrich | M2933-100G | |
| Medio Basal Murashige y Skoog | Sigma-Aldrich | M5519-50L | |
| Placa de Petri (100 mm x 15 mm) | VWR | 25384-342 | |
| Dihidrógeno fosfato de potasio | Sigma-Aldrich | 1370391000 | KH2PO4 |
| Rifampicina | Santa Cruz Biotecnología | SC-200910 | |
| Taq 2X Master Mix | NEB | M0270L | |
| Clorhidrato de tiamina | Sigma-Aldrich | T4625-5G | |
| Espectrofotómetro UV-Visible | Fisher Scientific | 14-385-355 | |
| V8 Original 100% Zumo de Verduras | Compañía de Sopas Campbell | ||
| Vórtice | Fisher Scientific | 14-955-163 | |
| Agua | Grado de Biología Molecular, purificado mediante el sistema de purificación de agua Mill-Q | ||
| Extracto de levadura | ACROS | 611805000 | Actualmente disponible a través de Thermo Scientific Chemicals |
| β-Sitosterol | Sigma-Aldrich | 85451-100G |
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