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Necessidades de nutrientes para o crescimento das plantas. O uso de meio hidropônico crescimento da planta (lã de rocha) e solução nutritiva garante uniformidade de N. crescimento benthamiana e elimina as complexidades (mecânica, regulamentar e eficiência) associados ao uso do solo para o cultivo da planta. Nós crescemos N. benthamiana em lã de vidro embebidas em fertilizantes disponíveis no mercado para determinar as condições ótimas para o crescimento da planta e acúmulo de biomassa. Observou-se a germinação de sementes de 95-100%. Note-se que a inclusão de fósforo é fundamental para alcançar a germinação, porque descobrimos que solução nutritiva sem fósforo não conseguiu suportar a germinação e crescimento de N. sementes benthamiana (Figura 1A).
Efeitos do crescimento Agrobacterium e mídia infiltração na produção de saúde e proteína vegetal. Nós testamos várias condições de mídia para otimizar a eficiência de tele agroinfiltration técnica para produção em larga escala. As bactérias (estirpe GV3101 de A. tumefaciens) que albergam o construto pBID4-GFP foram cultivadas S / N em diferentes meios de cultura (YEB, LB ou AB), e quer centrifugadas e re-suspensas em meio de indução (MMA) (contendo 1 × Murashige & Skoog [MS] Mistura de sal basal, 10 mM MES pH 5,6, 20 g / L de sacarose e 200 ^ M de acetosiringona), ou diluído em água Milli-Q a A 600 de 0,5 antes de o utilizar para a planta de infiltração. Observou-se que a infiltração de vácuo de plantas com bactérias diluídos em água resultou em produção de proteína comparáveis aos obtidos com qualquer mídia infiltração em relatórios anteriores 42,48. Em contraste, a infiltração com Agrobacterium não diluído crescido em YEB ou mídia LB resultou na murcha completa de N. benthamiana sai em menos de 24 horas pós-infiltração, enquanto Agrobacteria não diluídas cultivadas em meio AB não teve efeito sobre a saúde das plantas infiltrados (datum não mostrado). Como ilustrado na Figura 1B, as plantas infiltrada com culturas de Agrobacterium cultivadas em YEB, LB ou AB mídia e diluiu-se com água Milli-Q (1:5, A 600 de 0.6-0.8, ou 1:10, A 600 de 0,3-0,4) mostrou sem sintomas e exibiram uma produção média de GFP de 1645, 1520 e 1839, respectivamente. Agrobacteria centrifugadas e re-suspensas em meio de indução (MMA) não apresentaram sintomas e não houve diferença significativa em comparação com a produção de proteínas Agrobacteria directamente diluído em água Milli-Q ( 1671 ± 102 e 1667 ± 131 mg / kg, respectivamente). Portanto, a água Milli-Q é recomendado para diluir as culturas de Agrobacterium para plantas infiltração e foi utilizada rotineiramente em nossas experiências subsequentes para atingir um A 600 de 0,5.
Efeitos da densidade de células em suspensão de Agrobacterium e naturalmente o tempo de expressão do alvo. Nós seguida examinou-se a densidade celular bacterianaafecta a eficiência da infiltração e os níveis de expressão do alvo. Para esta finalidade, foi avaliada quatro densidades diferentes de células em suspensão de Agrobacterium transportando pBID4-GFP, A 600 de 1,0, 0,5, 0,1 e 0,05. Seguindo infiltração, N. plantas benthamiana foram monitorados para o desenvolvimento de sintomas visíveis e curso de tempo de expressão alvo através da recolha de amostras a 4, 7 e 10 dpi. Às 4 dpi, observou-se diferenças notáveis em GFP fluorescência entre plantas infiltrados com diferentes densidades de células em suspensão de Agrobacterium (sem expressão GFP foi observada em 600 de 0,05). Aos 7 dpi, fluorescência da GFP era semelhante em plantas infiltradas em densidades de suspensão de células de A 600 1.0, 0.5 e 0.1, mas foi inferior nas plantas infiltradas em um A 600 de 0,05. Como mostrado na Figura 1C, estes dados foram confirmados por Western blot análises de amostras coletadas em 4 dpi, mostrando a produção muito baixa proteína no A 600 600 de 1,0 (1,739 mg / kg). Aos 7 dpi, as plantas não apresentaram diferenças significativas em produção estimada GFP em A 600 de 1,0, 0,5 e 0,1 (1.662, 1.870 e 1.890, respectivamente), enquanto que um 600 de 0,05 apresentaram menor produção de GFP (1.199 mg / kg). Em contraste, em 10 dpi não foram observadas diferenças na produção de GFP entre plantas infiltrados com qualquer um dos quatro densidades de suspensão celular (1.218, 1.181, 1.197 e 1.304).
Infiltração com estirpes alternativas de Agrobacterium. Para aumentar a diversidade de estirpes de Agrobacterium disponíveis para a produção de proteína transiente, testámos de tipo selvagem isolados. Essas cepas, isoladas da coroa-fel de hospedeiros naturais, foram gentilmente cedidas pelo Dr. Gelvin (Universidade Purdue, West Lafayette, Indiana). Para examinar a sua utilidade na produção de proteína transitória, que se infiltrou N. benthamiana com as seguintes estirpes carrying pBID4-LicKM 18: A. rhizogenes (A4) e A. tumefaciens do tipo selvagem Nester estirpes A348, A208, e A281 (chamado AT6, AT10, At77 e, respectivamente), bem como as estirpes de laboratório de engenharia de A. tumefaciens GV3101, C58C1, e LBA4404. As folhas foram infiltradas recolhidas aos 7 ppp e o nível de expressão LicKM foi estimada pelo ensaio de mancha de Western. Como mostrado na Figura 2A, o maior nível de produção LicKM pode ser alcançado com as estirpes GV3101, A4 e LBA4404 (~ 1750 ± 163, 1650 ± 26 e 117 ± 1,450 mg / kg, respectivamente), com ligeiras diferenças; o nível mais baixo de expressão (~ 900 ± 102 mg / kg) com C58C1; e a produção de intermediários com AT6, AT10 e At77 (~ 1250 ± 19, 1100 ± 42 e 111 ± 1,200 mg / kg, respectivamente). A actividade enzimática liquenase foi demonstrada utilizando o ensaio de zimograma. Figura 2B mostra que a liquenase produzidos em tecidos de plantas infiltradas usando qualquer um dosCepas Agrobacterium foi enzimaticamente ativa. Deve-se notar também que as plantas de N. benthamiana infiltrados com cepas A4 e At77 apresentaram sintomas patológicos (nanismo, alongamento pecíolo e ondulação, e folha de frisar), enquanto com AT10 esticar os sintomas foram leves. Sem sintomas foram observados em plantas de N. benthamiana infiltrados com cepa de laboratório GV3101 (Figura 2C).
Infiltração de espécies alternativas Nicotiana. Foram comparadas as taxas de geração de biomassa e produção de proteínas em duas espécies do tipo selvagem do gênero Nicotiana (N. benthamiana e N. excelsior) e em uma espécie híbrida, N. excelsiana (N. benthamiana × N. Excelsior). Das espécies testadas, N. benthamiana, um hospedeiro utilizado para a produção da proteína transiente utilizando sistemas de expressão baseados em Agrobacterium ou baseados em viral 2,34,49, chega a prontidão infiltração dentro de 4-5 semanas de germinação. O período de crescimento necessário para gerar o nível ótimo de biomassa também é 4-5 semanas para N. excelsiana mas é mais longo (6-7 semanas) para N. Excelsior. Além disso, os entrenós da planta são relativamente curtos para N. Excelsior em comparação com outras espécies de Nicotiana.
Além disso, observou-se que a infiltração de vácuo de N. benthamiana e N. excelsiana em 50-250 mbar por 60 seg é altamente eficiente para agroinfiltration de folhas inteiras, enquanto N. aparas de madeira é difícil infiltrar devido às suas copas e couro inferiores folhas, mesmo quando o vácuo foi aplicado três vezes, durante 1 minuto cada, na presença de agentes tensioactivos não-iónicos, tais como Sillwet-77 ou S240. Além disso, a taxa de germinação de N. excelsiana e N. sementes Excelsior foi de ~ 40-50%; , a fim de aumentar a taxa de germinação de 90-100%, as sementes devem ser tratadas com 10% bleach por 1 hora antes da semeadura. Sob as mesmas condições de crescimento, a folha mais elevada de biomassa que pode ser gerada a partir de N. excelsiana é aproximadamente duas vezes mais elevada em comparação com a N. benthamiana (Tabela 1).
A produção da proteína foi analisada em N. benthamiana, N. Excelsior e N. excelsiana infiltrada com o GV3101 tensão Agrobacterium abrigar pBID4-GFP. Acumulação GFP foi avaliada em 7 dpi em folhas infiltradas inteiros usando a luz UV seguido por análise de Western blot. Figura 3A mostra uma distribuição uniforme da GFP em N. benthamiana e N. excelsiana e distribuição desigual em N. Excelsior (devido a uma dificuldade de se infiltrar em uma área folha inteira de N. Excelsior). Figura 3B mostra o nível de produção de GFP estimado pela iluminação de luz UV em folhas infiltradas recolhidos das três espécies de Nicotiana em 7 dpi. A acumulação GFPnível mento foi maior em N. benthamiana (~ 2,23 g / kg) do que no N. excelsiana e N. Excelsior (~ 1,89 e 1,54 g / kg, respectivamente). O baixo nível de produção de proteína em N. Excelsior é devido à infiltração e distribuição de GFP acumulado na folha coletada desigual.
Observou-se que as folhas superiores diretamente expostas à luz muitas vezes apresentam os primeiros e os mais altos níveis de acumulação GFP transitório (a 2-4 dpi) do que folhas sob o dossel. No entanto, em nossos estudos, o acúmulo de GFP foi a maior em 7 dpi e foi distribuído uniformemente em toda a maioria das folhas, exceto em folhas não infiltrados recém crescentes que mostram nenhuma acumulação GFP.
Efeitos da pressão de vácuo e duração sobre a produção de proteína transitória. Vácuo infiltração aumenta significativamente os níveis de expressão transiente, comparando a pressão aplicada por injeção mão com uma seringa sem agulha 42. A aplicação de umvácuo provoca gases para evacuar de planta através dos estômatos das folhas submersas. Quando o vácuo é quebrado e a pressão aumenta rapidamente, a suspensão de Agrobacterium é conduzida em folhas para substituir os gases evacuados 50.
Para testar o efeito da pressão de vácuo sobre as folhas de N. benthamiana, infiltra-se as plantas com o GV3101 tensão Agrobacterium abrigar pBID4-GFP sob diferentes pressões de vácuo (50-400 mbar) para 30 ou 60 seg. Demonstrou-se que o vácuo forte (abaixo de 50 mbar), aplicada durante 30 ou 60 sec resultados em dano mecânico de folhas infiltradas, levando a murchidão tecido e morte da planta logo após infiltração (24-48 h). Por outro lado, a aplicação do vácuo mais suave (400 mbar) resulta em infiltração de apenas 50% da superfície da folha e uma diminuição do nível de produção de GFP (303 ± 90 mg / kg) (Figura 4A). É importante ressaltar que não observamos diferenças na produção de GFP em 50, 100 e 200 mbar (1.651 ± 107, 1688 ± 40, 1594 ± 26 mg / kg, respectivamente) (Figura 4A) e leve a não, impactos negativos para a saúde das plantas, quando pressões de vácuo 50-200 mbar foram aplicadas por 30 ou 60 seg. Portanto, 50-100 mbar de pressão de vácuo é recomendada para ensaios de infiltração.
O efeito da duração do vácuo na expressão do alvo foi avaliada por infiltração de um plano de N. plantas benthamiana cada hora com um A 600 de 0,5 de GV3101 abrigando pBID4 -. GFP durante 8 horas na mesma cultura de Agrobacterium A Figura 4B mostra que o nível de produção de GFP foi semelhante de todos os tempos de pontos até 8 horas, sugerindo que, ao longo desta período de tempo que o Agrobacterium mantém a sua capacidade para iniciar um ADN de cadeia simples.
Efeito da indução química na produção de proteína. Certos metabólitos planta fenólicos e açúcares pode indgenes de virulência uce de A. tumefaciens 1,52. Como consequência, muitos produtos químicos e monosaccharaides têm sido relatados para aumentar a produção de proteína transiente em várias espécies de plantas. Acetosiringona é mais frequentemente adicionados a culturas de A. tumefaciens para induzir o operon vir antes agroinfiltration 40,53-57.
Nós avaliamos o efeito de diferentes concentrações de acetoseringona (0, 100, 200 e 400 mm) e glicose (0-4%) na produção de proteína GFP transitória em N. benthamiana infiltrada com o GV3101 tensão Agrobacterium abrigar pBID4 - GFP. Para este fim, nós re-suspenso células Agrobacterium no MMA mídia indução contendo diferentes concentrações de acetoseringona e glicose para 1-3 horas antes da infiltração. De acordo com os resultados de ambos observação visual (dados não mostrados) e análise Western blot (Figura 4C), nenhuma das concentrações testadasdestes compostos induziram um aumento significativo na fluorescência da GFP, ou a produção da proteína em comparação com o controlo que os meios de indução não continha acetosiringona ou glicose.
Efeito do co-a infiltração de um supressor de silenciamento de produção transiente de genes de GFP e HAC1 em N. benthamiana sai. Já foi demonstrado que a co-expressão de um supressor de silenciamento (p19 de tomate vírus enfezamento vermelho [TBSV]) interfere com silenciamento gênico pós-transcricional (PTGS), resultando em aumento da produção de proteínas repórter 34.
Nós avaliamos o efeito da co-infiltração de N. benthamiana com o vector de lançamento que transporta o gene repórter da GFP (pBID4-GFP) e p19. Antes de infiltração, um A 600 de 0,5 diluições de A. culturas tumefaciens GV3101 albergando pBID4-GFP e p19 foram respectivamente misturados a razões de 1:1, 2:1, 3:1 e 4:01. expressoião do supressor de silenciamento foi controlada pelo promotor da couve-flor 35S do vírus do mosaico. Tal como indicado pelos resultados de uma análise de Western blot em 7 dpi (Figura 5A), a presença de p19 não aumentar ou diminuir a produção de GFP na N. benthamiana, em qualquer proporção das duas suspensões de Agrobacterium.
Temos também comparou os efeitos de dois genes supressores de silenciamento viral - p23and p19 - na prevenção de PTGS para HAC1. As culturas de Agrobacterium portadoras do vector de lançamento pBID4-HAC1 (H1N1 A/CALIFORNIA/04/2009) e um dos dois plasmídeos supressores de silenciamento virais foram diluídas para um A 600 de 0,5, misturado a uma proporção de 4:1, respectivamente, e co-infiltrada em N. 4-5 semanas de idade benthamiana. Uma suspensão de R. tumefaciens transportando pBID4 - HAC1 sozinho foi infiltrado como controle. As amostras de folhas infiltradas foram recolhidos de 3 a 8 dpi. O experimento foi repeated três vezes e os níveis médios da expressão HAC1 determinado por análise de Western blot.
Como demonstrado na Figura 5B, a co-infiltração de N. benthamiana com p23 ou p19 resultou em (642 ± 157 e 764 ± 108 mg / kg, respectivamente) e um aumento na produção HAC1 comparado com o uso de qualquer supressor de silenciamento (cerca de 15-25%, respectivamente) em 6 dpi. Isto sugere que a p23 e p19 são eficientes em nosso sistema. No entanto, deve notar-se que a acumulação de HAC1 ocorreu um dia antes, quando pBID4-HAC1 foi co-infiltrada com p19. Por conseguinte, os nossos resultados demonstram que os efeitos do supressor p19 silenciamento em HAC1 e acumulação GFP são diferentes, sugerindo melhoria selectiva da expressão e / ou a estabilidade de algumas proteínas em N. transiente benthamiana.
Também foi observado que ambos na presença e na ausência de um supressor de silenciamento do nível da proteína prod HAC1ução começou a declinar em 7 dpi. Isso indica que o momento da queda da produção de proteína transitória em N. benthamiana infiltrada com o vetor de lançamento é específico do alvo.
O banco de células de Agrobacterium abrigando o vector de lançamento foi avaliada todos os anos para a estabilidade do gene alvo, a viabilidade de Agrobacterium e o nível de acumulação da proteína. O stock de glicerol do banco de células de estirpe GV3101 transformada com pBID4-HAC1 que foi armazenado a -80 ° C foi mostrado ser muito estável durante mais de três anos, sem alterações no nível de produção de proteína transiente em N. infiltrada plantas benthamiana. Figura 5C demonstra que a produção de proteína HAC1 estimado por Western Blot nos anos de 2010, 2011, 2012 e 2013 foi de 670, 685, 566 e 683 mg / kg, respectivamente. A produção média HAC1 em N. benthamiana plantas era 651 ± 49,4 mg / kg.
Tabela 1. Comparação de N. benthamiana e N. excelsiana planta de produção de biomassa. 
Figura 1. Análise por Western blot da expressão de gene transiente em N. benthamiana. (A) N. de seis semanas de idade benthamiana 1) plantas que crescem em uma solução de adubo que contenha 4,8% de fósforo e 2) plantas que crescem em uma solução de fertilizante que contém 0% de fósforo. Vinte e cinco mg de peso fresco equivalente folha foi carregado por pista. (B) Comparação da produção de GFP em plantas vácuo infiltrada com pBID4-GFP abrigar culturas Agrobacterium GV3101 cultivadas em três meios diferentes: YEB, AB e LB. Culturas cultivadas GV3101 S / N na YEB ou meio LB foram centrifugadas a baixa velocidade e re-suspensas em meio de indução (MMA) (pistas: MMA-1 e MMA-2, respectivamente), ou cultivadas S / N na YEB, LB ou media AB e diretamente diluído a 1:5 ou 1:10 com água Milli-Q (pistas: YEB / 5 e YEB/10; AB / 5 e AB/10; LB / 5 e LB/10) (C) comparação. de expressão da GFP em 4, 7 e 10 dpi seguintes infiltração por vácuo com diferentes concentrações de (A 600 de 1,0, 0,5, 0,1 e 0,05) de A. tumefaciens GV3101 tensão levando pBID4-GFP.

Figura 2. Comparação da produção liquenase transiente e actividade após infiltração por vácuo de N. plantas benthamiana com diferenalugar linhagens de Agrobacterium. culturas de cepas de Agrobacterium (GV3101, A4, At77, C58C1, AT6, AT10 e LBA4404) abrigando o vetor lançamento pBID4-LicKM foram infiltradas individualmente em folhas de N. benthamiana. Folhas infiltradas foram coletadas em sete dpi. (A) liquenase produção quantificados por Western Blot. (B) ensaio zimograma demonstrando produção liquenase através da atividade enzimática. (C) Efeito da Agrobacterium (tipo selvagem A4, AT10, At77 e tensão laboratório GV3101) infiltração em N. benthamiana fitossanitária às 7 dpi. Vinte e cinco mg de peso fresco equivalente folha foi carregado por pista.

Figura 3. Transiente a expressão da GFP em folhas de N. benthamiana, N. excelsiana e N. Excelsior em 7 dpi após a infiltração de vácuo com A. tumefaciens abrigar o lançamento vetor pBID4 - GFP. (A) O exame visual de expressão GFP sob luz UV. (B) análise de Western blot de acumulação de GFP.

Figura 4. (A) Efeitos da pressão de vácuo na expressão GFP transitória e fitossanidade. N. benthamiana plantas foram infiltradas com pBID4 -. GFP sob pressões de vácuo de 400, 200, 100 ou 50 mbar, no vácuo, tempo de retenção de 30 ou 60 seg (B) Estabilidade e infectividade de A. Agrobacterium em N. benthamiana infiltrada com GV3101 de Agrobacterium abrigando pBID4-GFP cultivadas em meio AB e diluiu-se para um A 600 de 0,5. Agroinfiltration foi realizada por infiltração de um plano de N. plantas benthamiana cada hora na mesma cultura diluída Agrobacterium (pistas 0-8). (C) Efeito de diferentes concentrações de acetossiringona e glicose em expressão transitória da GFP. A estirpe de Agrobacterium abrigando GV3101 pBID4 - GFP foi crescido S / N em meio YEB, centrifugadas e ressuspensas para um A 600 de 0,5, quer em MMA contendo 2% de glucose, com aceto-siringona, a 0, 100, 200 ou 400 | iM, ou, em MMA contendo 200 iM de acetosiringona com glicose a 0, 1, 2 ou 4%. As suspensões de Agrobacterium foram mantidas durante 3 horas à temperatura ambiente antes da infiltração.

Figura 5. Efeitos de silenciamento supressores sobre a produção da proteína transiente em N. benthamiana sai. (A) Análise Western blot da proteína GFP após co-infiltração de pBID4-GFP e p19 em diferentes proporções. As amostras recolhidas em 7 dpi (25 ug de peso fresco equivalente folha foi carregada por pista). (B) Uma cultura de Agrobacterium levando pBID4-HAC1 foi misturada individualmente, na proporção de 04:01, com uma cultura levando a p19 ou p23 supressor de silenciamento plasmídeos. As combinações resultantes de culturas de Agrobacterium foram infiltradas a vácuo em plantas. Tecidos infiltrados de HAC1 foram coletados diariamente até 8 dpi para a quantificação de proteínas recombinantes. (C) Estabilidade do banco de células de Agrobacterium. As plantas foram infiltradas com o mesmo lote de banco de células de Agrobacterium cada ano para avaliar a acumulação de proteínas. Cinquenta mg de peso fresco equivalente folha foi carregado por pista. Clique aqui para ver uma versão maior do thé figura.