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Requisiti nutrizionali per la crescita delle piante. L'uso di idroponica mezzo di crescita delle piante (Rockwool) e la soluzione nutritiva garantisce uniformità di N. la crescita benthamiana ed elimina le complessità (meccanica, di regolamentazione e di efficienza) associati con l'utilizzo di terreno per la coltivazione delle piante. Siamo cresciuti N. benthamiana su lastre di lana di roccia imbevuti di fertilizzanti disponibili in commercio per determinare le condizioni ottimali per la crescita delle piante e l'accumulo di biomassa. Abbiamo osservato 95-100% germinazione dei semi. Si deve notare che incluso il fosforo è fondamentale per raggiungere la germinazione, perché abbiamo scoperto che soluzione nutritiva carente di fosforo non è riuscito a sostenere la germinazione e la crescita di N. semi benthamiana (Figura 1A).
Effetti della crescita Agrobacterium e supporti infiltrazione per la salute e la produzione di proteine vegetali. Abbiamo testato diverse condizioni di supporto per ottimizzare l'efficienza di tegli tecnica agroinfiltration per la produzione su larga scala. Batteri (A. tumefaciens ceppo GV3101) ospitano il costrutto pBID4-GFP sono state coltivate O / N in diverse condizioni di supporto (YEB, LB o AB), e sia centrifugate e risospese in terreno di induzione (MMA) (contenente 1 × Murashige & Skoog [MS] Basal Salt Miscela, 10 mM MES pH 5,6, 20 g / L di saccarosio e 200 pM acetosyringone) o diluito in acqua Milli-Q per A 600 di 0,5 prima di utilizzare per pianta infiltrazione. Abbiamo osservato che vuoto infiltrazione di piante con batteri diluito in acqua ha portato alla produzione di proteine paragonabili a quelli ottenuti con qualsiasi mezzo infiltrazione nelle precedenti relazioni 42,48. In contrasto, l'infiltrazione con Agrobacteria diluito coltivato in YEB o LB supporti provocato completo appassimento di N. benthamiana lascia in meno di 24 ore dopo l'infiltrazione, mentre Agrobacteria diluiti cresciuti in AB medio non ha avuto effetto sulla salute delle piante infiltrati (datuna non mostrato). Come illustrato nella Figura 1B, piante infiltrato con culture tumefaciens coltivate in YEB, LB o AB supporti e diluito con acqua Milli-Q (1:5, A 600 di 0,6-0,8 o 1:10 Un 600 di 0,3-0,4) mostrava sintomi e mostravano una produzione media GFP del 1645, 1520 e 1839, rispettivamente. Agrobacteria centrifugato e ri-sospeso in mezzo ad induzione (MMA) non hanno mostrato sintomi e nessuna differenza significativa nella produzione di proteine rispetto al Agrobacteria direttamente diluito in acqua Milli-Q ( 1671 ± 102 e 1667 ± 131 mg / kg, rispettivamente). Pertanto, acqua Milli-Q è raccomandato per diluire culture tumefaciens per impianti infiltrazione ed è stato utilizzato di routine nei nostri esperimenti successivi per ottenere un A 600 di 0,5.
Effetti della densità cellulare sospensione Agrobacterium e naturalmente il tempo sull'espressione bersaglio. Abbiamo poi esaminato se la densità delle cellule battericheinfluisce sull'efficienza di infiltrazione e livelli di espressione di destinazione. A questo scopo, abbiamo valutato quattro diverse densità di sospensione delle cellule di Agrobacterium che trasportano pBID4-GFP, A 600 di 1,0, 0,5, 0,1 e 0,05. A seguito di infiltrazione, N. piante benthamiana sono stati monitorati per lo sviluppo sintomo visibile e durata d'espressione bersaglio di raccolta di campioni a 4, 7 e 10 dpi. A 4 dpi, abbiamo osservato differenze notevoli nella fluorescenza GFP tra le piante infiltrati con differenti densità di sospensione cellulare di Agrobacterium (senza espressione GFP è stato osservato in 600 di 0,05). Alle 7 dpi, fluorescenza GFP è stata simile nelle piante infiltrati a densità sospensione cella di un 600 1.0, 0.5 e 0.1, ma era più bassa nelle piante infiltrati in un A 600 di 0.05. Come mostrato nella Figura 1C, questi dati sono stati confermati mediante Western blot analisi di campioni prelevati a 4 dpi, mostra bassissima produzione di proteine in A 600 600 di 1,0 (1739 mg / kg). Alle 7 dpi, piante non hanno mostrato differenze significative nella produzione GFP stimato in un 600 di 1,0, 0,5 e 0,1 (1.662, 1.870 e 1.890, rispettivamente), mentre A 600 di 0.05 ha mostrato produzione GFP inferiore (1.199 mg / kg). Al contrario, a 10 dpi differenze nella produzione GFP sono stati osservati tra piante infiltrati con una delle quattro densità di sospensione cellulare (1.218, 1.181, 1.197 e 1.304).
Infiltrazione con ceppi alternative di Agrobacterium. Per aumentare la diversità dei ceppi di Agrobacterium disponibile per la produzione di proteine transitoria, abbiamo testato wild-type isolati. Questi ceppi, isolati dalla corona-fiele di ospiti naturali, sono stati gentilmente forniti dal Dr. Gelvin (Purdue University, West Lafayette, Indiana). Per esaminare la loro utilità nella produzione di proteine transitoria, abbiamo infiltrati N. benthamiana con i seguenti ceppi Carrying pBID4-LicKM 18: A. rhizogenes (A4) e A. tumefaciens wild-type Nester ceppi A348, A208, A281 e (nome AT6, AT10, e At77, rispettivamente), così come ceppi di laboratorio ingegnerizzati di A. tumefaciens GV3101, C58C1, e LBA4404. Le foglie infiltrati sono stati raccolti a 7 dpi e il livello di espressione LicKM è stato stimato mediante Western blot. Come mostrato in Figura 2A, il più alto livello di produzione LicKM può essere raggiunto con i ceppi GV3101, A4 e LBA4404 (~ 1.750 ± 163, 1650 ± 26 e 1450 ± 117 mg / kg, rispettivamente), con lievi differenze; il più basso livello di espressione (~ 900 ± 102 mg / kg) con C58C1; e la produzione intermedia con AT6, AT10 e At77 (~ 1.250 ± 19, 1100 ± 42 e 1200 ± 111 mg / kg, rispettivamente). L'attività enzimatica è stata dimostrata utilizzando lichenasi saggio Zymogram. Figura 2B mostra che lichenasi prodotta nei tessuti vegetali infiltrate utilizzando uno deiCeppi di Agrobacterium era enzimaticamente attiva. Si dovrebbe anche notare che le piante di N. benthamiana infiltrate con ceppi A4 e At77 ha mostrato sintomi patologici (arresto della crescita, picciolo allungamento e curling, e foglia di curling), mentre con AT10 ceppo i sintomi sono stati lievi. Senza sintomi sono stati osservati in N. benthamiana piante infiltrati con ceppo di laboratorio GV3101 (Figura 2C).
Infiltrazione di specie alternative Nicotiana. Abbiamo confrontato i tassi di produzione di biomassa e la produzione di proteine in due specie del genere Nicotiana (N. benthamiana e N. excelsior), e in una specie ibrida, N. wild-type excelsiana (N. benthamiana × N. excelsior). Delle specie testate, N. benthamiana, un host ampiamente usato per la produzione di proteine transitoria utilizzando sistemi di espressione Agrobacterium basati o su base virale 2,34,49, raggiunge la prontezza infiltrazione entro 4-5 settimane di germinazione. Il periodo di crescita necessaria per generare il livello ottimale della biomassa è anche 4-5 settimane per N. excelsiana ma è più lungo (6-7 settimane) per N. excelsior. Inoltre, gli internodi vegetali sono relativamente brevi per N. excelsior rispetto ad altre specie di Nicotiana.
Inoltre, abbiamo osservato che l'infiltrazione sotto vuoto di N. e N. benthamiana excelsiana a 50-250 mbar per 60 sec è altamente efficiente per agroinfiltration di foglie intere, mentre N. excelsior è difficile infiltrarsi per il minore tettuccio e coriacee foglie, anche quando il vuoto è stato applicato tre volte per 1 minuto ciascuno in presenza di tensioattivi non ionici come Sillwet-77 o S240. Inoltre, il tasso di germinazione di N. excelsiana e N. semi Excelsior era ~ 40-50%; al fine di aumentare il tasso di germinazione al 90-100%, semi devono essere trattati con 10% Bleach per 1 ora prima della semina. Alle stesse condizioni di crescita, la massima biomassa foglio che può essere generata da N. excelsiana è circa due volte superiore rispetto a N. benthamiana (Tabella 1).
Produzione di proteine è stata esaminata in N. benthamiana, N. excelsior e N. excelsiana infiltrato con il ceppo Agrobacterium GV3101 ospitare pBID4-GFP. Accumulo GFP è stata valutata in 7 dpi in foglie intere infiltrate utilizzando la luce UV seguita da analisi Western Blot. Figura 3A mostra anche la distribuzione di GFP in N. benthamiana e N. excelsiana e la distribuzione irregolare in N. excelsior (a causa di una difficoltà di infiltrare una zona foglia di N. excelsior). Figura 3B mostra il livello di produzione GFP stimato da illuminazione luce UV in foglie infiltrati raccolti dalle tre specie di Nicotiana a 7 dpi. L'accumulo GFPlivello mento era più alto in N. benthamiana (~ 2,23 g / kg) rispetto a N. excelsiana e N. excelsior (~ 1,89 e 1,54 g / kg, rispettivamente). Il basso livello di produzione di proteine in N. excelsior è causa di infiltrazioni e distribuzione di GFP accumulato nella foglia raccolto irregolare.
Abbiamo osservato che le foglie superiori direttamente esposti alla luce spesso mostrano i primi e più alti livelli di accumulo GFP transitoria (2-4 dpi) di foglie sotto il baldacchino. Tuttavia, nei nostri studi, l'accumulo GFP è stato il più alto a 7 dpi ed è stato distribuito in modo uniforme in tutta la maggior parte delle foglie, tranne in uninfiltrated foglie appena crescenti che mostrano nessun accumulo GFP.
Effetti della pressione di vuoto e durata sulla produzione di proteine transitoria. Vacuum infiltrazione aumenta significativamente i livelli di espressione transiente confronto alla pressione applicata mediante iniezione mano con una siringa senza ago 42. L'applicazione di unavuoto provoca gas per evacuare dalle foglie attraverso gli stomi pianta sommersa. Quando il vuoto è rotto e la pressione aumenta rapidamente, la sospensione di Agrobacterium è guidato in foglie di sostituire i gas evacuati 50.
Per testare l'effetto della pressione di vuoto sulle foglie di N. benthamiana, abbiamo infiltrato le piante con il ceppo Agrobacterium GV3101 ospitare pBID4-GFP sotto varie pressioni di vuoto (50-400 mbar) per 30 o 60 secondi. È stato dimostrato che il vuoto forte (inferiore a 50 mbar) applicato per 30 o 60 risultati sec danni meccanici di foglie infiltrati, con conseguente avvizzimento tessuto e morte pianta, subito dopo l'infiltrazione (24-48). D'altra parte, l'applicazione del vuoto lieve (400 mbar) risultati in infiltrazione di solo il 50% della superficie del foglio e una diminuzione del livello di produzione di GFP (303 ± 90 mg / kg) (Figura 4A). È importante sottolineare che abbiamo osservato differenze nella produzione di GFP sotto i 50, 100 e 200 mbar (1651 ± 107, 1.688 ± 40, 1594 ± 26 mg / kg, rispettivamente) (Figura 4A) e da lieve a nessuno, ripercussioni negative sulla salute delle piante quando le pressioni di vuoto 50-200 mbar stati applicati per 30 o 60 sec. Pertanto, 50-100 mbar di pressione di vuoto è consigliato per gli esperimenti di infiltrazione.
L'effetto della durata del vuoto sull'espressione bersaglio è stata valutata mediante infiltrazione per piano di N. piante benthamiana ogni ora con un A 600 di 0,5 di GV3101 ospitare pBID4 -. GFP per 8 ore nella stessa cultura Agrobacterium Figura 4B mostra che il livello di produzione GFP era simile a tutti i tempi point fino a 8 ore, suggerendo che su questo periodo di tempo Agrobacterium mantiene la sua capacità di lanciare un DNA a singolo filamento.
Effetto di induzione chimica sulla produzione di proteine. Alcuni metaboliti vegetali fenolici e zuccheri possono indgeni di virulenza UCE di A. tumefaciens 1,52. Di conseguenza, molti prodotti chimici e monosaccharaides sono stati segnalati per aumentare la produzione di proteine transitoria in diverse specie vegetali. Acetosyringone è più comunemente aggiunta a colture di A. tumefaciens per indurre l'operone vir prima agroinfiltration 40,53-57.
Abbiamo valutato l'effetto di diverse concentrazioni di acetosyringone (0, 100, 200 e 400 micron) e di glucosio (0-4%) su transitoria produzione della proteina GFP in N. benthamiana infiltrato con il ceppo Agrobacterium GV3101 ospitare pBID4 - GFP. A questo scopo, abbiamo ri-sospeso cellule Agrobacterium nei media induzione MMA contenenti diverse concentrazioni di acetosyringone e glucosio per 1-3 ore prima di infiltrazione. Secondo i risultati di entrambi osservazione visiva (dati non mostrati) e Western blot (Figura 4C), nessuna delle concentrazioni testatedi questi composti indotto un significativo aumento della fluorescenza GFP o produzione di proteine rispetto al controllo in cui i media induzione non contenevano acetosyringone o glucosio.
Effetto della co-infiltrazione di un soppressore tacere sulla produzione transitoria di GFP e HAC1 geni in N. benthamiana lascia. È stato precedentemente dimostrato che la co-espressione di un soppressore silenziamento (p19 di pomodoro virus del rachitismo cespuglioso [TBSV]) interferisce con silenziamento genico post-trascrizionale (PTGS), con conseguente maggiore produzione di proteine reporter 34.
Abbiamo valutato l'effetto della co-infiltrazione di N. benthamiana con il vettore di lancio che porta il gene reporter GFP (pBID4-GFP) e P19. Prima di infiltrazione, un A 600 di 0,5 diluizioni di A. culture tumefaciens GV3101 ospitano pBID4-GFP e P19 sono stati, rispettivamente, mescolati a rapporti di 01:01, 02:01, 03:01 e 04:01. Checkione del soppressore silenziamento era controllata dal promotore del virus del mosaico del cavolfiore 35S. Come indicato dai risultati delle analisi Western blot a 7 dpi (Figura 5A), la presenza di p19 non aumentare o diminuire la produzione di GFP in N. benthamiana, in qualsiasi rapporto delle due sospensioni tumefaciens.
Abbiamo anche confrontato gli effetti di due geni soppressori di silenziamento virali - p23and p19 - sulla prevenzione di PTGS per HAC1. Culture di Agrobacterium trasportano il vettore lancio pBID4-HAC1 (H1N1 A/California/04/2009) e uno dei due plasmidi silenziamento soppressori virali sono stati diluiti ad un A 600 di 0,5, mescolati rispettivamente ad un rapporto di 4:1, e co-infiltrato in 4-5-settimana vecchio N. benthamiana. Una sospensione di A. tumefaciens che trasportano pBID4 - HAC1 solo era infiltrato come controllo. I campioni di foglie infiltrati sono stati raccolti dal 3 all'8 dpi. L'esperimento è stato repeato tre volte e livelli medi di espressione HAC1 determinati mediante Western Blot.
Come mostrato nella Figura 5B, co-infiltrazione di N. benthamiana con p23 o p19 provocato (642 ± 157 e 764 ± 108 mg / kg, rispettivamente), un incremento della produzione HAC1 rispetto all'utilizzo senza soppressore silenziamento (circa il 15-25%, rispettivamente) a 6 dpi. Questo suggerisce che p23 e p19 sono efficienti nel nostro sistema. Tuttavia, va notato che l'accumulo di HAC1 accade un giorno prima, quando pBID4-HAC1 stato co-infiltrato con p19. Pertanto, i nostri risultati dimostrano che gli effetti del silenziamento soppressore p19 su HAC1 e accumulo GFP sono differenti, suggerendo valorizzazione selettiva di espressione e / o la stabilità di alcune proteine in N. transitoria benthamiana.
Abbiamo anche osservato che sia in presenza che in assenza di un soppressore silenziamento il livello della proteina prod HAC1uzione cominciò a declinare a 7 dpi. Ciò indica che i tempi del declino della produzione di proteine transitoria in N. benthamiana infiltrati con il lancio vettore è specifico della destinazione.
La banca di cellule di Agrobacterium ospitare il lancio vettore è stato valutato ogni anno per stabilità gene bersaglio, Agrobacterium vitalità e il livello di accumulo di proteine. Lo stock di glicerolo della banca di cellule del ceppo GV3101 trasformato con pBID4-HAC1 che è stato conservato a -80 ° C ha dimostrato di essere molto stabile per più di tre anni senza cambiamenti nel livello della produzione di proteine transitoria N. infiltrato piante benthamiana. figura 5C dimostra che la produzione di proteine HAC1 stimata mediante Western blotting negli anni 2010, 2011, 2012 e 2013 è stato 670, 685, 566 e 683 mg / kg, rispettivamente. La produzione media HAC1 in N. piante benthamiana era 651 ± 49,4 mg / kg.
Tabella 1. Confronto di N. benthamiana e N. pianta excelsiana produzione di biomassa. 
Figura 1. Analisi Western blot dell'espressione genica transiente in N. benthamiana. (A) di sei settimane di età N. benthamiana 1) piante che crescono in una soluzione di concime contenente 4,8% di fosforo e 2) le piante che crescono in una soluzione contenente fertilizzante 0% di fosforo. Venticinque microgrammi di peso foglia fresca equivalente è stato caricato per corsia. (B) Confronto della produzione di GFP in impianti di vuoto infiltrato con pBID4-GFP ospitare Agrobacterium GV3101 colture coltivate in tre diversi media: YEB, AB e LB. Culture GV3101 coltivate O / N in YEB o supporti LB sono stati centrifugati a bassa velocità e risospese in terreno di induzione (MMA) (corsie: MMA-1 e MMA-2, rispettivamente), o coltivate O / N in YEB, LB o Media AB e direttamente diluito a 1:5 o 1:10 con acqua Milli-Q (corsie: YEB / 5 e YEB/10, LB / 5 e LB/10; AB / 5 e AB/10) (C) di confronto. espressione di GFP a 4, 7 e 10 dpi seguenti infiltrazione sotto vuoto con differenti concentrazioni (A 600 di 1,0, 0,5, 0,1 e 0,05) di A. tumefaciens ceppo GV3101 portando pBID4-GFP.

Figura 2. Confronto della produzione lichenasi transitori e attività seguente infiltrazione sotto vuoto di N. impianti benthamiana con diffeaffitto ceppi di Agrobacteria. Culture di ceppi Agrobacteria (GV3101, A4, At77, C58C1, AT6, AT10 e LBA4404) ospitano il vettore di lancio pBID4-LicKM sono stati infiltrati singolarmente in foglie di N. benthamiana. Foglie infiltrati sono stati raccolti a 7 dpi. (A) lichenasi produzione quantificata mediante Western blotting. (B) test Zymogram dimostrando produzione lichenasi attraverso l'attività enzimatica. (C) Effetto di Agrobacterium (wild-type A4, AT10, At77 e ceppo di laboratorio GV3101) infiltrazione su N. fitosanitaria benthamiana a 7 dpi. Venticinque microgrammi di peso foglia fresca equivalente è stato caricato per corsia.

Figura 3. Transient espressione GFP in foglie di N. benthamiana, N. excelsiana e N. excelsior alle 7 dpi dopo l'infiltrazione di vuoto con A. tumefaciens ospitare il lancio vettore pBID4 - GFP. (A) l'esame visivo di espressione GFP sotto luce UV. (B) Western blot di accumulazione GFP.

Figura 4. (A) Effetti della depressione sui espressione GFP transitoria e salute delle piante. N. piante benthamiana sono stati infiltrati con pBID4 -. GFP sotto pressioni di vuoto di 400, 200, 100 o 50 mbar, al momento in possesso di vuoto di 30 o 60 secondi (B) Stabilità e infettività di A. tumefaciens in N. benthamiana infiltrato con Agrobacterium GV3101 ospitare pBID4-GFP coltivata in AB medio e diluito ad una A 600 del 0.5. Agroinfiltration stata eseguita infiltrandosi per piano di N. piante benthamiana ogni ora nella stessa cultura diluito Agrobacterium (corsie 0-8). (C) Effetto di diverse concentrazioni di acetosyringone e glucosio sull'espressione transiente di GFP. Il ceppo Agrobacterium GV3101 ospitare pBID4 - GFP è stato coltivato O / N in mezzi YEB, centrifugato e risospeso ad un A 600 di 0,5 sia in MMA contenente 2% di glucosio con acetosyringone a 0, 100, 200 o 400 mM, o in MMA contenente 200 pM acetosyringone con glucosio a 0, 1, 2 o 4%. Le sospensioni tumefaciens sono state mantenute per 3 ore a temperatura ambiente prima di infiltrazione.

Figura 5. Effetti di soppressori di silenziamento sulla produzione di proteine transitoria in N. benthamiana lascia. (A) Western blot di proteine GFP in seguito co-infiltrazione di pBID4-GFP e P19 a rapporti diversi. I campioni raccolti alle 7 dpi (25 mg di peso foglia fresca equivalente è stato caricato per corsia). (B) Una cultura di Agrobacterium portando pBID4-HAC1 individualmente mescolati ad un rapporto di 4:1, con una cultura che porta la p19 o p23 silenziamento soppressore plasmidi. Le combinazioni risultanti delle culture tumefaciens sono stati vuoto infiltrati nelle piante. Tessuti infiltrati di HAC1 stati raccolti giornaliera fino a 8 dpi per la proteina ricombinante quantificazione. (C) Stabilità della banca di cellule Agrobacterium. Le piante sono state infiltrate con la stessa produzione della banca di cellule Agrobacterium ogni anno per valutare l'accumulo di proteine. Cinquanta microgrammi di peso foglia fresca equivalente è stato caricato per corsia. Cliccare qui per vedere una versione più grande del secoloè figura.