Opracowaliśmy prosty i efektywny protokół do przygotowania dużych ilości protoplastów soi do badania złożonych mechanizmów regulacyjnych i sygnalizacyjnych w żywych komórkach.
Artykuł metodologiczny
Opracowaliśmy prosty i efektywny protokół do przygotowania dużych ilości protoplastów soi do badania złożonych mechanizmów regulacyjnych i sygnalizacyjnych w żywych komórkach.
Soja (Glycine max (L.) Merr.) jest ważnym gatunkiem uprawnym i stała się modelem roślin strączkowych do badań nad szlakami genetycznymi i biochemicznymi. Dlatego ważne jest, aby ustanowić wydajny system przejściowej ekspresji genów w soi. W tym miejscu przedstawiamy prosty protokół przygotowania protoplastów sojowych i jego zastosowanie do przejściowych analiz funkcjonalnych. Odkryliśmy, że młode jednolistne liście z siewek soi dały duże ilości wysokiej jakości protoplastów. Optymalizując metodę transformacji za pośrednictwem PEG i wapnia, osiągnęliśmy wysoką wydajność transformacji przy użyciu jednolistnych protoplastów soi. System ten stanowi wydajny i wszechstronny model do badania złożonych mechanizmów regulacyjnych i sygnalizacyjnych w żywych komórkach soi i może pomóc w lepszym zrozumieniu różnorodnych procesów komórkowych, rozwojowych i fizjologicznych roślin strączkowych.
Protoplasty to komórki roślinne, z których usunięto ściany komórkowe. Ze względu na to, że zachowują większość cech i aktywności komórek roślinnych, protoplasty są dobrym systemem modelowym do obserwacji i oceny różnorodnych zdarzeń komórkowych oraz są cennymi narzędziami do badania hybrydyzacji somatycznej1 i regeneracji roślin2. Protoplasty są również szeroko wykorzystywane do transformacji roślin3,4,5, ponieważ w przeciwnym razie ściany komórkowe blokowałyby przenikanie DNA do komórki. Protoplasty posiadają niektóre reakcje fizjologiczne i procesy komórkowe nienaruszonych roślin, oferując tym samym fundamentalną wartość w badaniach podstawowych w celu zbadania lokalizacji białek subkomórkowych6,7,8, interakcje białko-białko9,10, oraz aktywność promotora11,12, 13 w aktywnych komórkach.
Izolacja protoplastów roślinnych została po raz pierwszy opisana w 1960 roku14, a protokoły zarówno izolacji, jak i transformacji protoplastów zostały opracowane i zoptymalizowane. Standardowa procedura izolacji protoplastów polega na ścinaniu liści i enzymatycznym trawieniu ścian komórkowych, a następnie oddzieleniu uwolnionych protoplastów od niestrawionych szczątków tkankowych. Strategie transformacji obejmują metody elektroporation15,16, metody mikroiniekcji17,18 oraz metody oparte na glikolu polietylenowym (PEG)4,5,19. Stwierdzono, że wiele gatunków z powodzeniem izoluje protoplasty, w tym Citrus20, Brassica21, Solanaceae22 i inne rodziny roślin ozdobnych23,24. Podczas gdy różne typy tkanek są używane u różnych gatunków, system przejściowej ekspresji w protoplastach mezofilu Arabidopsis (TEAMP) wyizolowanych z liści modelowej rośliny Arabidopsis thaliana został dobrze ugruntowany25 i szeroko przyjęty do różnych zastosowań.
Soja (Glycine max (L.) Merr.) jest jedną z najważniejszych roślin białkowych i oleistych26. W przeciwieństwie do rzodkiewnika i ryżu, uzyskanie transgenicznych roślin soi jest znane z tego, że jest dość trudne i mało wydajne. Naciek, w którym pośredniczy Agrobacterium tumefaciens, jest powszechnie stosowany do badań nad przejściową ekspresją genów w komórkach naskórka u tytoniu27 i siewkach Arabidopsis28,29, podczas gdy Agrobacterium rhizogenes jest używany do przekształcania owłosionych korzeni w soi30. Metody wyciszania genów wywołane przez wirusa zostały wykorzystane do regulacji w dół docelowych genów31,32 i ekspresja przejściowa33 w sposób systemowy. Protoplasty stanowią cenną i wszechstronną alternatywę dla tych podejść. Protoplasty można uzyskać z materiałów nadziemnych soi i umożliwiają szybką i zsynchronizowaną ekspresję transgenu. Jednak od czasu początkowej udanej izolacji protoplastów soi w 198334, pojawiły się ograniczone doniesienia na temat zastosowania protoplastów w soibean35,36,37,38, głównie ze względu na stosunkowo niską wydajność protoplastów soi.
Tutaj opisujemy prosty i skuteczny protokół izolacji protoplastów soi oraz jego zastosowanie do badań nad przejściową ekspresją genów. Wykorzystując młode jednolistne liście z sadzonek soi, byliśmy w stanie uzyskać duże ilości ważnych protoplastów w ciągu kilku godzin. Ponadto zoptymalizowaliśmy metodę transformacji za pośrednictwem PEG i wapnia, która jest prosta i tania, aby dostarczyć DNA do protoplastów soi z wysoką wydajnością.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Wzrost roślin
2. Przygotowanie plazmidowego DNA
3. Izolacja protoplastów
4. Transformacja protoplastów
5. Inkubacja i zbiór protoplastów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Różne organy 10-dniowych ziaren soi zostały przetestowane pod kątem przygotowania protoplastów (Rysunek 1) i zaobserwowano plony pod mikroskopem (Rysunek 2). Ściany komórkowe z hipokotylu i epikotylu były prawie nie trawione, a niektóre komórki pozostawały połączone ze sobą (Ryc. 2B, 2C). W liścieniu (Rysunek 2D) i korzeniu (Rycina 2A) ściany komórkowe zostały usunięte tylk...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten protokół izolacji protoplastów soi i zastosowania do badań nad ekspresją przejściową został dokładnie przetestowany i bardzo dobrze sprawdza się w naszym laboratorium. Procedury są proste i łatwe, wymagają zwykłego sprzętu i minimalnych kosztów. Nasz protokół daje duże ilości jednorodnych, wysokiej jakości protoplastów w porównaniu z wcześniej opisanymi metodami 34,35,36,37,38.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Ta praca była wspierana przez Program Badań nad Genomem Roślinnym od Narodowej Fundacji Nauki (NSF-PGRP-IOS-1339388).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| MES | Sigma Aldrich | M8250-100G | |
| Celulaza CELF | Worthington Biological Corporation | LS002611 | |
| Pektoliaza Y-23 | BioWorld | 9033-35-6 | |
| CELULAZA "ONOZUKA" R-10 | yakult | 10g | |
| MACEROZYME R-10 | yakult | 10g | |
| Mannitol | ICN Biomedicals | 152540 | |
| CaCl2 | Fisher | C79-500g | |
| BSA | NEB | R3535S | |
| DTT | Sigma Aldrich | D5545-5G | |
| NaCl | Sigma Aldrich | S7653-1kg | |
| KCl | Fisher | P217-500g | |
| MgCl2 | Sigma Aldrich | M8266-100g | |
| PEG4000 | Fluka | 81240 | |
| siatka nylonowa | carolina | 652222N | |
| Płytki do hodowli tkankowych | USA Scientific | CC7682-7506 | |
| Żyletki | 12-640 | ||
| hememytometr | Hausserscientific | 1483 | |
| QIAprep Spin Miniprep Kit | Qiagen | 27104 | |
| Zestaw miniprzygotowawczy plazmidu EZNA | Omega | D6942-01 | |
| Zestaw do miniprzygotowania plazmidu GeneJET | Wirówka Thermo Scientific | K0502 | |
| 5810 | 5811000827 | eppendorf | |
| 5424 | eppendorf | 22620401 | |
| Kontroler rur Jencons Powerpette Plus | Jencons | 14526-202 | |
| Mikroskop konfokalny Zeiss 710 | Zeiss | N/A | |
| Nieprzywierające, wolne od RNaz probówki do mikrofugowania, 1,5 ml | Ambion | AM12450 | |
| 15 ml Probówki | Denville | C1018-P | |
| 50 ml | Denville | C1060-P | |
| Surowica dla noworodków | Thermo Scientific | 16010159 | |
| Gleba | Szkółka | ||
| perlit | Vigoro | 100521091 | |
| Piasek torpedowy | JKS Ventures | ||
| LB Rosół, Lennox (proszek) | Fisher | BP1427-500 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie