$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
W ciągu ostatnich 20 lat badacze w dziedzinie biologii roślin poczynili wielkie postępy, stosując metody genetyki chemicznej, zarówno naprzód, jak i wstecznie, pogłębiając nasze zrozumienie biosyntezy ściany komórkowej, cytoszkieletu, biosyntezy hormonów i sygnalizacji, grawitropizmu, patogenezy, biosyntezy puryn i transportu endomembranowego1,2,3,4,5. Zastosowanie zaawansowanych technik genetyki chemicznej umożliwia identyfikację fenotypów będących przedmiotem zainteresowania i pozwala naukowcom zrozumieć genotypowe podstawy poszczególnych procesów. I odwrotnie, odwrócona genetyka chemiczna poszukuje substancji chemicznych, które wchodzą w interakcje z wcześniej określonym celem białka6. Arabidopsis był w czołówce tych odkryć w biologii roślin, ponieważ jego genom jest mały, zmapowany i opisany. Ma krótki czas generowania i dostępnych jest wiele linii mutantów/reporterów, które ułatwiają identyfikację nieprawidłowych maszyn subkomórkowych7.
Istnieją dwa główne wąskie gardła, które spowalniają postęp badań genetycznych, wstępny proces przesiewowy i określanie celu interesującego związku8. Główną pomocą w zwiększaniu szybkości selekcji małych cząsteczek jest zastosowanie automatyzacji i zautomatyzowanego sprzętu9. Roboty do obsługi cieczy są doskonałym narzędziem do obsługi dużych bibliotek małych cząsteczek i odegrały zasadniczą rolę w napędzaniu postępu w naukach biologicznych10. Przedstawiony tutaj protokół ma na celu złagodzenie wąskiego gardła związanego z procesem badań przesiewowych, umożliwiając szybką identyfikację bioaktywnych małych cząsteczek. Technika ta zmniejsza obciążenie pracą i czasem operatora, jednocześnie zmniejszając koszty ekonomiczne ponoszone przez głównego badacza.
Do tej pory większość analizowanych bibliotek chemicznych zawierała od 10 000 do 20 000 związków, niektóre zawierały nawet 150 000, a niektóre zaledwie 709,11,12,13,14,15,16. Protokół przedstawiony w niniejszym dokumencie został zaimplementowany na małej bibliotece molekuł składającej się z 50 000 związków (patrz Tabela Materiałów), jednym z większych badań przesiewowych genetyki chemicznej przeprowadzonych do tej pory na Arabidopsis. Protokół ten wpisuje się w obecny trend w kierunku zwiększonej wydajności i szybkości w zakresie genetyki chemicznej, zwłaszcza w odniesieniu do odkrywania herbicydów, insektycydów, fungicydów, leków i biologii raka17,18,19,20,21. Chociaż protokół ten został zaimplementowany w przypadku rzodkiewnika, można go łatwo dostosować do kultur komórkowych, zarodników, a potencjalnie nawet owadów w płynnym podłożu na płytkach 96-, 384- lub 1536-dołkowych. Ze względu na swoje niewielkie rozmiary rzodkiewnik nadaje się do badań przesiewowych w 96-dołkowych płytkach. Jednak równomierne rozprowadzenie nasion między studzienkami jest wyzwaniem. Siew ręczny jest dokładny, ale pracochłonny i chociaż istnieją urządzenia przeznaczone do dozowania nasion do 96-dołkowych płytek, ich zakup jest drogi. Tutaj pokazujemy, jak można obejść ten krok przy niewielkiej utracie dokładności.
Ogólnym celem tej metody było ułatwienie badania przesiewowego dużej biblioteki chemicznej przeciwko Arabidopsis, bez uszczerbku dla dokładności, za pomocą robota do obsługi cieczy. Zastosowanie tej metody poprawia efektywność badacza poprzez skrócenie czasu potrzebnego do zakończenia zarządzania początkowymi seriami rozcieńczeń i późniejszymi badaniami fenotypowymi, umożliwiając szybką wizualizację próbek pod mikroskopem preparacyjnym i szybką identyfikację nowych bioaktywnych małych cząsteczek. Rysunek 1 przedstawia kluczowe wyniki tego protokołu w 4 krokach.

Rysunek 1: Ogólny przebieg badania przesiewowego genetyki chemicznej. Przegląd protokołu, który ma zostać opisany, wraz z pewnymi szczegółami dla każdego z 4 kluczowych kroków. 1: Otrzymanie biblioteki chemicznej, 2: Wykonanie biblioteki rozcieńczeń, 3: Wykonanie płytek przesiewowych i 4: Inkubacja i wizualizacja płytek przesiewowych. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.