De wereldwijde klimaatverandering heeft de overstromingen verergerd, wat wereldwijd een steeds kritischer probleem is geworden. De afgelopen decennia is er een opwaartse trend geweest in de frequentie van overstromingen, wat heeft geleid tot aanzienlijke oogstverliezen 1,2. Kool (Brassica oleracea var. capitata L.), een groente van aanzienlijk mondiaal belang, is gevoelig voor de nadelige effecten van hevige regenval, waardoor de ontwikkeling van overstromingstolerante koolcultivars noodzakelijk is om een duurzame productie te garanderen in het licht van extreme weersomstandigheden. Daarom is het essentieel om de moleculaire mechanismen te begrijpen die verband houden met overstromingsstress in kool om deze uitdaging aan te gaan.
Om genregulatiemechanismen in planten onder ondergedompelde omstandigheden te begrijpen, worden transgene lijnen veel gebruikt voor genetische functionele studies. Deze aanpak wordt echter beperkt door hoge kosten, tijdrovende transformatie- en subcultuurprocessen, evenals lage transformatie-efficiëntie in veel gewassoorten, waardoor de ontwikkeling van alternatieve methodologieën noodzakelijk is. Op protoplast gebaseerde transiënte expressiesystemen zijn op grote schaal toegepast in moleculair onderzoek naar planten als een veelzijdig en efficiënt alternatief. Deze systemen vergemakkelijken onderzoek naar promotoractiviteit, signaalroutes als reactie op omgevingssignalen, eiwit-eiwit of eiwit-DNA-interacties en subcellulaire lokalisatie3. Het opzetten van protoplast transiënte expressiesystemen is niet alleen gerapporteerd in modelplanten 4,5, maar ook in economisch belangrijke gewassen zoals suikerriet6, anjer7, Phalaenopsis orchideeën8 en aubergine9. Bovendien zijn deze systemen met succes geïmplementeerd in houtige gewassen, waaronder Camellia oleifera10en Populus trichocarpa11. Protocollen voor het toepassen van protoplastsystemen om bladgroenten te bestuderen onder onderdompeling geïnduceerde hypoxiestress zijn echter beperkt. Daarom is in dit werk een geïntegreerd protocol ontwikkeld voor diegenen die geïnteresseerd zijn in het bestuderen van hypoxiereacties in bladgroenten met behulp van een koolprotoplast transiënt expressiesysteem.
Om de door onderdompeling geïnduceerde hypoxierespons op cellulair niveau uit te voeren, zijn in eerdere studies verschillende methoden voor het opruimen van zuurstof gebruikt om hypoxische omgevingen te simuleren. Deze omvatten het gebruik van EC-Oxyrase, OxyFluor, natriumsulfiet en zuurstofverbruikende zakken. EC-Oxyrase wordt meestal gebruikt voor anaërobe behandeling in menselijke cellijnen12 en Arabidopsis protoplasten13. OxyFluor is effectief gebleken bij het verminderen van fotobleken veroorzaakt door reactieve zuurstofspecies tijdens fluorescentiebeeldvorming van levende cellen14,15. Natriumsulfiet is gebruikt bij de anaërobe behandeling van nematoden16 en, meer recentelijk, in rijstprotoplasten, in combinatie met technieken zoals chromatine-immunoprecipitatie (ChIP)-tests17. Zuurstofabsorberende pakkingen, die voornamelijk worden gebruikt voor anaërobe bacteriecultuur18, hebben ook hun werkzaamheid aangetoond bij het induceren van de activering van ZmPORB1-promotors in maïsprotoplasten onder anaërobe omstandigheden19.
Het huidige werk heeft tot doel een robuuste pijplijn op te zetten voor isolatie van koolprotoplasten en transiënte expressie. Vervolgens werd de werkzaamheid van verschillende zuurstofaanpassende behandelingen geëvalueerd door de promotoractiviteit van anaërobe responsgenen te beoordelen met behulp van dual-luciferase-assays. Het protocol dat in deze studie is ontwikkeld, zal naar verwachting waardevol zijn voor toekomstig onderzoek met betrekking tot onderdompeling of hypoxiestress in Brassica-systemen .