Tutaj prezentujemy szczegółowy protokół efektywnego wykonywania homo- i heterograftów między tykwą arbuza a tykwy butelkowej, oprócz metod pobierania próbek, generowania i analizy danych, do badania mikroRNA reagujących na zimno.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj prezentujemy szczegółowy protokół efektywnego wykonywania homo- i heterograftów między tykwą arbuza a tykwy butelkowej, oprócz metod pobierania próbek, generowania i analizy danych, do badania mikroRNA reagujących na zimno.
MikroRNA (miRNA) to endogenne małe niekodujące RNA o wielkości około 20 - 24 nt, znane z odgrywania ważnych ról w rozwoju i adaptacji roślin. Istnieje coraz więcej dowodów wskazujących na to, że ekspresja niektórych miRNA ulega zmianie podczas szczepienia, co jest praktyką rolniczą powszechnie stosowaną przez rolników w celu poprawy tolerancji upraw na stresy biotyczne i abiotyczne. Tykwa butelkowa jest z natury rośliną odporną na zmiany klimatu w porównaniu z wieloma innymi głównymi dyniowatymi, w tym arbuzem, co czyni ją jedną z najczęściej używanych podkładek dla tych ostatnich. Niedawny postęp w technologiach sekwencjonowania o wysokiej przepustowości zapewnił ogromne możliwości zbadania miRNA reagujących na zimno i ich wkładu w korzyści płynące z heteroprzeszczepów; Warunkiem wstępnym do osiągnięcia tego celu są jednak odpowiednie procedury eksperymentalne. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowy protokół wydajnego generowania homo- i heteroprzeszczepów między wrażliwym na zimno arbuzem a tykwą butelkową odporną na zimno, a także metody pobierania próbek, generowania i analizy danych. Przedstawione metody są również przydatne w innych systemach szczepienia roślin, do badania regulacji miRNA w różnych stresach środowiskowych, takich jak upały, susza i zasolenie.
Szczepienie od dawna jest stosowane jako technika rolnicza w celu poprawy produkcji roślinnej i tolerancji na stresy biotyczne i abiotyczne1,2,3. W systemach heteroszczepienia, elitarne podkładki mogą zwiększać pobieranie wody i składników odżywczych przez rośliny, wzmacniać odporność na patogeny glebowe i ograniczać negatywne skutki toksyczności metali4,5, co może nadać szczepieniom zwiększoną wigor wzrostu i zwiększoną tolerancję na stresy środowiskowe. W wielu przypadkach heteroszczepienie może również wpływać na jakość owoców w roślinach ogrodniczych, prowadząc do poprawy smaku owoców i zwiększenia zawartości związków związanych ze zdrowiem6,7. Stwierdzono, że transfer fitohormonów, RNA, peptydów i białek między podkładką a zrazem na duże odległości jest podstawowym mechanizmem modulującym przeprogramowanie wzrostu i rozwoju roślin zrazowych8,9,10. Szczepienie jest szeroko stosowane w badaniach nad sygnalizacją i transportem na duże odległości w odniesieniu do adaptacji do środowiska11. Eksperymenty ze szczepieniami są szczególnie skuteczne w jednoznacznym wykrywaniu przenoszonych cząsteczek w tkance odbiorczej lub soku naczyniowym oraz aktywacji lub tłumieniu celów molekularnych z powodu transmisji sygnału12.
Niekodujące RNA, duża klasa RNA, które pełnią ważne funkcje regulacyjne w komórkach, zostały uznane za odgrywające rolę w ułatwianiu adaptacji roślin do stresu abiotycznego13. miRNA to endogenne małe niekodujące RNA o długości około 20 - 24 nt. Badania wykazały regulacyjną rolę miRNA w różnych aspektach aktywności roślin, takich jak wzrost pędów, Tworzenie korzeni bocznych14,15,16, pobieranie składników odżywczych, metabolizm siarczanów i homeostaza17, oraz reakcje na stres biotyczny i abiotyczny18. Ostatnio ekspresja miRNA i ich docelowych genów była związana z tolerancją stresu solnego u heteroszczepionych sadzonek ogórków19. W przeszczepach międzyodmianowych winogron stwierdzono, że reakcje ekspresji miRNA na stres związany z suszą są zależne od genotypu20.
Szybki rozwój i malejące koszty technologii sekwencjonowania o wysokiej przepustowości stworzyły doskonałą okazję do zbadania regulacji miRNA w roślinach agronomicznych. Arbuz (Citrullus lanatus [Thunb.] Mansf.), ważna roślina dyniowata uprawiana na całym świecie, jest podatna na niskie temperatury. Tykwa butelkowa (Lagenaria siceraria [Molina] Standl.) jest bardziej odporną na zmiany klimatu dyniowatą, powszechnie używaną przez rolników do szczepienia arbuzem. Głównym celem obecnego badania jest ustalenie standardowej, wydajnej i wygodnej metody wykonywania heteroprzeszczepów między arbuzami (Citrullus lanatus [Thunb.] Mansf.) i tykwa butelkowa (Lagenaria siceraria [Molina] Standl). Protokół ten zawiera również szczegółowy schemat eksperymentalny i procedury analityczne do badania regulacji ekspresji miRNA po szczepieniu, co jest przydatne do ujawnienia mechanizmów leżących u podstaw zalet heteroszczepienia.
Materiały roślinne użyte w tym badaniu obejmują odmianę arbuza i tykwę butelkową. Odmiana arbuza jest odmianą handlową o wysokim plonie, ale podatną na niskie temperatury. Tykwa butelkowa jest popularną podkładką do szczepienia arbuzem, ogórkiem i tykwą butelkową, ze względu na doskonałą tolerancję na niskie temperatury21.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Sterylizacja i kiełkowanie nasion
2. Wzrost siewek i szczepienie

Rycina 1: Ilustracja kombinacji szczepień i struktur roślin szczepionych. WB = heteroszczepienie arbuza/tykwy; WW = homoszczepienie arbuza/arbuza; BB = homoszczepienie tykwy/tykwy; WB-S = liście przykwitu arbuza/tykwy, które zostały pobrane do próbek; WB-R = liście podkładki arbuza/tykwy, które zostały pobrane do próbek. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
3. Pielęgnacja po szczepieniu, traktowanie zimnem i pobieranie próbek
4. Przygotowanie biblioteki i sekwencjonowanie wysokoprzepustowe
5. miRNA i przewidywanie genów docelowych
6. Analiza różnicowej ekspresji i ontologii genów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Rycina 2: Fenotypy różnych szczepów w temperaturze pokojowej i w warunkach stresu zimna. (a) Ten panel przedstawia siewki homoszczepione i heteroszczepione w temperaturze pokojowej jako kontrolę. (b) Ten panel prze...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym protokole szczegółowo opisaliśmy wysoce wydajną i powtarzalną metodę wykonywania homo- i heteroprzeszczepów między arbuzem a tykwą butelkową. Ta metoda, nie wymagająca specjalnego sprzętu, jest bardzo łatwa w obsłudze i zazwyczaj ma bardzo wysoki wskaźnik przeżywalności szczepienia. Metodę można również wykorzystać do wykonania przeszczepów dla innych dyniowatych, takich jak arbuz, ogórek i dynia.
Warto zauważyć, że względna wielkość (wiek) podkładki i zrazu ma kluczowe znaczenie dla uda...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia. Małe dane sekwencjonowania RNA są zdeponowane w GenBanku pod numerem dostępu SRP136842.
Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (31772291), Projekt Badawczy dla Interesu Publicznego w Prowincji Zhejiang (2017C32027), Kluczowy Projekt Naukowy Hodowli Roślin w Zhejiang (2016C02051), oraz Narodowy Program Wsparcia Najlepszych Młodych Profesjonalistów (do P.X.).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Odczynnik TRIzol | Invitrogen | 15596026 | |
| DNaza bez RNA I | Takara | D2270A | |
| Truseq Zestaw do przygotowania małych próbek RNA | Illumina | RS-200-0012 | |
| 2100 Bionalyser | Agilent | 5067 | |
| Polimeraza DNA | Thermo Fisher Scientific | F530S | |
| UEA sRNA wersja 2.4-roślinna (oprogramowanie) | NA | NA | |
| http://srna-workbench.cmp.uea.ac.uk/ Rfam 11.0 database ( Strona internetowa) | NA | NA http://rfam.janelia.org | |
| miRBase 22.0 ( Strona internetowa) | NA | NA | http://www.mirbase.org/ |
| MIREAP(oprogramowanie) | NA | NA https://sourceforge.net/projects/mireap/ | |
| TargetFinder ( oprogramowanie) | NA | NA | http://targetfinder.org/ |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.