植物腺は、生物環境との相互作用に関与する多くの化合物の生合成と分泌に関与する特殊な構造です。それらの分子的および生化学的特徴の研究を可能にするために、ここでは肉食植物Nepenthesから単一の代謝活性腺を単離するための機械的マイクロ調製技術が確立されました。
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植物腺は、生物環境との相互作用に関与する多くの化合物の生合成と分泌に関与する特殊な構造です。それらの分子的および生化学的特徴の研究を可能にするために、ここでは肉食植物Nepenthesから単一の代謝活性腺を単離するための機械的マイクロ調製技術が確立されました。
多くの植物は、特定の低分子量化合物およびタンパク質の産生および分泌に関与する特殊な構造を持っています。これらの構造は、ほとんどの場合、植物の表面に局在しています。その中には、蜜厄介類や腺状トリコームがあります。分泌された化合物は、花粉媒介者の誘引剤や草食動物に対する抑止力など、生物環境との相互作用によく使用されます。
食虫植物には、いくつかの点でユニークな腺があります。ネペンテ属のいわゆるピッチャー植物では、落とし穴トラップの内側の二機能腺は、一方では獲物の消化に必要なすべての酵素を含む消化液を分泌し、他方では放出された栄養素を吸収します。したがって、これらの腺は、植物のタンパク質分泌と栄養素の取り込みの根底にある分子的、生化学的、生理学的メカニズムを研究する運命にある理想的で特殊な組織を表しています。さらに、一般に、腺構造を備えた多くの植物によって産生される二次化合物の生合成は、腺で直接調べることができます。
そのような特殊な構造に取り組むためには、それらは効率的で、速く、代謝的に活性で、他の組織との汚染なしに分離される必要があります。そこで、機械的なマイクロプレパレーション技術が開発され、ネペンテス消化液の研究に適用されました。ここでは、機械化されたマイクロサンプリングプラットフォームに基づいて、Nepenthesトラップから単一の二官能腺を成功裏に調製するために使用されたプロトコルを示します。腺は単離され、RNA調製後のPCR技術による遺伝子発現解析にさらに直接使用できます。
植物は、低分子化合物からポリマーに至るまで、工業的および医薬的に応用可能な多種多様な化合物を生成します。これらの化合物は、多くの場合、高度に分化した構造体によって生成および分泌されます。その多くは、腺毛や蜜腺のように植物の表面に位置するか、あるいは特異細胞(イドイオブラスト)やラテックス管、樹脂管のように内部に位置しています。しかし、これらの特殊な分泌構造の生物学については、ほとんどの種類で活性代謝を示す多くの特徴が見られるものの、比較的ほとんど分かっていません。特に、Nepenthesのような食虫植物の腺は、植物細胞生物学におけるモデルシステムとして捉えることができます1。
食虫植物は、チャールズ・ダーウィンの『食虫植物』が出版された1875年以来、数多くの研究対象となってきました。2しかしながら、分子レベルでの研究が行われ始めたのはここ数年のことであり、我々の知見はまだ限られています。例えば、ウツボカズラ属の食虫植物における消化液のタンパク質組成については、 ウツボカズラ は依然として完全には解明されていない。ごく最近になって、いくつかの加水分解タンパク質と、それらに対応するいくつかの遺伝子が同定された。3のピットフォールトラップにおいて ウツボカズラ (図1), 多細胞腺は捕虫嚢の内側底部に位置している。これらの腺は、消化酵素の産生と捕虫嚢液への分泌、および捕虫嚢液から溶解した栄養素を吸収することの両方を行う。4したがって、これらの二機能腺は、食虫性の[省略]において中心的地位と機能を担う、独特な微小組織であると言える。 ネペンテス それは詳細に研究する価値がある。

図1. Nepenthes alataの捕虫嚢。捕虫嚢の下部には、消化液と内側の腺が含まれている。
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植物科学において、多くの実験的アプローチは、特定の組織ではなく器官全体を調査するため、「バルク材料」に依存しています。その結果、それらのホモジナイズおよび分析で得られる結果は、個々の組織や細胞に対して希釈され、比例的なものにならざるを得ません5。この問題を解決するために、いわゆるレーザーキャプチャーマイクロダイセクション(LCM)などのマイクロプレパレーション技術が開発され、特定の植物組織を回収し、その個別の含有物を分析することに成功しています6。しかし、RNAのような不安定な、あるいは分解の速い細胞成分を標的とする場合、LCMは制限されることが多いです。このような場合、時間がかかり、しばしばバイオ分子の分解を伴う事前の組織固定が必要となることがデメリットとなります。さらに、多くの植物組織の含水率が高く、細胞壁が強固であるため、新鮮な組織から直接プレパレーションを行う際にLCMは失敗することがよくありました7。遺伝子、mRNA、タンパク質から、二次化合物およびその生合成に至るまで、分泌腺に存在する細胞成分を調査するあらゆるアプローチには、特別なプレパレーションのための代替技術が必要です。したがって、プレパレーション後も完全な状態で保持される単一細胞、あるいは多細胞腺を単離するための特異的な技術が必要とされています。
ここでは、直接的な顕微鏡視覚化機能を備えた機械化マイクロサンプリングプラットフォームを用いた手法を紹介する。この手法は、ウツボカズラの捕虫嚢から個々の腺を調製する際に、迅速かつ効率的である。 ネペンテス 種。これらの多細胞腺は二機能性であり、 すなわち これらは分泌および吸収プロセスの両方に関与しており、固定的な性質を持ち、露出していない細胞層は浸潤して内皮を形成しています。隣接する組織を含まずに腺全体を単離し、PCRチューブに規定の方法で配置することが可能です。この手法は、腺組織における特定の遺伝子および遺伝子発現の研究に適用されます。
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1. 植物材料の準備
2. ピッチャー組織の顕微解剖
3. Nepenthes組織からの直接PCR増幅
4. 小組織サンプルからのRNA抽出と逆転写
5. リアルタイムPCR
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Nepenthesの捕虫嚢組織から単一の腺を調製するために、機械化されたマイクロダイセクション法が開発され、適用されました。マイクロ調製プラットフォームには、マイクロマニピュレーターに取り付けられたマイクロ鉗子を備える必要があり、これはコントロールパネルによって操作されます。顕微鏡下で視認できる個々の腺を、鉗子で標的として腺組織を把持し、機械的に摘出することができました(図 4A)。
その腺組織は、後続の解析のためにPCRチューブに直接移された(図 4B)。腺の除去が成功したことは、腺の下にある植物の維管束系が露出したことで確認できた(図 4A)。
調製法の品質と効率をさらに証明し、本手法が有用であることを確認するため、PCR法を実施しました。候補遺伝子として Nepenthes gracilis 由来のthaumatin-like protein (TLP) (NCBI Acc. No D...
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長い間、植物の分泌構造、特に毛状突起の研究は、本質的に解剖学に基づいて行われ、純粋に記述的でした。9-11 のレビューに要約されているように、このタイプの出版物は多数あります。植物の分泌構造に関する私たちの生化学的および分子的知識は、いくつかの初期の注目すべき研究、 例えば 、腺毛状突起が皮下腔に分泌されるモノテルペノイドの生合成の部位であることを示すミント腺毛状突起について、まだ限られています12。したがって、それらを独立して研究するために、そのような特殊な臓器を分離するためのツールを作成し、技術を開発する必要があります。これらの腺に直接アクセスすることで、植物の分泌系における生理学的プロセスと分子的プロセスの両方を直接調査し、理解する可能性が提供されます。分泌化合物の生合成と輸送において重要な役割を果たす遺伝子の機能と、そのような高度に専門化された臓器の発達がどのように制御されているかという問題に取り組むことができます。
多くの分泌腺の生産能力と分泌能力は、人間の健康や耐久性のある作物保護を含む幅広い分野での潜在的な...
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開示するものは何もありません。
植物を栽培してくれたイェーナのフリードリヒ・シラー大学植物園のMPI-CEの温室チームに感謝します。また、ヴィルヘルム・ボーランドとマックス・プランク協会の支援に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| RNAqueous-Micro Kit | Life Technologies GmbH, ドイツ | AM1931 | Isolation of total RNA, 50 samples |
| Dynabeads mRNA DIRECT Micro Kit | Life Technologies GmbH, Germany | 61011 | 5 ml Dynabeads Oligo (dT)25 |
| >DynaMag-2 magnet | Life Technologies GmbH, Germany | 12321D | |
| SuperScript CellsDirect cDNA Synthesis System | Life Technologies GmbH, Germany | 18080-200 | 25 reactions |
| RNaseOUT | Life Technologies GmbH, Germany | 10777-019 | Rnase inhibitor, 5,000 units |
| ランダムヘキサマー (0.4 μg/μl) | QIAGEN GmbH、ドイツ | 79236 | 100 μl |
| 10 mM dNTP Mix, molecular biology grade | Fermentas GmbH, Germany | R0192 | 1 ml |
| Taq DNA ポリメラーゼ, (組換え) | Fermentas GmbH, ドイツ | EP0402 | 10x Taq バッファー (KCl または (NH4)2SO4) および 25 mM MgCl2 |
| TURBO DNase | Life Technologies GmbH, ドイツ | AM2238 | 1,000 units |
| Agarose | Carl Roth GmbH Co. Germany | T846.3 | |
| GeneRuler Low Range DNA ladder, ready-to-use | Fermentas GmbH, Germany | SM1193 | 50 μg |
| Brilliant II SYBR Green QPCR Master Mix | Agilent Technologies, Inc., USA | 600828 | シングルキット |
| RNaseZAP | Sigma-Aldrich, Taufkirchen, Germany | R2020 | |
| Razor blade | Carl Roth GmbH Co., Germany | CK08.1 | |
| Tweezers | Carl Roth GmbH Co., Germany | 2801.1 / 2855.1 | |
| GE NanoVue 分光光度計 | GEHealthcare Europe GmbH, Germany | 28-9569-62 | |
| Mastercycler gradient | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | 5331 000.010 | |
| Mx3000P Real-Time PCR System | Stratagene, USA | 401403 | |
| Agagel Standard Horizontal Gel Electrophoresis Chamber | Biometra | Discontinued | |
| Micromanipulator | aura optik gmbh | aureka | マイクロ鉗子を搭載 |
| 体顕微鏡 | カールツァイス顕微鏡、イェーナ、ドイツ | SteREO Lumar.V12 | AxioCam |
| マーフィルターセットを装備 01 | カールツァイス、顕微鏡、イェーナ、ドイツ | 485001-0000-000 | UVフィルター |
| ルマーフィルターセット09 | カールツァイス、顕微鏡、イェーナ、ドイツ | 485009-0000-000非 | UVフィルター |
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