Tutaj prezentujemy wszechstronną metodę transformacji korzenia pomidora, a następnie inokulacji Ralstonia solanacearum, aby przeprowadzić prostą analizę genetyczną do badania bakteryjnej choroby więdnięcia.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy wszechstronną metodę transformacji korzenia pomidora, a następnie inokulacji Ralstonia solanacearum, aby przeprowadzić prostą analizę genetyczną do badania bakteryjnej choroby więdnięcia.
Ralstonia solanacearum to niszczący patogen naczyniowy przenoszony przez glebę, który może infekować wiele gatunków roślin, stanowiąc poważne zagrożenie dla rolnictwa. Jednak model Ralstonia jest znacznie słabo zbadany w porównaniu z innymi modelami obejmującymi bakteryjne patogeny roślin, takie jak Pseudomonas syringae u rzodkiewnika. Badania mające na celu zrozumienie interakcji między Ralstonią a roślinami uprawnymi są niezbędne do opracowania zrównoważonych rozwiązań w walce z bakteryjną chorobą więdnięcia, ale obecnie są utrudnione przez brak prostych testów eksperymentalnych charakteryzujących różne składniki interakcji w rodzimych roślinach żywicielskich. W tym scenariuszu opracowaliśmy metodę przeprowadzania analizy genetycznej zakażenia Ralstonia pomidora, naturalnego żywiciela Ralstonia. Metoda ta opiera się na transformacji korzeni pomidora za pośrednictwem Agrobacterium rhizogenes, a następnie na nasiąkaniu glebą otrzymanych roślin za pomocą Ralstonia, zawierających przekształcone korzenie wyrażające interesujący nas konstrukt. Wszechstronność testu transformacji korzeniowej pozwala na przeprowadzenie nadekspresji genów lub wyciszenia genów za pośrednictwem RNAi. Jako dowód słuszności koncepcji zastosowaliśmy tę metodę, aby wykazać, że wyciszanie SlCESA6 w korzeniach pomidora za pośrednictwem RNAi nadało odporność na Ralstonia. W tym miejscu szczegółowo opisujemy tę metodę, umożliwiającą podejście genetyczne do zrozumienia bakteryjnej choroby więdnięcia w stosunkowo krótkim czasie i przy niewielkich wymaganiach dotyczących sprzętu i przestrzeni do wzrostu roślin.
Ralstonia solanacearum, czynnik wywołujący bakteryjną chorobę więdnięcia, jest niszczycielskim patogenem naczyniowym przenoszonym przez glebę o światowym zasięgu, który może infekować wiele gatunków roślin, w tym między innymi ziemniaki, pomidory, tytoń, banany, papryki i bakłażan1,2. Straty w plonach spowodowane przez Ralstonia mogą sięgać 80-90% produkcji pomidorów, ziemniaków lub bananów, w zależności od odmiany, klimatu, gleby i innych czynników3. Model Ralstonia jest jednak znacznie słabo zbadany w porównaniu z innymi modelami obejmującymi bakteryjne patogeny roślin, takimi jak Pseudomonas syringae czy Xanthomonas spp. Ponadto większość badań nad interakcjami między roślinami a mikroorganizmami koncentruje się na roślinie modelowej Arabidopsis thaliana. Chociaż badania z wykorzystaniem tych modeli w dużej mierze przyczyniły się do naszego zrozumienia interakcji między roślinami a bakteriami, nie rozwiązują one obecnej potrzeby zrozumienia tych interakcji w roślinach uprawnych. Badania mające na celu zrozumienie interakcji między Ralstonią a roślinami uprawnymi są niezbędne do opracowania zrównoważonych rozwiązań w walce z bakteryjną chorobą więdnięcia, ale obecnie są utrudnione przez brak prostych testów eksperymentalnych charakteryzujących różne składniki interakcji. W szczególności pomidor, naturalny żywiciel Ralstonia, jest drugą najważniejszą uprawą warzyw na świecie i jest dotknięty mnóstwem chorób4, w tym bakteryjną chorobą więdnięcia. W niniejszej pracy opracowaliśmy łatwą metodę przeprowadzania analizy genetycznej zakażenia pomidora Ralstonia. Metoda ta opiera się na transformacji korzeni pomidora za pośrednictwem Agrobacterium rhizogenes, przy użyciu fluorescencji DsRed jako markera selekcji5, a następnie inokulacji Ralstonia glebowo powstałych roślin, zawierających przekształcone korzenie wyrażające interesujący nas konstrukt. Wszechstronność testu transformacji korzeniowej pozwala na przeprowadzenie nadekspresji genów lub wyciszenia genów za pośrednictwem RNAi.
Potencjalne ograniczenie tej metody polega na szczątkowym wzroście nieprzekształconych korzeni. Jest to szczególnie ważne w przypadkach, gdy zastosowany plazmid nie ma genu reporterowego, który umożliwia selekcję przekształconych korzeni. Aby rozwiązać ten problem, opracowaliśmy alternatywną metodę opartą na selekcji antybiotyków, która hamuje wzrost nieprzekształconych korzeni, umożliwiając jednocześnie wzrost zdrowych, odpornych na antybiotyki przekształconych korzeni. Ponieważ A. rhizogenes nie indukuje przemiany pędów, są one wrażliwe na antybiotyk i dlatego powinny być trzymane oddzielnie od pożywki zawierającej antybiotyk.
Chociaż odporność roślin na Ralstonia nie jest dobrze poznana, kilka raportów wiąże zmiany w ścianie komórkowej ze zwiększoną odpornością na więdnięcie bakterii6,7,8,9. Zasugerowano, że te zmiany w ścianie komórkowej wpływają na rozwój naczyń krwionośnych, co jest istotnym aspektem stylu życia Ralstonia wewnątrz rośliny10. Wykazano, że mutacje w genach kodujących syntazy celulozy CESA4, CESA7 i CESA8 u Arabidopsis thaliana upośledzają wtórną integralność ściany komórkowej, powodując zwiększoną oporność na Ralstonia, co wydaje się być związane z sygnalizacją ABA8. Dlatego, jako dowód słuszności koncepcji naszej metody, przeprowadziliśmy wyciszanie genu SlCESA6 (Solyc02g072240), wtórnej syntazy celulozy ściany komórkowej za pośrednictwem RNAi, oraz ortologa AtCESA8 (At4g18780). Późniejsze nasiąkanie gleby preparatem Ralstonia wykazało, że wyciszenie SlCESA6 zwiększyło odporność na objawy więdnięcia bakterii, co sugeruje, że oporność na Ralstonia za pośrednictwem ściany komórkowej jest prawdopodobnie zachowana w pomidorze i potwierdza naszą metodę przeprowadzania analizy genetycznej odporności bakterii na więdnięcie w korzeniach pomidora. W tym miejscu szczegółowo opisujemy tę metodę, umożliwiającą podejście genetyczne do zrozumienia bakteryjnej choroby więdnięcia w stosunkowo krótkim czasie i przy niewielkich wymaganiach dotyczących sprzętu i przestrzeni do wzrostu roślin.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Ważne części tej metody obejmują przetwarzanie materiałów roślinnych in vitro, dlatego ważne jest utrzymanie sterylnych warunków podczas wszystkich tych procedur, w tym wizualizacji fluorescencji DsRed. Podczas całego procesu przemiany siewki pomidorów rosną w temperaturze 25−28 °C i 16 h/8 h światła/ciemności (130 μmol fotonów m-2 s-1 światło). Płytki są uszczelnione taśmą mikroporową w celu ułatwienia wymiany gazowej i transpiracji.
1. Przygotowanie pomidorów i Agrobacterium rhizogenes
2. Transformacja i selekcja roślin
3. Przeniesienie do doniczek do inokulacji
4. Inokulacja zraszająca glebę
5. Określenie parametrów infekcji i analiza statystyczna
6. Analiza ekspresji genów
UWAGA: Ekspresję transgenu lub wyciszenie genu docelowego można określić za pomocą RT-PCR lub ilościowego RT-PCR (qRT-PCR).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 5 przedstawia rozwój objawów choroby u roślin pomidora z korzeniami przekształconymi za pomocą pustego wektora (EV) oraz u roślin z korzeniami przekształconymi konstruktem RNAi celującym w SlCESA6 (Solyc02g07240). Dane indeksu choroby (Rysunek 5A) zostały zebrane z tej samej jednostki eksperymentalnej (każda roślina) w czasie według arbitralnej skali od 0 do 4 i nie wykazują rozkładu Gau...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ralstonia solanacearum stanowi poważne zagrożenie dla rolnictwa; Jednak jego interakcja z naturalnymi żywicielami o znaczeniu rolniczym jest nadal słabo poznana w porównaniu z innymi patogenami bakteryjnymi, zwłaszcza w przypadku gatunków roślin uprawnych. W większości przypadków analiza genetyczna jest utrudniona ze względu na czas i koszty wymagane do genetycznej modyfikacji roślin żywicielskich. Aby rozwiązać ten problem i ułatwić analizę genetyczną zakażenia R. solanacearum w pomidorach, opracowaliś...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy wszystkim członkom laboratorium Macho za pomocne dyskusje, Alvaro López-García za porady statystyczne oraz Xinyu Jian za pomoc techniczną i administracyjną podczas tej pracy. Dziękujemy głównej placówce PSC Cell Biology za pomoc w obrazowaniu fluorescencyjnym Prace te były wspierane przez Strategiczny Priorytetowy Program Badawczy Chińskiej Akademii Nauk (grant XDB27040204), Szanghajskie Centrum Biologii Stresu Roślinnego (Chińska Akademia Nauk) oraz chiński program 1000 talentów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 90 mm kwadratowe szalki | |||
| Agar w proszku | Sigma-Aldrich | ||
| Bacto pepton | BD (Becton i Dickinson) | ||
| Casamino kwasy | Sigma-Aldrich | ||
| Bibuła | |||
| System obrazowania roślin In Vivo NightShade LB 985 | Berthold Technologies | ||
| Garnki | Jiffy Jiffy Products International A.S. | ||
| Taśma mikroporowa | 3M | ||
| Murashige and Skoog medium (M519) | Phytotechlab | ||
| Podłoże Pindstrup | Pindstrup Mosebrug A/S | ||
| Skalpel i ostrze | |||
| Podchloryn sodu | Sigma-Aldrich | ||
| Sterylna czysta ławka | |||
| Pęseta | |||
| Papier Wahtman | Wahtman International Ltd. Maldstone | ||
| Ekstrakt drożdżowy | OXOID |
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