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I protocolli di isolamento dei protoplasti implementati per tessuti sopra il suolo e radicali permettono con successo una digestione efficiente della parete cellulare e il rilascio di singole cellule intate da tutti i tessuti di Arabidopsis thaliana. Tra i tipi di tessuto testati, che includevano fiori, steli, foglie e radici, il processo di digestione enzimatica ha prodotto protoplasti ben separati con un numero minimo di gruppi cellulari non digeriti (Figura 2A-D). I saghi di colorante Evans Blue hanno confermato che i protoplasti che mostravano morfologia sferica con limiti lisci della membrana plasmatica sono cellule vitali (Figura 1C). Per ogni tipo di tessuto, sono stati conteggiati i protoplasti sferici. I fiori contenevano in media 97.875 ± 7.531 (9.788 celle/mg, n = 3), steli 119.025 ± 22.508 (550 cellule/mg, n = 4), foglie 210.483 ± 15.572 (225 celle/mg, n = 3) e radici 225.363 ± 52.561 (599 celle/mg, n = 4).
Le sospensioni dei protoplasti mostravano una distribuzione ampia delle dimensioni cellulari e la presenza di plastidi verdi o pallidi, riflettendo la composizione cellulare eterogenea di ciascun tessuto prelevato (Figura 3A-D). Per confermare ciò, è stata eseguita un'isolazione protoplastica con una linea reporter YFP specifica per cellule compagne transgeniche, e la sospensione conteneva piccoli protoplasti vitali con un segnale YFP che rappresenta cellule compagne (Figura 3E). Questo sottolinea che il protocollo di isolamento del protoplasto utilizzato è adatto a cellule vascolari difficili da isolare con pareti cellulari rigide.
Con il metodo ottimizzato presentato, si può isolare un alto numero di protoplasti vitali con una quantità minima di detriti provenienti da vari tessuti di piante adulte. Per migliorare la purificazione dei campioni sopraelevati, abbiamo incluso un passaggio di pulizia del cuscino Ficoll per rimuovere gli organelli rilasciati e altri detriti cellulari dai campioni digeriti, preservando la qualità del trascrinome (Figura 4).
Nelle librerie scRNAseq cDNA generate dai protoplasti, sono stati rilevati tramite specifici test PCR di cDNA 15 trascritti altamente espressi come ACTIN2 e trascrizioni rare/a bassa espressione come il fattore di trascrizione dell'omeodominio KNAT1, un marcatore specifico delle cellule cambiali e meristematiche, così come i marcatori cellulari compagni SUC2 e PARCL1 , tramite specifici saggi PCRdi cDNA 15 (Figura 5). Ciò indica una ampia rappresentazione cellulare e un'eterogeneità della popolazione di protoplasti ottenuta, confermata ulteriormente dall'analisi dei dati scRNAseq prodotti da questometodo 15.

Figura 1: Flusso di lavoro dei passaggi di isolamento dei protoplasti. Sono mostrati sei passaggi principali: (1) preparazione del tampone, (2) digestione dei tessuti, (3) filtrazione, (4) lavaggio e purificazione di Ficoll, (5) conteggio e controllo qualità, e (6) proseguimento con esperimenti a valle. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Immagini dei passaggi di preparazione del protoplasto. (A) Immagine rappresentativa della fase di taglio del campione di foglia (Passo 2.1). L'immagine superiore mostra il tessuto prelevato con alcune gocce di tampone in una piastra di Petri di dimensioni standard e una lametta da rasoio per il tritatore. L'immagine sottostante, a sinistra, rappresenta il tessuto dopo alcune trattate verticali con la lametta (vedi freccia). L'immagine qui sotto, a destra, rappresenta il campione tagliato, pronto per il passo successivo. (B) Immagine di un cuscino di Ficoll dopo la centrifugazione in un tubo da 1,5 mL (Passo 4.3.7). La freccia bianca indica lo strato intermedio, che contiene i protoplasti. (C) Immagine rappresentativa al microscopio dei protoplasti fogliari incubati nel colorante Evans Blue. Barra di scala: 250 μm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Immagini microscopiche dei protoplasti generati. Vengono visualizzate immagini di protoplast di ogni tipo di tessuto. (a) fiore, (b) stelo, (c) foglia, (d) radice. Barra di scala: 250 μm. (E) Immagini del microscopio confocale di una linea di reporter YFP specifica per cellule compagne. La prima immagine (a sinistra) rappresenta l'espressione del reporter cellulare compagno YFP nella vascolatura fogliare (colore verde). La seconda immagine (a destra) rappresenta i protoplasti provenienti da cellule che esprimono il YFP reporter (segnale verde). Il colore viola/blu rappresenta l'autofluorescenza del cloroplasto. Barra di scala 10 μm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Immagini microscopiche dei protoplasti fogliari prima di (A) e dopo (B) pulizia del cuscino di Ficoll. Barre di scala: 250 μm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: PCR di controllo qualità delle librerie scRNAseq. Immagini rappresentative in gel delle PCR di controllo qualità delle librerie di RNAseq unicellulari radici e tessuti sopraelevate. Geni testatiSUC2, PARCL, KNAT1, ACT2 (da A a D, rispettivamente), e per ciascun tessuto: fiore, stelo, foglia, radice da sinistra a destra, rispettivamente. cDNA (+) viene usato come controllo positivo, mentre l'acqua come controllo negativo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Buffer Protoplasting Radicale | Buffer Protoplasting di fiori/steli/foglie |
| 600 mM Mannitolo | 400 mM Mannitolo |
| 2 mMMgCl 2 | - |
| 0,1% BSA | 0,1% BSA |
| 2 mM CaCl2 | 10 mM CaCl2 |
| 2 mM MES pH 5,7 | 20 mM MES pH 5,7 |
| 10 mM KCl | 20 mM KCl |
| Regola il pH a 5,5 con 1M Tris Base se necessario | Regola il pH a 5,5 con 1M Tris Base se necessario |
Tabella 1: Composizioni di isolamento del protetoplast. Sono fornite ricette di isolamento con protepolto per tessuti radici e sopra terra (fiore, stelo, foglia).