A transfecção de protoplastos vegetais, a introdução de material genético estranho em células vegetais desprovidas de paredes celulares, é uma técnica fundamental e, no último meio século, abrange inúmeras espécies em apoio à pesquisa em biotecnologia vegetal. No entanto, a utilização desses métodos pode ser dolorosa e limitada em escopo, mesmo com milhões de protoplastos produzidos por isolamento. Os métodos tradicionais de transfecção de protoplastos vegetais são frequentemente trabalhosos, demorados, propensos à variabilidade e tecnicamente exigentes, levando a sistemas de nicho com baixa reprodutibilidade1. No entanto, o potencial introduzido pelas soluções automatizadas nos últimos anos ilumina a possibilidade de dar nova vida a essa técnica jovem de 60 anos 2,3. Com o potencial de automatizar etapas cruciais, mas repetitivas, como preparação de materiais, incubação de polietilenoglicol (PEG) e subsequente distribuição de reagentes de transfecção, os pesquisadores podem reduzir significativamente os requisitos de manuseio físico e outras fontes potenciais de erro humano4. Além disso, o controle preciso e a uniformidade oferecidos pelos sistemas automatizados de manuseio de líquidos garantem resultados de transfecção consistentes e reprodutíveis.
Embora o isolamento do protoplasto seja um processo meticuloso que envolve corte, digestão, incubação, filtração e centrifugação, a parte de transfecção desses protocolos é feita sob medida para manipuladores automatizados de líquidos. O procedimento para a maioria dos protocolos de transfecção de protoplastos é mediado por PEG, e misturar o protoplasto isolado na presença de PEG e DNA de plasmídeo purificado por um período especificado em uma concentração precisa (dependendo da espécie e do tecido) permite que essas células absorvam o DNA do plasmídeo5. Essa transfecção é seguida por uma série de etapas de lavagem, culminando em uma incubação noturna6. Após o período de incubação, se tudo foi projetado e entregue adequadamente, o experimento resulta na expressão do componente de interesse e/ou no potencial de avaliação de diferentes componentes regulatórios7. Todas as etapas de aspiração, dispensação e agitação/mistura associadas a este procedimento normalmente seriam tratadas por uma pipeta manual. A execução manual de tal protocolo, uma reação individual de cada vez, é trabalhosa e introduz variações desnecessárias entre as amostras, ao mesmo tempo em que limita a capacidade que pode ser avaliada a qualquer momento. Protocolos automatizados para manipulação de células de mamíferos ou insetos e síntese química na indústria farmacêutica estão em prática há vários anos 4,8,9. A utilização de protoplastos e protocolos envolvendo o manuseio automatizado de líquidos de materiais vegetais estão aumentando 10,11,12,13.
A adoção de protocolos automatizados de manuseio de líquidos para transfecção de protoplastos de plantas é uma grande promessa para aplicações de pesquisa. Os pesquisadores podem explorar bibliotecas genéticas maiores, rastrear funções genéticas específicas em um ritmo acelerado e investigar interações genéticas complexas relacionadas ao estresse das plantas de forma mais abrangente14. A escalabilidade de abordagens automatizadas utilizando cápsulas de 96 poços combinadas com triagem de fluorescência permite experimentação de alto rendimento e permite que os cientistas gerem rapidamente dados e insights que podem alimentar avanços na biotecnologia vegetal11. No entanto, com esse aumento na taxa de transferência, levando à geração de centenas, senão milhares de pontos de dados, deve haver um controle de qualidade adicional que leve em conta quaisquer fontes de erro que possam confundir os resultados15. Um elemento que foi identificado como um fator contribuinte em várias disciplinas científicas é o efeito de borda. Algumas estratégias mitigadoras sugerirão a melhor placa para usar ou preencher o espaço entre poços ou os poços mais externos com água para combater esse fenômeno16,17. No entanto, essas estratégias aumentam o tempo e, se um descartável específico não estiver disponível, a única opção é se contentar com menos ou adiar. Como alternativa, observar estratégias que levam em conta esse efeito por meio de um esquema de bloqueio não sacrifica a taxa de transferência ou o atraso na execução.
Este protocolo de protoplastos foliares de milho estiolado e seus dois métodos automatizados ilustrados na Figura 1 buscam abordar a variabilidade inerente aos experimentos de protoplastos automatizando várias porções do método canônico de protoplastos, a alocação de material de plasmídeo ao vaso usado para transfecção e a própria transfecção. Esses métodos são demonstrados para a plataforma de protoplastos foliares de milho estiolados, pois é uma plataforma de protoplastos bem caracterizada, simples e eficiente. Todas as etapas detalhadas são imediatamente acessíveis aos protocolos de transfecção de protoplastos, que utilizam soluções tampão semelhantes ou iguais. No entanto, atenção especial às características únicas do tecido e das espécies de origem de protoplastos deve ser considerada antes da adoção dessas técnicas. Essas melhorias por meio da automação simplificam a preparação de material para experimentos individuais e melhoram significativamente o rendimento, de uma a uma transfecção sequencial para 96 transfecções tratadas simultaneamente. Este trabalho também mostrará justificativa para a utilização de blocos incompletos casualizados para explicar o viés posicional da placa.