Apresentamos um protocolo simples, eficaz e reprodutível para a transformação mediada por Agrobacterium em Phytophthora palmivora, que também é aplicável a P. capsici.
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Apresentamos um protocolo simples, eficaz e reprodutível para a transformação mediada por Agrobacterium em Phytophthora palmivora, que também é aplicável a P. capsici.
Phytophthora é um gênero de oomicetos que contém numerosos patógenos vegetais destrutivos, entre os quais está a espécie de amplo espectro P. palmivora. A genômica funcional da Phytophthora tem sido limitada pela disponibilidade limitada de métodos de transformação robustos e fáceis de implementar. Entre as abordagens disponíveis, a transformação mediada por Agrobacterium (AMT) é particularmente atraente porque requer equipamentos especializados mínimos e frequentemente produz transformantes estáveis com inserções gênicas de cópia única. A maioria dos protocolos de AMT para transformação fúngica e oomiceta utiliza sais de meio mínimo (MM) em meios de indução e co-cultivo por Agrobacterium . Preparar esses meios normalmente envolve a produção e mistura de múltiplas soluções de estoque, algumas contendo diversos componentes em diferentes concentrações. O processo é demorado e propenso a erros, levando a um sucesso inconsistente na transformação. Aqui, apresentamos um protocolo AMT simplificado, simples e reproduzível para P. palmivora que utiliza meio basal Murashige e Skoog (MS) comercialmente disponível para preparar o meio de indução e co-cultivo do Agrobacterium . Esse protocolo também foi aplicado com sucesso para transformar P. capsici e pode ser aplicado a outras espécies de Phytophthora também.
Phytophthora, um gênero de oomicetos, inclui muitos dos patógenos vegetais mais destrutivos do mundo, responsáveis por perdas econômicasseveras 1,2. Entre elas, Phytophthora palmivora é um patógeno de amplo espectro de hospedeiros que infecta muitas culturas economicamente importantes, incluindo cacau emamão 3. É o agente causal mais difundido da podridão da vagem-negra no cacau, uma árvore perene tropical que produz o principal componente da indústria multibilionária do chocolate. Compreender os mecanismos de patogenicidade molecular desse patógeno destrutivo é fundamental para projetar estratégias novas e eficazes de controle de doenças, e a transformação genética é uma ferramenta essencial para viabilizar tais investigações.
Vários métodos foram desenvolvidos para transformar Phytophthora spp., incluindo bombardeio demicroprojéteis 7, transformação de protoplastos mediada por polietilenoglicol e dicloro-cálcio (PEG/CaCl 2) 8,9,10,11, eletroporação de zoósporos 12,13,14 e transformação mediada por agrobactéria (AMT)15.16. Entre essas abordagens, a AMT oferece vantagens importantes, pois normalmente gera integração gênica de cópiaúnica 15,16 e é relativamente fácil de realizar sem a necessidade de equipamentos especializados.
Um protocolo para transformação eficiente de P. palmivora usando AMT já foi desenvolvidoanteriormente 16. Com esse método, transformamos com sucesso P. palmivora com múltiplos construtos17,18. Esse método utiliza meio de indução e co-cultivo de Agrobacterium à base de meio mínimo (MM), que são comumente usados para transformação fúngica e de oomicetos 15,16,19. Embora o protocolo de transformação baseado em MM tenha se mostrado eficaz na geração de transformadores, preparar múltiplas soluções padrão e combiná-las para criar mídia pode ser uma tarefa que consome tempo e é propensa a erros.
Aqui, apresentamos um método muito simplificado para o AMT de P. palmivora, utilizando meio basal comercial Murashige e Skoog (MS) para substituir os componentes do meio à base de sal MM no meio de indução e co-cultivoAgrobacterium 16. Esse método elimina a necessidade de preparar múltiplas soluções químicas de stock, tornando o processo menos demorado e altamente reproduzível. Além disso, essa abordagem parece gerar maior eficiência de transformação em comparação com o método16 descrito anteriormente, e também é aplicável a P. capsici.
1. Preparação de soluções de estoque, meios e outros materiais necessários para a transformação
2. Cultivo de P. palmivora
3. Preparação de Agrobacterium tumefaciens
4. Liberação dos zoósporos
5. Co-incubação de Agrobacterium e zoósporos
6. Seleção de transformadores resistentes a G418
Seguindo esse protocolo, realizamos dois experimentos independentes para transformar P. palmivora usando A. tumefaciens EHA105 portando pCB301TOR-GFP16. Como esperado, a co-incubação de zoósporos com Agrobacterium resultou em colônias resistentes a G418 em placas de ágar Plich suplementadas com 30 μg/mL de G418, enquanto nenhuma colônia foi observada em placas controle sem infecção por Agrobacterium (Figura 1A). O número de transformantes resistentes a G418 por 107 zoósporos produzidos a partir desses dois experimentos foi 55 e 50, respectivamente (Tabela 1), o que é quase o dobro do maior número (27 ± 5) anteriormente obtido usando o protocolo16 anterior.
Transformadores verdadeiros foram verificados por dois métodos: primeiro, a observação da fluorescência da GFP usando um microscópio de fluorescência, e segundo, a amplificação por PCR de um fragmento de 550 bp do gene EGFP usando Taq 2X Master Mix (NEB) com o par de primers EGFP-F2 (5'- GACGTAAACGGCCACAAGTTC-3') e EGFP-R2 (5'-GGGTGCTCAGGTAGTGGTTG-3'). No experimento (Exp) 1, 15 dos 18 transformadores resistentes ao G418, e no Exp 2, 17 dos 21 transformantes apresentaram fluorescência GFP (Tabela 1, Figura 1B). Para os sete transformadores resistentes a G418 que não apresentaram fluorescência em ambos os experimentos, três foram confirmados como verdadeiros transformantes por PCR (Figura 1C). No total, a taxa de verdadeiros transformadores foi estimada em 90%.
Além disso, também conseguimos transformar com sucesso um isolado de abóbora P. capsici , PC2024-14sz, usando A. tumefaciens EHA105 portando pCB301TOR-GFP, seguindo o protocolo com uma pequena modificação na preparação das suspensões de zósporos (o período de incubação a 4 °C após inundar uma placa de P. capsici com 7 dias com água pré-resfriada foi estendido para 30 minutos). O número de transformadores resistentes a G418 (30 μg/mL) por 107 de um único experimento foi 13. Nove transformantes foram observados sob um microscópio de fluorescência, e todos produziram fluorescência (Arquivo Suplementar 1), sugerindo que são verdadeiros transformantes.

Figura 1: Transformação de P. palmivora usando A. tumefaciens EHA105 portadora de pCB301TOR-GFP. (A) Aparição de transformantes resistentes a G418 de P. palmivora em ágar de Plich suplementado com 30 μg/mL de G418. (B) Detecção da expressão de GFP sob microscópio de fluorescência em uma cepa representativa de transformante e P. palmivora wild-type (WT). As imagens foram tiradas tanto em canais de fluorescência de campo claro (BF) quanto GFP. (C) Amplificação por PCR de EGFP a partir de quatro transformantes com fluorescência detectável de GFP e sete sem fluorescência de GFP. O par universal de primers ITS4/ITS520 foi usado para amplificar a região interna do espaçador transcrito (ITS) para verificar a integridade do DNA. Transformantes sem fluorescência GFP são destacados em texto em negrito e sublinhado. Abreviações: M = NEB 100 pb escada de DNA; WT = isolado P1 do tipo selvagem P. palmivora ; N = PCR de controle negativo usando H2O como modelo. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.
| Experimento | OD600 de Agrobacterium | Concentração de zoósporos (/mL) | Volume do zoósporo (mL) | Número de transformantes resistentes a G418 | Número de transformadores com sinal GFP detectável (Detectado / Observado) | Número de transformantes resistentes a G418/ 107 zoósporos |
| 1 | 0.4 | 1,8 x 106 | 4.3 | 43 | 15/18 | 55 |
| 2 | 0.4 | 2,9 x 106 | 4.6 | 67 | 17/21 | 50 |
Tabela 1: Eficiência da transformação mediada por agrobactérias de P. palmivora usando A. tumefaciens EHA105 portando pCB301TOR-GFP.
Arquivo Suplementar 1: Expressão de GFP sob microscópio de fluorescência em P. capsici do tipo selvagem (WT ) e um transformador representativo gerado usando A. tumefaciens EHA105 portando pCB301TOR-GFP. As imagens foram tiradas tanto em canais de fluorescência de campo claro (BF) quanto GFP. Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.
Este protocolo utiliza meio basal Murashige e Skoog de meia concentração (1/2 MS) para substituir componentes de sais de meio mínimo (MM) que são comumente usados em meios de indução e co-cultivo por Agrobacterium para transformação de oomicetos e fungos. Preparar meios à base de sal MM requer a produção de múltiplas soluções de stock a partir de diversos produtos químicos individuais e depois combinar essassoluções 19. 1/2 MS também contém muitos componentes químicos; no entanto, como o MS está amplamente disponível comercialmente como pó pré-misturado, a preparação do médio é simplificada para dissolver o pó em água. Essa modificação reduz significativamente o tempo de preparação da mídia e minimiza o potencial de erro humano. Além disso, o protocolo melhora a eficiência da transformação, gerando um número maior de transformadores em comparação com o métodoAMT 16 descrito anteriormente. Também é eficaz para transformar P. capsici e provavelmente aplicável a outras espécies de Phytophthora . Reforçando ainda mais sua potencial de aplicabilidade mais ampla, o meio à base de esclerose múltipla já foi usado anteriormente para co-cultivar cepas de Agrobacterium tumefaciens expressando AtVIP1 (proteína interagente VirE2 de Arabidopsis thaliana 1) e zoósporos de P. infestans , possibilitando a transformação bem-sucedida de P. infestans21.
É importante notar que esse protocolo pode gerar uma baixa porcentagem de falsos positivos. Entre 39 transformadores resistentes a G418 testados por observação de fluorescência com GFP ou PCR, quatro não apresentaram nem fluorescência nem amplificação de EGFP (Tabela 1, Figura 1C). Como a integração parcial do T-DNA durante a transformação mediada por Agrobacterium não é incomum22,23, é possível que apenas a porção do T-DNA contendo o gene NPTII do plasmídeo pCB301TOR-GFP16 tenha sido integrada ao genoma de P. palmivora. Alternativamente, os falsos positivos podem resultar de contato insuficiente entre a membrana e o meio seletivo, permitindo a fuga da seleção G418. Garantir que a membrana permaneça em contato total com o meio (passo 6.2) é, portanto, essencial.
Esse protocolo pode ser ainda mais simplificado. Por exemplo, o MES em meio indutivo Agrobacterium (AIM) e ágar de co-cultivo Agrobacterium-zoósporo (AZCA) pode potencialmente ser omitido. O MES é comumente usado como agente tampão em experimentos de bioquímica e biologia molecular para manter um pH estável; no entanto, preparar uma solução MES de 1 M em pH 5,6 leva tempo suficiente e aumenta o custo. Em AMT de plantas, como manjericãodoce 24 e mamão25, foram usados meios semelhantes de indução e co-cultivo de Agobacterium à base de EM, sem MES, sugerindo que o MES pode não ser essencial para a transformação de P. palmivora . Experimentos adicionais são necessários para confirmar que a omissão do MES não compromete a eficiência da transformação.
No geral, esse protocolo simplificado oferece uma plataforma prática e acessível para manipulação genética rotineira de P. palmivora, P. capsici e, potencialmente, outros oomicetos. Ele apoia uma ampla gama de estudos fundamentais, alguns com potencial translacional, incluindo marcação fluorescente de patógenos para acompanhar a dinâmica da infecção, marcação de proteínas para examinar a localização subcelular e análises funcionais por meio de mudanças direcionadas na expressão gênica ou sequências codificantes de proteínas. Quando combinado com a edição genômica baseada em CRISPR, espera-se que o protocolo acelere a dissecação dos mecanismos de patogenicidade e a identificação dos principais fatores de virulência nesses patógenos destrutivos. Os insights resultantes, por sua vez, permitirão o desenvolvimento de novas estratégias de controle de doenças baseadas em mecanismos.
Os autores não declaram conflitos de interesse.
O estudo é apoiado pela National Science Foundation (Prêmio NSF nº 2418799) e pelo Instituto Nacional de Alimentação e Agricultura (Prêmio NIFA nº 2023-67013-42262).
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Tubos de microcentrífuga de 1,5 mL | VWR | 525-1126 | |
| 4'-Hidroxi-3',5' dimetoxiacetofenona | TCI | D2666 | Acetosiringona (AS) |
| Tubo de 50 mL | Greiner Bio-one | 227261 | |
| Etanol Absoluto | Biorreagentes Fisher | BP28184 | |
| Agar | Biorreagentes Fisher | BP1423-500 | |
| Papel alumínio | |||
| Membrana Hybond-N+ (30 cm e vezes 3 m) | Cytiva | RPN303B | |
| Carbonato de cálcio | Sigma-Aldrich | 239216-500G | CaCO3 |
| Cefotaxima sal de sódio | Termo-Química Científica | AAJ6269006 | |
| D-(+)-glicose | Sigma-Aldrich | G8270-1KG | |
| Kit Microbiano DNeasy PowerLyzer | Qiagen | 12255-50 | |
| Pinças | |||
| Microscópio de fluorescência | Zeiss | Microscópio de fluorescência ZEISS Axioscope 5 com conjunto de filtro 38 HE | |
| G418 sulfato | Termo-Química Científica | AC329400010 | |
| Glicerol | Sigma-Aldrich | 911046-1L | |
| Hemacitômetro (Linha Brilhante) | Hausser Scientific | ||
| Sulfato de kanamicina | Santa Cruz Biotecnologia | SC-257635 | |
| L-Asparagina anidro | MP Biomédicos | ICN10079425 | |
| LB Broth, Miller | Biorreagentes Fisher | BP1426-2 | |
| Sulfato de magnésio heptahidratado | Sigma-Aldrich | 63138-250G | MgSO4· 7H2O |
| MES Hydrate | Sigma-Aldrich | M2933-100G | |
| Médio Basal Murashige e Skoog | Sigma-Aldrich | M5519-50L | |
| Placa de Petri (100 mm x 15 mm) | VWR | 25384-342 | |
| Dihidrofosfato de potássio | Sigma-Aldrich | 1370391000 | KH2PO4 |
| Rifampicina | Santa Cruz Biotecnologia | SC-200910 | |
| Taq 2X Master Mix | NEB | M0270L | |
| Cloridrato de tiamina | Sigma-Aldrich | T4625-5G | |
| Espectrofotômetro UV-Visível | Fisher Scientific | 14-385-355 | |
| V8 Original 100% Suco de Vegetais | Companhia de Sopas Campbell | ||
| Vórtice | Fisher Scientific | 14-955-163 | |
| Água | Grau de Biologia Molecular, purificado usando o sistema de purificação de água Mill-Q | ||
| Extrato de Levedura | ACROS | 611805000 | Atualmente disponível pela Thermo Scientific Chemicals |
| β-Sitosterol | Sigma-Aldrich | 85451-100G |
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