Plantgenetische transformatiemethoden zijn essentieel voor het testen van de biologische functies van genen en zijn vandaag de dag vooral nuttig gezien het grote aantal niet-gekarakteriseerde genen dat wordt voorspeld in het post-genomische tijdperk1. Deze methoden kunnen worden gebruikt om volledig getransformeerde lijnen te verkrijgen of om genen tijdelijk tot expressie te brengen. Stabiele transformatie vindt plaats wanneer het vreemde DNA dat de gastheer heeft opgenomen volledig en onomkeerbaar wordt geïntegreerd in het genoom van de gastheer en de genetische modificaties worden doorgegeven aan volgende generaties. Voorbijgaande expressie, bekend als voorbijgaande transformatie, vindt plaats door de meerdere kopieën van T-DNA die door Agrobacterium in de cel zijn overgebracht, die niet zijn geïntegreerd in het genoom van de gastheer, en piekt 2-4 dagen na infectie2.
Het is vermeldenswaard dat transiënte expressietesten vaak voldoende zijn voor de functionele karakterisering van genen en verschillende voordelen kunnen bieden ten opzichte van stabiele transformatie. Voor tijdelijke transformatie zijn bijvoorbeeld geen regeneratieprocedures op basis van weefselkweek nodig. Een ander voordeel is dat het compatibel is met in planta functionele analyse van genen, bestaande verschillende succesvolle voorbeelden van protocollen die goed gestandaardiseerd zijn voor modelplantensoorten, zoals Arabidopsis thaliana3 en Nicotiana benthamiana4, maar nog steeds beperkt in niet-modelsoorten5.
De ontwikkeling van transiënte assays is afhankelijk van de beschikbaarheid van efficiënte methoden voor genoverdracht. Hiervoor zijn de meest populaire benaderingen gebaseerd op Agrobacterium-infiltratie , die profiteert van het unieke vermogen van Agrobacterium om DNA over te brengen naar plantencellen6. Een ander nuttig hulpmiddel voor deze analyses is het gebruik van reportergenen, zoals groen fluorescerende eiwitten (GFP), β-glucuronidase (GUS), luciferase of RUBY, die allemaal worden gebruikt om transformatiegebeurtenissen te volgen. Van deze reportersystemen is RUBY momenteel het gemakkelijkst te visualiseren en vertrouwt het op de omzetting van tyrosine in betalains door middel van drie enzymatische stapreacties. In tegenstelling tot andere reportersystemen kunnen de resulterende betalains gemakkelijk worden waargenomen als felgekleurde pigmenten op getransformeerd plantenweefsel zonder dat er geavanceerde apparatuur of extra reactanten nodig zijn7.
Bij het infiltreren van een Agrobacterium-suspensie in de intercellulaire ruimte van het mesofyl van het blad, is de meest kritische stap voor een succesvolle agro-infectie het overwinnen van de fysieke barrière die wordt opgelegd door de epidermale cuticula van de bladeren. Terwijl voor sommige planten een drukgradiënt gecreëerd met een naaldloze spuit (spuit Agroinfiltratie) voldoende is voor een efficiënte agro-infiltratie, zoals gebeurt in Nicotiana benthamiana9, kunnen andere plantensoorten een grotere drukgradiënt nodig hebben, zoals die gecreëerd met behulp van vacuümpompen10. In vacuümondersteunde processen vindt agro-infiltratie plaats in twee stappen. In de eerste dient vacuüm om het plantmateriaal aan verminderde druk te onderwerpen, waardoor gassen uit de mesofylle luchtruimten via huidmondjes en wonden vrijkomen. Vervolgens, tijdens een herdrukfase, infiltreert de Agrobacterium-suspensie de intercellulaire ruimtes via de huidmondjes en wonden11.
Vergeleken met injectiespuitinfiltratie zorgt vacuüminfiltratie voor een hogere gebruiksfrequentie, herhaalbaarheid en de mogelijkheid om de druk en duur in elke fase van het infiltratieproces te regelen10. In bladeren van verschillende plantensoorten zoals spinazie (Spinacia oleracea)12, pioenroos (een houtachtige vaste plant) (Paeonia ostii)13 en cowpea (Vigna unguiculata)14 bereikten vacuümagro-infiltratieprotocollen een diepere infiltratiesnelheid dan injectiespuitinfiltratie. Ook in tomaat (Lycopersicon esculentum)15 en gerbera (Gerbera hybrida)16 produceerde vacuüm agro-infiltratie een sterkere en meer uniforme gen-uitschakeling dan injectiespuitinfiltratie. Een bijkomend voordeel van vacuüminfiltratie is de lagere afhankelijkheid van het genotype, in vergelijking met injectiespuitinfiltratie, die onlangs werd waargenomen bij drie citrusvariëteiten (Fortunella obovata, Citrus limon en C. grandis)17. Wanneer u echter probeert vacuümagro-infiltratie toe te passen op planten die te groot zijn om in exsiccatoren te passen, kan de grootte van de vacuümkamers een beperking zijn, zoals meestal gebeurt bij tropische houtachtige planten.
Hieronder beschrijven we een protocol dat de ruimtelijke beperking van vacuümkamers overwint en het nut ervan test voor in planta voorbijgaande transformatie van cacaobladeren. We presenteren de eerste gelokaliseerde vacuüminfiltratiemethode voor cacao, waarvoor geen extra apparatuur nodig is en die zelfs het gebruik van dezelfde laboratoriumexsiccatoren mogelijk maakt die worden gebruikt voor de infiltratie van de hele plant, maar met een eenvoudige aanpassing die de toegang tot een deel van de plant in de vacuümkamer mogelijk maakt, waardoor het gebruik ervan in verschillende stadia van de ontwikkeling van de plant mogelijk is. Om het nut van de voorgestelde gelokaliseerde vacuüminfiltratiemethode te testen, selecteerden we cacao als proxy van een grootbladige tropische plantensoort die moeilijk te transformeren is. Met behulp van deze gelokaliseerde infiltratiemethode rapporteerden we onlangs de eerste in planta voorbijgaande expressie in avocado door Agrobacterium-gemedieerde vacuüminfiltratie met omstandigheden die eerder waren geoptimaliseerd voor losse bladeren18, en hier rapporteren we de eerste in planta voorbijgaande expressie in cacao.