Uno screening genetico in avanti basato sull'elevazione di Ca2 o più come lettura porta all'identificazione dei componenti genetici coinvolti nei percorsi di segnalazione dipendenti dal calcio nelle piante.
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Articolo metodologico
Uno screening genetico in avanti basato sull'elevazione di Ca2 o più come lettura porta all'identificazione dei componenti genetici coinvolti nei percorsi di segnalazione dipendenti dal calcio nelle piante.
Gli screening genetici in avanti sono stati strumenti importanti nell'identificazione imparziale dei componenti genetici coinvolti in diversi percorsi biologici. La base dello schermo è quello di generare una popolazione mutante che può essere vagliata con un fenotipo di interesse. L'EMS (ethyl eilfonato di metano) è un agente alchilante comunemente usato per indurre mutazioni casuali in uno screening genetico classico in avanti per identificare più geni coinvolti in un dato processo. L'elevazione del calcio citosolico (Ca2)è una via di segnalazione precoce chiave che si attiva sulla percezione dello stress. Tuttavia, l'identità di recettori, canali, pompe e trasportatori di Ca2 è ancora sfuggente in molti sistemi di studio. Aequorin è una proteina reporter di calcio cellulare isolata da Aequorea victoria e stabilmente espressa in Arabidopsis. Sfruttando questo, abbiamo progettato uno schermo genetico in avanti in cui abbiamo EMS-mutagenizzato l'aequorin transgenico. I semi delle piante mutanti sono stati raccolti (M1)e lo screening per il fenotipo di interesse è stato effettuato nella popolazione segregazione (M2). Utilizzando un protocollo di misurazione Ca2o, con 96 pozzedi ad alto rendimento, è possibile identificare diversi nuovi mutanti che hanno una risposta di calcio variabile e vengono misurati in tempo reale. I mutanti con il fenotipo di interesse vengono salvati e propagati fino a ottenere una popolazione di piante mutanti omozice. Questo protocollo fornisce un metodo per gli schermi genetici in avanti in secondo piano per i giornalisti ca2 e per identificare i nuovi obiettivi regolamentati ca2.
Un cambiamento nella concentrazione di calcio citosolico (Ca2)dopo la percezione dello stimolo biotico o abiotico è un evento di segnalazione precoce ben studiato che attiva molte vie di segnalazione1,2,3,4.4 Una cellula nel suo stato di riposo basale mantiene una minore concentrazione di Ca2 o nel citosol e sequestri in eccesso Ca2 , in vari organelli intracellulari e apoplasta extracellulare che porta ad un ripido Ca2o gradiente5,6. Dopo la percezione del segnale, i livelli di Ca2 s in n nel citosol a causa di un afflusso di Ca2 o da fonti extracellulari e/o intracellulari e generano una firma di calcio specifica di stimoli7,8,9.9 Le elevazioni Ca2 nel citosol sono attivate da molti stimoli, ma la specificità è mantenuta da negozi distinti che rilasciano Ca2 ,firma unica Ca2 e proteine del sensore appropriate10,11.
L'uso di agente alchilante, il solfato di metano etilico (EMS) per la mutagenesi è un potente strumento negli schermi genetici classici in avanti per identificare più geni indipendenti coinvolti in un processo. L'eMS è un mutageno chimico che induce prevalentemente transizioni da C a T e da G ad A in modo casuale in tutto il genoma e produce un cambiamento di 1 bp ogni 125 kb del genoma. La mutagenesi EMS indurrà cambiamenti nella coppia di base singola di 1000 dollari, ovvero inserimenti/delezioni (InDel) o polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) per genoma12. Le mutazioni indotte da EMS sono mutazioni multiple puntiformi con una frequenza di mutazione che va da 1/300 a 1/30000 per locus. Questo riduce il numero di piante M1 necessarie per trovare una mutazione in un dato gene. Un aumento della popolazione di semi M1 di 2000-3000 è tipicamente utilizzato per ottenere mutazioni di interesse in Arabidopsis thaliana13,14.
Aequorin transgenics sono Arabidopsis Columbia-0 (Col-0) piante di ecotipo che esprimono p35S-apoaequorin (pMAQ2) nel citosol15. Aequorin è una proteina legante Ca2 e un gruppo protesico composto da molecola di luciferina, coelenterazina. Il legame di Ca2o all'aequorina, che ha tre siti di mani di EF leganti Ca2, si traduce in ossidazione e celio eccitato singlet16. La coelenteramide così prodotta emette una luce blu (zmax, 470 nm) che può essere rilevata dal luminometro17. Le elevazioni estremamente veloci svolte Ca 2 opiù possono quindi essere misurate in tempo reale e sfruttate per schermi genetici rapidi in avanti. Questo protocollo ha lo scopo di utilizzare la specificità della risposta al calcio per identificare i nuovi attori chiave che sono coinvolti nella firma di Ca2. Per raggiungere questo compito, utilizziamo la mutagenesi EMS nell'equorina transgenica e identifichiamo gli SNP associati alla segnalazione di Ca2. Il protocollo identifica i mutanti che non mostrano o riducono le elevazioni di Ca 2 o l'aggiuntadi stimoli. Questi mutanti possono quindi essere mappati per identificare i geni responsabili della risposta ca2. Il metodo è applicabile a qualsiasi tipo di stimoli liquidi nelle piante che si traduce in un'elevazione Ca2. Dal momento che l'elevazione di Ca2 è una delle prime risposte nel percorso di segnalazione della difesa delle piante, l'identificazione dei componenti di risposta a monte può fornire candidati per l'ingegneria genetica per sviluppare piante resilienti.
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1. Mutagenesi ems e raccolta di semi a base di un singolo albero genealogico (1-3 mesi)
2. Screening ad alto contenuto di velocità effettiva per selezionare i mutanti (8 mesi)
3. Analisi dei dati e identificazione dei mutanti (1-3 mesi)
NOTA: le letture fornite dal metodo di cui sopra sono in unità di luce relativa (RLU).
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La popolazione di EMS è stata sottoposta a screening per l'elevazione di H2O2 indotta da Ca2. Come discusso in precedenza, 12 singole piantine M2 sono state schermate da ogni linea M1. Nella Figura 3, una di queste linee M1 viene tracciata con ogni pannello che mostra 12 singole piantine M2. Un aequorin wild-type viene utilizzato come controllo per confrontare e valutare la risposta mutante. Un mutante recessivo seg...
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La mutagenesi EMS è un potente strumento per generare mutazioni nella popolazione. Gli schermi genetici classici che utilizzano lo SME sono stati uno strumento efficace per identificare nuovi geni per due motivi principali: in primo luogo, non richiedono alcuna ipotesi preliminare sull'identità genica e, in secondo luogo, non introducono alcuna distorsione. Ci sono diversi metodi per generare una popolazione di screening come EMS, inserimenti T-DNA, radiazioni ecc. Tra tutti i metodi, la mutagenesi basata su EMS ha pochi...
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Nessuno degli autori ha alcun conflitto di interesse da dichiarare.
Ringraziamo l'Istituto Nazionale di Ricerca sul Genoma Vegetale - Phytotron Facility per la crescita delle piante, Bombay Locale per le riprese video e il Consorzio Department of Biotechnology- eLibrary per aver fornito l'accesso alle risorse e-resources. Questo lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento di Biotecnologia, India attraverso il National Institute of Plant Genome Research Core Grant, Max Planck Gesellschaft-India Partner Group programma; e CSIR-Junior Research Fellowship (a D.M e S.M) e Department of Biotechnology-Junior Research Fellowship (a R.P).
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| piastra per coltura tissutale a 24 pozzetti | Jetbiofil | 11024 | per piantine in crescita |
| cliniplate bianca a 96 pozzetti | Thermo Scientific | 9502887 | per misurazioni luminometriche |
| Aequorin | |||
| Agropet | Lab Chem India | per la crescita delle piante | |
| Cloruro di calcio | Fisher Scientific | 12135 | per scarico soluzione |
| Celenterazina | PJK | 55779-48-1 | gruppo protesico per equorina |
| Etilmetano solfonato | Sigma Aldrich | M0880-5G | per mutagenesi dei semi |
| Etanolo | Reagente analitico | 1170 | per soluzione di scarica |
| Acido cloridrico | Merck Life Sciences | 1.93001.0521 | soluzione di sterilizzazione |
| Perossido di idrogeno | Fisher Scientific | 15465 | come stimolo per l'elevazione del calcio |
| Luminoskan ascent | Thermo Scientific | misurazione della luminescenza dell'equorina | |
| tampone MES Himedia | RM1128-100G | di | |
| Murashige e skoog Himedia | PT021-25L | crescita delle piante | |
| Idrossido di sodio | Fisher Scientific | 27805 | per neutralizzare EMS |
| Ipoclorito di sodio | Merck Life Sciences | 1.93607.5021 | soluzione di sterilizzazione |
| Tiosolfato di sodio | Fisher Scientific | 28005 | per il lavaggio delle sementi nella fase 1.6 |
| soilrite | Lab Chem India | per la crescita delle piante | |
| Vasi quadrati | Lab Chem India | per la crescita delle piante | |
| Saccarosio | Sigma Aldrich | S0389 | crescita delle piante |
| Taxim | Alkem | 7180720 | per il salvataggio delle piantine |
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