Ten protokół opisuje tworzenie losowego układu transfekcji przy użyciu automatycznego urządzenia do obsługi cieczy, protokołu izolacji protoplastów dla etiolowanych liści kukurydzy oraz procedury transfekcji 96-dołkowej przy użyciu płynu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje tworzenie losowego układu transfekcji przy użyciu automatycznego urządzenia do obsługi cieczy, protokołu izolacji protoplastów dla etiolowanych liści kukurydzy oraz procedury transfekcji 96-dołkowej przy użyciu płynu.
Dziedzina biotechnologii roślin była świadkiem niezwykłego postępu w ostatnich latach, rewolucjonizując możliwość manipulowania i inżynierii roślin do różnych celów. Jednak w miarę jak badania w tej dziedzinie stają się coraz bardziej zróżnicowane i coraz bardziej wyrafinowane, coraz bardziej widoczna jest potrzeba wczesnych, skutecznych, niezawodnych i wysokowydajnych rozwiązań w zakresie badań przesiewowych w celu zawężenia strategii prowadzących do stabilnej transformacji. Jedną z metod, która pojawiła się ponownie w ostatnich latach, jest wykorzystanie protoplastów roślinnych, dla których metody izolacji i transfekcji są dostępne w wielu gatunkach, tkankach i stadiach rozwojowych. W pracy opisano prosty zautomatyzowany protokół randomizowanego przygotowania plazmidu na 96-dołkowej płytce, metodę izolacji etiolowanego protoplastu liści kukurydzy oraz zautomatyzowaną procedurę transfekcji. Zastosowanie zautomatyzowanych rozwiązań w biotechnologii roślin, czego przykładem są te nowatorskie protokoły postępowania z cieczami do transfekcji protoplastów roślinnych, stanowi znaczący postęp w porównaniu z metodami ręcznymi. Wykorzystując automatyzację, naukowcy mogą łatwo przezwyciężyć ograniczenia tradycyjnych metod, zwiększyć wydajność i przyspieszyć postęp naukowy.
Transfekcja protoplastów roślinnych, wprowadzanie obcego materiału genetycznego do komórek roślinnych pozbawionych ścian komórkowych, jest kluczową techniką i w ciągu ostatniego półwiecza objęła wiele gatunków wspierających badania nad biotechnologią roślin. Jednak stosowanie tych metod może być bolesne i mieć ograniczony zakres, nawet przy milionach protoplastów wytwarzanych na izolację. Tradycyjne metody transfekcji protoplastów roślinnych są często pracochłonne, czasochłonne, podatne na zmienność i wymagające technicznie, co prowadzi do powstania niszowych systemów o niskiej odtwarzalności1. Jednak potencjał, jaki w ostatnich latach przyniosły zautomatyzowane rozwiązania, rzuca światło na możliwość tchnięcia nowego życia w tę 60-letnią technikę2,3. Dzięki możliwości automatyzacji kluczowych, ale powtarzalnych etapów, takich jak przygotowanie materiału, inkubacja glikolu polietylenowego (PEG) i późniejsze dozowanie odczynnika do transfekcji, naukowcy mogą znacznie zmniejszyć wymagania dotyczące fizycznej obsługi i inne potencjalne źródła błędów ludzkich4. Ponadto precyzyjna kontrola i jednorodność oferowana przez zautomatyzowane systemy obsługi cieczy zapewnia spójne i powtarzalne wyniki transfekcji.
Podczas gdy izolacja protoplastów to drobiazgowy proces, który obejmuje siekanie, trawienie, inkubację, filtrację i wirowanie, część transfekcyjna tych protokołów jest dostosowana do potrzeb automatycznych urządzeń do obsługi cieczy. Procedura dla większości protokołów transfekcji protoplastów jest zapośredniczona przez PEG, a mieszanie wyizolowanego protoplastu w obecności PEG i oczyszczonego plazmidowego DNA przez określony czas w precyzyjnym stężeniu (zależnym od gatunku i tkanki) pozwala tym komórkom na pobranie plazmidowego DNA5. Po tej transfekcji następuje seria etapów mycia, których kulminacją jest nocna inkubacja6. Po okresie inkubacji, jeśli wszystko zostało prawidłowo zaprojektowane i dostarczone, eksperyment skutkuje wyrażeniem interesującego składnika i/lub potencjału oceny różnych składników regulacyjnych7. Wszystkie etapy aspiracji, dozowania i mieszania/mieszania związane z tą procedurą są zwykle obsługiwane przez pipetę ręczną. Ręczne wykonywanie takiego protokołu, pojedyncza reakcja na raz, jest pracochłonne i wprowadza niepotrzebne różnice między próbkami, jednocześnie ograniczając pojemność, którą można ocenić w danym momencie. Zautomatyzowane protokoły manipulacji komórkami ssaków lub owadów oraz syntezy chemicznej w przemyśle farmaceutycznym są stosowane w praktyce od kilku lat4,8,9. Wykorzystanie protoplastów i protokoły obejmujące zautomatyzowaną obsługę cieczy w materiałach roślinnych są coraz powszechniejsze10,11,12,13.
Przyjęcie protokołów automatycznego postępowania z cieczami do transfekcji protoplastów roślin jest bardzo obiecujące dla zastosowań badawczych. Naukowcy mogą eksplorować większe biblioteki genetyczne, w przyspieszonym tempie badać określone funkcje genów i bardziej kompleksowo badać złożone interakcje genetyczne związane ze stresem roślin14. Skalowalność zautomatyzowanych podejść wykorzystujących 96-dołkowe strąki w połączeniu z przesiewowymi badaniami fluorescencyjnymi umożliwia eksperymenty o wysokiej przepustowości i pozwala naukowcom szybko generować dane i spostrzeżenia, które mogą napędzać postęp w biotechnologii roślin11. Jednak przy tym wzroście przepustowości, prowadzącym do generowania setek, jeśli nie tysięcy punktów danych, musi istnieć dodatkowa kontrola jakości, która uwzględnia wszelkie źródła błędów, które mogą zakłócać wyniki15. Jednym z elementów, który został zidentyfikowany jako czynnik przyczyniający się do tego w wielu dyscyplinach naukowych, jest efekt krawędzi. Niektóre strategie łagodzące zasugerują najlepszą płytę do użycia lub wypełnienie wodą przestrzeni między studniami lub najbardziej zewnętrznych studni, aby zwalczyć to zjawisko16,17. Jednak te strategie wydłużają czas, a jeśli konkretny jednorazowy produkt jest niedostępny, jedyną opcją jest zapłacenie za mniej lub odroczenie. Alternatywnie, przyjrzenie się strategiom, które uwzględniają ten efekt za pomocą schematu blokowania, nie poświęca przepustowości ani opóźnień w wykonaniu.
Ten protokół etiolowanego protoplastu liści kukurydzy i jego dwie zautomatyzowane metody zilustrowane w Rysunek 1 ma na celu rozwiązanie problemu zmienności nieodłącznie związanej z eksperymentami z protoplastami poprzez automatyzację wielu części kanonicznej metody protoplastów, alokacji materiału plazmidowego do naczynia używanego do transfekcji oraz samej transfekcji. Metody te zademonstrowano dla etiolowanej platformy protoplastowej z liści kukurydzy, ponieważ jest to dobrze scharakteryzowana, prosta i wydajna platforma protoplastowa. Wszystkie kroki opisane w tym dokumencie są natychmiast dostępne dla protokołów transfekcji protoplastów, które wykorzystują podobne lub te same roztwory buforowe. Jednak przed przyjęciem tych technik należy zwrócić szczególną uwagę na unikalne cechy tkanek i gatunków źródłowych protoplastów. Te ulepszenia wynikające z automatyzacji upraszczają przygotowanie materiału do poszczególnych eksperymentów i znacznie poprawiają przepustowość, od sekwencyjnej transfekcji pojedynczo do 96 transfekcji obsługiwanych jednocześnie. Praca ta pokaże również uzasadnienie wykorzystania losowych niekompletnych bloków w celu uwzględnienia odchylenia pozycyjnego płyty.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Tworzenie płyty transfekcyjnej
2. Izolacja protoplastów z liści kukurydzy w etiolowanej
3. Zautomatyzowana transfekcja protoplastów
UWAGA: Kroki od 3.6 do 3.15 są całkowicie zarządzane przez automatyczną obsługę cieczy, z wyjątkiem dwóch przerw użytkownika w krokach 3.10 i 3.13, które wymagają ręcznego wirowania. Odpowiednie zrzuty ekranu, które następują wraz z tym automatycznym protokołem, można znaleźć w suplemencie, rysunku uzupełniającym 1, rysunku uzupełniającym 3, rysunku uzupełniającym 4 i rysunku uzupełniającym 5.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby uzyskać dane obserwacyjne potwierdzające, że efekty krawędziowe mogą wpływać na pomiary odpowiedzi; przeprowadzono badanie pilotażowe, aby potwierdzić te podejrzenia. W tym badaniu powyższe metody zastosowano do trzech powtórzonych 96-dołkowych płytek z tylko jednym poziomem traktowania; wszystkie protoplasty transfekowano przy użyciu pSYN1125019, plazmidu, który konstytutywnie wyraża ZsGreen, w celu wykazania, że istnieją systematyczne różnice w poziomie odpowiedzi dla jednostek na krawędzi p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W manuskrypcie opisano protokół automatyzacji tworzenia płytek transfekcyjnych i etiolowanej izolacji protoplastów liści kukurydzy za pomocą automatycznej transfekcji. Do pomyślnego zakończenia części protokołu dotyczącej tworzenia płytek transfekcyjnych potrzebny jest zautomatyzowany robot do obsługi cieczy, który jest wyposażony w 8-kanałową kapsułę. W protokole transfekcji zalecana jest 96-dołkowa kapsuła do pełnej i jednolitej transfekcji na 96-dołkowej płytce. Metodę transfekcji można wykonać za pomocą 8-kanałowej k...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszyscy autorzy są zatrudnieni przez Syngenta, międzynarodową firmę zajmującą się biotechnologią rolniczą, rutynowo stosującą technologię transformacji do wytwarzania produktów o cechach transgenicznych (GMO).
Autorzy chcieliby podziękować wielu naukowcom z firmy Syngenta, którzy codziennie wspierają tę pracę i naszemu zespołowi. Szczególne uznanie należy się rodzinie i przyjaciołom, których często niewidoczne wsparcie ma kluczowe znaczenie dla dalszego sukcesu zespołu ds. testów przejściowych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| (2)β-merkaptoetanol | Sigma | M6250 | |
| Monohydrat kwasu 2-(N-morfolino)etanosulfonowego (MES) | Sigma | 69892 | |
| 50 ml probówki wirówkowe z płaską nasadką sterylne | Fisher | 22-010-064 | |
| 96 Well Optical Btm Plt PolymerBase z pokrywką Hodowla komórkowa Sterylna PS .4mL Well | Fisher | 12-566-70 | |
| Końcówki do robotów Axygen Biomek FX/NX, niesterylne, szerokootworowe | Fisher | 14-222-096 | |
| Axygen Robotic Tips Filtr 30uL, sterylny, stojakowy | Fisher | 14-222-103 | |
| Bel-Art SP Scienceware Lab Companion Okrągłe filtratory próżniowe | Fisher | 08-648-10 | |
| Bemis 2 IN. X 250 Ft. Roll Laboratoryjny Parafilm | Fisher | 13-374-16 | |
| Biomek FXP | Beckman Coulter | 902508 | |
| Dwuwodny chlorek wapnia | Sigma | C5080 | |
| Chemglass Jednorazowy hemocytometr nauk przyrodniczych | Fisher | 50-131-1352 | |
| Wybielacz bakteriobójczy Clorox, skoncentrowana | |||
| Corning Microplate | Fisher | 07-200-684 | |
| Corning 96-dołkowe bloki testowe, 2 mL, standard 96 dołków | Fisher | 07-200-701 | |
| DL-Ditiothreitol (DTT) | Sigma | 10197777001 | |
| D-Mannitol | Sigma | M9546 | |
| Fisherbrand 60 ml plastikowa strzykawka | Fisher | 14-955-461 | |
| Fisherbrand Sterylne sitko komórkowe 40um | Fisher | 22-363-547 | |
| Fisherbrand Szalki Petriego z przezroczystą pokrywką, Możliwość układania w stosy, 100 mm x 25 mm, Etui 325 | Fisher | FB0875711 | |
| Sześciowodny chlorek magnezu | Fisher | M2670 | |
| Jednostka filtrująca napędzana strzykawką Millex Sterylna 33mm PES .22um | Fisher | SLGPR33RS | |
| filtrująca napędzana strzykawką Millex Sterylna 33mm PVDF.45um | Fisher | SLHAR33SS | |
| MillliporeSigma Steriflip Sterylne jednorazowe filtry próżniowe 50 ml PES | Fisher | SCGP00525 | |
| Poli(glikol etylenowy) 4000 | Sigma | 81240 | |
| Wtyczka uziemienia Redi-Earth i Mieszanka sadzonek | Wyatt Quarles | GP92747 | |
| Regularna maszynka do golenia z pojedynczą krawędzią stalowy tył .009RD | Fisher | 12-640 | |
| Research Products International Corp Cellulase RS | Fisher | 50-213-232 | |
| Research Products International Corp Macerozyme R-10 | Fisher | 50-213-444 | |
| Chlorek sodu | Sigma | S7653 | |
| Wkładka do tacy - 36 ogniw - zagnieżdżona 6x6 | Hummert | 11635000 | |
| Tween-20 | Pompa próżniowa Sigma | P1379 | |
| VACUUBRAND ME1, 100-120V, 50/60 Hz, wtyczka amerykańska | VWR | 97058-164 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten artykuł został opublikowany
Film wkrótce dostępny