Name: Análise Unicelular da Expressão de Genes de Seringas de Pseudomonas syringae no Tecido Vegetal (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-10-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 35 s
Description: Aprenda análise unicelular da expressão gênica de Pseudomonas syringae no tecido vegetal usando citometria de fluxo. Este método otimizado minimiza a contaminação por detritos vegetais e é aplicável a diversos sistemas bactéria-planta.

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Este trabalho foi apoiado pelo Projeto Grant RTI2018-095069-B-I00 financiado pelo MCIN/AEI/10.13039/501100011033/ e pelo "ERDP A way of making Europe". O J.S.R. foi financiado pelo Plano Andaluz de Investigação, Desenvolvimento e Inovação (PAIDI 2020). N.L.P. foi financiado pelo Projeto Grant P18-RT-2398 do Plan Andaluz de Investigación, Desarrollo e Innovación.

1. Preparo das plantas
<ol><li>Prepare plantas de Arabidopsis Col-0 seguindo os passos abaixo.<ol><li>Encha um vaso de 10 cm de diâmetro com uma mistura de substrato vermiculita-planta 1:3 (ver Tabela de Materiais), previamente regado, e cubra o vaso com uma malha metálica de 15 cm x 15 cm com furos de 1,6 mm x 1,6 mm. Ajustar a malha metálica ao solo úmido com elástico (Figura 1A).</li>
		<li>Com um palito molhado, semeie sementes de Arabidopsis nos buracos da malha metálica. Coloque de três a quatro sementes em posições distantes dentro do vaso (Figura 1B, C).</li>
		<li>Cubra os vasos com uma cúpula de plástico para manter a umidade relativa alta e incube-os por 72 h a 4 °C para estratificação. OBS: A estratificação (incubação em alta umidade e baixa temperatura, conforme descrito) melhora a velocidade de germinação e sincronia das sementes.</li>
		<li>Transfira os vasos para uma câmara de crescimento de plantas em condições de dias curtos (8 h claro/16 h escuro a 21 °C, intensidade luminosa: 100 μmol·m−2·s−1, umidade relativa: 70%).</li>
		<li>Após a germinação das sementes (8-10 dias), utilizar a pinça para retirar a maior parte das plântulas, mantendo uma plântula em cada uma das posições do vaso (seis plântulas/vaso) (Figura 1D). Retire a cúpula de plástico para descobrir os potes. NOTA: As plantas estarão prontas para uso 4-5 semanas após a germinação.</li>
	</ol></li>
	<li>Preparar plantas de feijão Phaseolus vulgaris (cultivar Canadian Wonder).<ol><li>Cubra o fundo de uma placa de Petri com um pedaço de papel toalha molhado e coloque as sementes de feijão por cima. Selar a placa de Petri com fita cirúrgica e incubar a 28 °C por 3-4 dias (Figura 2A).</li>
		<li>Transfira as sementes germinadas para um vaso de 10 cm de diâmetro preenchido com uma mistura úmida de vermiculita e substrato vegetal 1:3.</li>
		<li>Incubar em uma câmara de crescimento de plantas em ambientes de dias longos (16 h claro/8 h escuro a 23 °C, intensidade de luz: 100 μmol·m−2·s−1, umidade relativa: 70%). OBS: As plantas estarão prontas para uso 10 dias após a germinação (Figura 2B).</li>
	</ol></li>
</ol>2. Inoculação de Arabidopsis e feijoeiro
OBS: Neste estudo, as cepas P. syringae pv. tomateiro DC3000 e P. syringae pv. phaseolicola 1448A.
<ol><li>Preparar o inóculo de P. syringae.<ol><li>Estirpe de P. syringae de interesse de um stock de glicerol de -80 °C para uma placa LB (10 g/L de triptona, 5 g/L de NaCl, 5 g/L de extracto de levedura e 16 g/L de ágar bacteriológico, ver Tabela de Materiais) suplementada com os antibióticos adequados. Incubar a 28 °C durante 40-48 h. NOTA: O uso de antibióticos é recomendado se a cepa de interesse carrega um plasmídeo ou um gene de resistência genômica. As concentrações recomendadas de antibióticos para P. syringae são as seguintes: canamicina (15 μg/mL), gentamicina (10 μg/mL), ampicilina (300 μg/mL) (ver Tabela de Materiais).</li>
		<li>Raspar a biomassa bacteriana e ressuspender em 5 mL de MgCl2 10 mM. Meça o OD600 e ajuste para 0,1 adicionando 10 mM MgCl2. NOTA: Um OD600 de 0,1 de uma cultura de P. syringae corresponde a 5 x 107 UFC·mL−1.</li>
		<li>Realizar diluições seriadas em 10 mM MgCl2 para atingir uma concentração final de inóculo de 5 x 105 UFC·mL−1. Preparar 200 mL de inóculo para as plantas de Arabidopsis e 50 mL para as plantas de feijão.</li>
		<li>Imediatamente antes da inoculação, adicionar o tensoativo Silwett L-77 (ver Tabela de Materiais) a uma concentração final de 0,02% para inoculação de feijão e 0,01% para Arabidopsis. Note que Silwett é um pouco prejudicial para o tecido Arabidopsis.</li>
	</ol></li>
	<li>Realizar infiltração a vácuo.<ol><li>Para a infiltração de Arabidopsis, colocar dois palitos de madeira formando um X sobre o vaso (Figura 1E) e colocá-lo virado para baixo sobre uma placa de Petri de 14 cm de diâmetro contendo o inóculo de 200 mL (Figura 1F).</li>
		<li>Para a inoculação das folhas de feijão, introduzir a folha em um tubo centrífugo cônico de 50 mL contendo o inóculo (Figura 2C).</li>
		<li>Inserir as plantas imersas na solução de inóculo em câmara de vácuo (Figura 1G e Figura 2D) e dar um pulso de 500 mbar por 30 s para infiltração das folhas. Repetir o pulso de vácuo 2-3 vezes até que a folha esteja completamente infiltrada (Figura 1H e Figura 2E).</li>
		<li>Escorra o excesso de solução de inóculo com um pedaço de papel e devolva as plantas à câmara de crescimento correspondente.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Extração de bactérias do apoplasto
<ol><li>Quatro dias após a inoculação, cortar a parte aérea da planta Arabidopsis ou a folha inoculada da planta de feijão e colocá-la em uma seringa de 20 mL sem agulha (Figura 2G). Para folhas de feijão, enrole a folha sobre si mesma, deixando a face abaxial para fora, como mostra a Figura 2F.</li>
	<li>Adicione volume suficiente de água destilada para cobrir o tecido (geralmente 10-15 mL).</li>
	<li>Insira o êmbolo e, com a seringa na posição vertical com a ponta apontada para cima, remova o excesso de ar e bolhas de ar dentro da seringa, batendo suavemente no barril até que todo o ar esteja localizado perto da ponta. Deslize então o êmbolo para retirar o ar. Quando houver o mínimo de ar possível dentro da seringa, cubra a ponta do barril da seringa com filme de parafina.</li>
	<li>Pressionar cuidadosamente o êmbolo para gerar pressão positiva até que o tecido fique mais escuro (Figura 1I e Figura 2H). Em seguida, truxe o êmbolo para gerar pressão negativa (Figura 1J e Figura 2I). Repita esta etapa de 3 a 5 vezes.</li>
	<li>Retirar o filme de parafina e o êmbolo e coletar o líquido contendo as bactérias extraídas do apoplasto, conforme Figura 2J.</li>
</ol>4. Análise unicelular das bactérias extraídas do apoplasto
<ol><li>Visualize por microscopia confocal seguindo os passos abaixo.<ol><li>Preparar uma solução de agarose a 1,5% em água destilada. Depois de derretido, adicione volume suficiente para preencher o espaço entre duas lâminas de microscopia colocadas lado a lado e coloque outra lâmina sobre ela (Figura 3). Deixe secar por 15 min e retire com cuidado a lâmina colocada na parte superior. Usando uma lâmina, corte a almofada de agarose em pedaços de 5 mm x 5 mm antes de usar.</li>
		<li>Paralelamente, centrifugar 1 mL da bactéria extraída do apoplasto a 12.000 x g por 1 min à temperatura ambiente, remover cuidadosamente o sobrenadante usando uma pipeta e ressuspender o pellet em 20 μL de água para concentrar as células. Coloque uma gota de 2 μL das células concentradas sobre uma lamínula de 0,17 mm e cubra a gota com um pedaço de 5 mm x 5 mm da almofada de agarose previamente obtida na etapa 1, conforme representado na Figura 3.</li>
		<li>Visualize a preparação bacteriana sob o microscópio confocal (ver Tabela de Materiais). Para identificar bactérias verde-fluorescentes, utilizar o laser de excitação a 488 nm e um filtro de emissão variando de 500 nm a 550 nm. Para identificar todas as bactérias, use o campo brilhante e mescle os dois campos.</li>
		<li>Processe as imagens confocais usando Fiji (consulte Tabela de Materiais). Para fazer isso, use o plugin MicrobeJ para identificar o contorno da célula bacteriana e medir a intensidade da fluorescência em seu interior. NOTA: A aquisição de imagens a partir de bactérias isoladas (não agrupadas) é recomendada para esta análise.</li>
	</ol></li>
	<li>Realizar análise por citometria de fluxo.<ol><li>Pegue uma alíquota das suspensões de bactérias extraídas do apoplasto para analisar usando o citômetro de fluxo. Adquira 100.000 eventos.</li>
		<li>Para discriminar entre bactérias e restos vegetais, analise o apoplasto extraído de uma planta não inoculada e compare o dot plot mostrando seu tamanho de célula de dispersão direta (FSC) versus tamanho de célula de dispersão lateral (SSC) com o da suspensão bacteriana extraída de apoplasto. Para identificar bactérias não fluorescentes, utilizar os apoplastos extraídos das plantas inoculadas com bactérias isogênicas não fluorescentes e comparar suas emissões fluorescentes.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Weigel, W. A., Dersch, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phenotypic+heterogeneity%3A+A+bacterial+virulence+strategy%5BTitle%5D)+AND+%22Microbes+and+Infection%22%5BJournal%5D)">Phenotypic heterogeneity: A bacterial virulence strategy.</a> Microbes and Infection. 20 (9-10), 570-577 (2018).</li>
<li>Hare, P. J., LaGree, T. J., Byrd, B. A., DeMarco, A. M., Mok, W. W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-cell+technologies+to+study+phenotypic+heterogeneity+and+bacterial+persisters%5BTitle%5D)+AND+%22Microorganisms%22%5BJournal%5D)">Single-cell technologies to study phenotypic heterogeneity and bacterial persisters.</a> Microorganisms. 9 (11), 2277(2021).</li>
<li>Mansfield, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Top+10+plant+pathogenic+bacteria+in+molecular+plant+pathology%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Plant+Pathology%22%5BJournal%5D)">Top 10 plant pathogenic bacteria in molecular plant pathology.</a> Molecular Plant Pathology. 13 (6), 614-629 (2012).</li>
<li>Morris, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+life+history+of+the+plant+pathogen+Pseudomonas+syringae+is+linked+to+the+water+cycle%5BTitle%5D)+AND+%22The+ISME+Journal%22%5BJournal%5D)">The life history of the plant pathogen Pseudomonas syringae is linked to the water cycle.</a> The ISME Journal. 2 (3), 321-334 (2008).</li>
<li>Rufián, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Confocal+microscopy+reveals+in+planta+dynamic+interactions+between+pathogenic%2C+avirulent+and+non-pathogenic+Pseudomonas+syringae+strains%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Plant+Pathology%22%5BJournal%5D)">Confocal microscopy reveals in planta dynamic interactions between pathogenic, avirulent and non-pathogenic Pseudomonas syringae strains.</a> Molecular Plant Pathology. 19 (3), 537-551 (2018).</li>
<li>Macho, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subversion+of+plant+cellular+functions+by+bacterial+type-III+effectors%3A+Beyond+suppression+of+immunity%5BTitle%5D)+AND+%22New+Phytologist%22%5BJournal%5D)">Subversion of plant cellular functions by bacterial type-III effectors: Beyond suppression of immunity.</a> New Phytologist. 210 (1), 51-57 (2016).</li>
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<li>Rufián, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generating+chromosome-located+transcriptional+fusions+to+fluorescent+proteins+for+single-cell+gene+expression+analysis+in+Pseudomonas+syringae%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Generating chromosome-located transcriptional fusions to fluorescent proteins for single-cell gene expression analysis in Pseudomonas syringae.</a> Methods in Molecular Biology. 1734, 183-199 (2018).</li>
<li>Rufian, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pseudomonas+syringae+differentiates+into+phenotypically+distinct+subpopulations+during+colonization+of+a+plant+host%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Pseudomonas syringae differentiates into phenotypically distinct subpopulations during colonization of a plant host.</a> Environmental Microbiology. 18 (10), 3593-3605 (2016).</li>
<li>Katagiri, F., Thilmony, R., He, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Arabidopsis+thaliana-Pseudomonas+syringae+interaction%5BTitle%5D)+AND+%22Arabidopsis+Book%22%5BJournal%5D)">The Arabidopsis thaliana-Pseudomonas syringae interaction.</a> Arabidopsis Book. 1, 0039(2002).</li>
<li>Fouts, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genomewide+identification+of+Pseudomonas+syringae+pv.+tomato+DC3000+promoters+controlled+by+the+HrpL+alternative+sigma+factor%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Genomewide identification of Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 promoters controlled by the HrpL alternative sigma factor.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (4), 2275-2280 (2002).</li>
<li>Huber, P. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHuber%2C+PJ+%22Robust+Statistics%22">Robust Statistics</a>. , Wiley. New York, NY. (1981).</li>
<li>Freed, N. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+screen+to+identify+promoters+conferring+high+levels+of+phenotypic+noise%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Genetics%22%5BJournal%5D)">A simple screen to identify promoters conferring high levels of phenotypic noise.</a> PLoS Genetics. 4 (12), 1000307(2008).</li>
<li>Hirano, S. S., Upper, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacteria+in+the+leaf+ecosystem+with+emphasis+on+Pseudomonas+syringae-a+pathogen%2C+ice+nucleus%2C+and+epiphyte%5BTitle%5D)+AND+%22Microbiology+and+Molecular+Biology+Reviews%22%5BJournal%5D)">Bacteria in the leaf ecosystem with emphasis on Pseudomonas syringae-a pathogen, ice nucleus, and epiphyte.</a> Microbiology and Molecular Biology Reviews. 64 (3), 624-653 (2000).</li>
<li>Lindeberg, M., Myers, C. R., Collmer, A., Schneider, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Roadmap+to+new+virulence+determinants+in+Pseudomonas+syringae%3A+Insights+from+comparative+genomics+and+genome+organization%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Plant+Microbe+Interactions%22%5BJournal%5D)">Roadmap to new virulence determinants in Pseudomonas syringae: Insights from comparative genomics and genome organization.</a> Molecular Plant Microbe Interactions. 21 (6), 685-700 (2008).</li>
<li>Liu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+leaf+infiltration+assay+for+fine+characterization+of+plant+defense+responses+using+the+Arabidopsis+thaliana-Pseudomonas+syringae+pathosystem%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Bacterial leaf infiltration assay for fine characterization of plant defense responses using the Arabidopsis thaliana-Pseudomonas syringae pathosystem.</a> Journal of Visualized Experiments. (104), e53364(2015).</li>
<li>O'Leary, B. M., Rico, A., McCraw, S., Fones, H. N., Preston, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+infiltration-centrifugation+technique+for+extraction+of+apoplastic+fluid+from+plant+leaves+using+Phaseolus+vulgaris+as+an+example%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">The infiltration-centrifugation technique for extraction of apoplastic fluid from plant leaves using Phaseolus vulgaris as an example.</a> Journal of Visualized Experiments. (94), e52113(2014).</li>
<li>Tornero, P., Dangl, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+high-throughput+method+for+quantifying+growth+of+phytopathogenic+bacteria+in+Arabidopsis+thaliana%5BTitle%5D)+AND+%22The+Plant+Journal%22%5BJournal%5D)">A high-throughput method for quantifying growth of phytopathogenic bacteria in Arabidopsis thaliana.</a> The Plant Journal. 28 (4), 475-481 (2001).</li>
</ol>

Os autores não têm nada a revelar.

O método aqui apresentado descreve um procedimento não invasivo que permite a infiltração de bactérias no tecido foliar da planta, permitindo a inoculação rápida de grandes volumes e minimizando a ruptura tecidual. Uma das características do complexo de espécies de P. syringae é a capacidade de sobreviver e proliferar no interior do apoplasto vegetal e na superfície da planta como epífita14. Assim, não se pode descartar a possibilidade de que as bactérias extraídas pelo presente protocolo...

Bactérias patogênicas apresentam diferenças em fenótipos diversos, dando origem à formação de subpopulações dentro de populações geneticamente idênticas. Esse fenômeno é conhecido como heterogeneidade fenotípica e tem sido proposto como estratégia de adaptação durante interações bactéria-hospedeiro1. Avanços recentes na resolução óptica de microscópios confocais, citometria de fluxo e microfluídica, combinados com proteínas fluorescentes, têm fomentado análises unicelulares de populações bacterianas2.
A Pseudomonas syringae Gram-negativa é uma bactéria fitopatogênica arquetípica devido à sua importância acadêmica e econômica3. O ciclo de vida de P. syringae está ligado ao ciclo da água4. A P. syringae adentra os espaços intercelulares entre as células do mesofilo, o apoplasto foliar da planta, através de aberturas naturais como estômatos ou feridas5. Uma vez dentro do apoplasto, P. syringae depende do sistema de secreção tipo III (T3SS) e dos efetores translocados tipo III (T3E) para suprimir a imunidade vegetal e manipular as funções celulares das plantas em benefício do patógeno6. A expressão de T3SS e T3E depende do regulador mestre HrpL, um fator sigma alternativo que se liga aos motivos hrp-box na região promotora dos genes alvo7. 
Ao gerar fusões transcricionais localizadas no cromossomo com genes de proteínas fluorescentes a jusante do gene de interesse, pode-se monitorar a expressão gênica com base nos níveis de fluorescência emitidos em nível de célula única8. Usando este método, estabeleceu-se que a expressão de hrpL é heterogênea tanto dentro de culturas bacterianas cultivadas em laboratório quanto dentro de populações bacterianas recuperadas do apoplasto vegetal 8,9. Embora a análise da expressão gênica em nível unicelular seja tipicamente realizada em culturas bacterianas cultivadas em meios de laboratório, tais análises também podem ser realizadas em populações bacterianas que crescem dentro da planta, fornecendo informações valiosas sobre a formação de subpopulações no contexto natural. Uma limitação potencial para a análise de populações bacterianas extraídas da planta é que os métodos clássicos de inoculação por infiltração por pressão de seringa no apoplasto, seguida de extração bacteriana por maceração do tecido foliar, tipicamente geram uma grande quantidade de restos celulares vegetais que interferem na análise a jusante10. A maioria dos debris celulares consiste em fragmentos autofluorescentes de cloroplastos que se sobrepõem à fluorescência da GFP, resultando em resultados enganosos.
O presente protocolo descreve o processo de análise da heterogeneidade da expressão gênica unicelular em dois fisiossistemas modelo: o formado por P. syringae pv. tomateiro cepa DC3000 e Arabidopsis thaliana (Col-0), e a outra pelo P. syringae pv. phaseolicola cepa 1448A e plantas de feijão (cultivar Phaseolus vulgaris Canadian Wonder). Um método de inoculação é proposto baseado na infiltração a vácuo usando uma câmara de vácuo e uma bomba, resultando em um método rápido e livre de danos para infiltração de folhas inteiras. Além disso, como um aprimoramento dos protocolos convencionais, um método mais suave é usado para extrair a população bacteriana do apoplasto que reduz significativamente a ruptura tecidual, baseado na extração de fluido apoplástico através da aplicação de ciclos de pressão positiva e negativa usando uma pequena quantidade de volume dentro de uma seringa.

<table><tbody><tr>lamínula <td></td><td></td><td>de 0,17 mm</td><td>Sem requisitos especiais</td></tr><tr><td>Malha metálica de 1,6 x 1,6 mm</td><td>Buzifu</td><td></td><td>Malha de tela de fibra de vidro</td></tr><tr><td>Potes de 10 cm de</td><td></td><td></td> diâmetro <td>Sem requisitos especiais</td></tr><tr><td>Placas</td><td></td><td></td> de Petri de 140 mm <td>Sem requisitos especiais</td></tr><tr><td>Seringa</td><td></td><td></td> de 20 mL <td>Sem requisitos especiais</td></tr><tr><td>Tubos cônicos de 50 mL</td><td>Sarstedt</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Merk</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ampicilina sódica</td><td>GoldBio</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ágar bacteriológico</td><td>Roko</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microscópio Confocal Stellaris</td><td>Leica Microsystems</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FACSVerse analisador de células</td><td>BD Biosciences</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fiji software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sulfato de Gentamicina</td><td>Duchefa</td><td>G-0124</td><td></td></tr><tr><td>Monossulfato de canamicina</td><td>Fitotecnologia</td><td>K378</td><td></td></tr><tr><td>MgCl2</td><td>Merk</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Merk</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>Pechiney Substrato</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> vegetal <td>Sem requisitos especiais</td></tr><tr><td>Silwet L-77</td><td>Cromton Europe Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Palitos de dentes</td><td>Sem requisitos especiais</td>Triptona Merk <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pinças</td><td></td><td></td><td>Sem requisitos especiais</td></tr><tr><td>Câmara de vácuo 25 cm de diâmetro</td><td>Kartell</td><td>554</td><td></td></tr><tr><td>Bomba de vácuo</td><td>GAST</td><td>DOA-P504-BN</td><td></td></tr><tr><td>Vermiculita</td><td></td><td></td><td>Sem requisitos especiais</td></tr><tr><td>Extrato de levedura</td><td>Merk</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

análise unicelular da expressão de genes de seringas de pseudomonas syringae no tecido vegetal

Single-Cell Analysis of the Expression of Pseudomonas syringae Genes within the Plant Tissue

Uma infinidade de microrganismos patogênicos atacam constantemente as plantas. O complexo de espécies de Pseudomonas syringae engloba bactérias Gram-negativas fitopatogênicas de especial relevância para um grande número de hospedeiros. P. syringae entra na planta pela superfície foliar e se multiplica rapidamente dentro do apoplasto, formando microcolônias que ocupam o espaço intercelular. A expressão constitutiva de proteínas fluorescentes pelas bactérias permite a visualização das microcolônias e o monitoramento do desenvolvimento da infecção em nível microscópico. Avanços recentes na análise unicelular têm revelado a grande complexidade alcançada pelas populações clonais isogênicas de bactérias. Essa complexidade, chamada de heterogeneidade fenotípica, é consequência de diferenças célula a célula na expressão gênica (não ligadas a diferenças genéticas) entre a comunidade bacteriana. Para analisar a expressão de loci individuais em nível unicelular, fusões transcricionais a proteínas fluorescentes têm sido amplamente utilizadas. Sob condições de estresse, como as que ocorrem durante a colonização do apoplasto vegetal, P. syringae diferencia-se em subpopulações distintas com base na expressão heterogênea de genes-chave de virulência (i.e., o sistema de secreção Hrp tipo III). No entanto, a análise de célula única de qualquer população de P. syringae recuperada do tecido vegetal é desafiadora devido aos detritos celulares liberados durante a ruptura mecânica intrínseca aos processos de inoculação e extração bacteriana. O presente relato detalha um método desenvolvido para monitorar a expressão de genes de interesse de P. syringae em nível unicelular durante a colonização de Arabidopsis e feijoeiro. A preparação das plantas e as suspensões bacterianas utilizadas para inoculação em câmara de vácuo são descritas. A recuperação de bactérias endofíticas de folhas infectadas por extração com fluido apoplásico também é explicada aqui. Tanto a inoculação bacteriana quanto os métodos de extração bacteriana são empiricamente otimizados para minimizar danos às células vegetais e bacterianas, resultando em preparações bacterianas ideais para análise de microscopia e citometria de fluxo.

A expressão do sistema de secreção tipo III é essencial para o crescimento bacteriano dentro da planta. A expressão oportuna dos genes T3SS é obtida através de uma intrincada regulação, cujo centro é o fator sigma HrpL da função extracitoplasmática (LEC), o principal ativador da expressão de genes relacionados ao T3SS11. Uma análise da expressão de hrpL foi previamente realizada usando uma fusão transcricional localizada em cromossomos com um gene gfp sem promotor a jusante e seg...

O presente protocolo descreve um método que permite a análise da expressão gênica unicelular em populações de Pseudomonas syringae cultivadas dentro do apoplasto vegetal.

Análise Unicelular da Expressão de Genes de Seringas de Pseudomonas syringae no Tecido Vegetal

A plethora of pathogenic microorganisms constantly attack plants. The Pseudomonas syringae species complex encompasses Gram-negative plant-pathogenic ...

Nosso protocolo fornece um método suave de inoculação e extração de plantas que permite recuperar populações bacterianas cultivadas no apoplasto foliar adequado para análise de expressão gênica de célula única, como citometria de fluxo. Este método permite a extração de uma quantidade considerável de bactérias do apoplasto sem contaminar significativamente as amostras com restos celulares vegetais. Este método otimizado para a recuperação de bactérias apoplásticas pode ser aplicado diretamente ou com pequenas modificações a uma série de sistemas bacterianos vegetais que compreendem bactérias fitopatogênicas ou bactérias endocíticas benéficas.Quem demonstrará o procedimento será Nieves Lopez-Pagan, estudante de doutorado do nosso laboratório. Para começar, encha um vaso de 10 centímetros de diâmetro com uma mistura de substrato vegetal de vermiculita 1:3 previamente regada. Cubra o vaso com uma malha metálica perfurada e ajuste a malha metálica ao solo úmido usando um elástico.Em seguida, semeie sementes de Arabidopsis nos orifícios da malha metálica com um palito molhado. Coloque de três a quatro sementes em posições distantes dentro do vaso. Cubra o vaso com uma cúpula de plástico para manter a umidade relativa alta e incube para estratificação a quatro graus Celsius por 72 horas.Transfira o vaso para uma câmara de crescimento de plantas em condições de dias curtos. Para descobrir a panela, retire a cúpula de plástico. Uma vez germinadas as sementes, utilizar a pinça para retirar a maior parte das mudas, mantendo uma muda em cada uma das posições do vaso.Em seguida, prepare as plantas de feijão Phaseolus vulgaris cobrindo o fundo de uma placa de Petri com um pedaço de papel toalha molhado e colocando as sementes de feijão por cima. Sele a placa de Petri com fita cirúrgica e incube a 28 graus Celsius por três a quatro dias. Transfira as sementes germinadas para um vaso de 10 centímetros de diâmetro preenchido com substrato úmido de vermiculita 1:3 e incube em uma câmara de crescimento de plantas em ambientes de dias longos.Coloque o estoque de glicerol da cepa de interesse de Pseudomonas syringae de menos 80 graus Celsius em uma placa de LB suplementada com os antibióticos apropriados. Incubar a placa a 28 graus Celsius por 40 a 48 horas. Raspar a biomassa bacteriana e ressuspendê-la em cinco mililitros de cloreto de magnésio 10-milimolar.Meça a densidade óptica a 600 nanômetros e ajuste-a para 0,1 adicionando cloreto de magnésio de 10 milimolares. Realizar diluições seriadas em cloreto de magnésio de 10 milimolares para obter uma concentração final de inóculo de cinco vezes 10 a quinta UFC por mililitro. Em seguida, prepare 200 mililitros de inóculo para as plantas de Arabidopsis e 50 mililitros para as plantas de feijão.Antes da inoculação, adicionar o tensoativo Silwet L-77 a uma concentração final de 0,02% para a inoculação do feijão e 0,01% para Arabidopsis. Para a infiltração de Arabidopsis, coloque dois palitos de madeira formando um X sobre o vaso e coloque o vaso virado para baixo sobre uma placa de Petri de 14 centímetros de diâmetro contendo 200 mililitros de inóculo. Para a inoculação das folhas de feijão, insira as plantas e a solução de inóculo em uma câmara de vácuo e introduza a folha em um tubo de centrífuga cônica de 50 mililitros contendo o inóculo.Dê um pulso de 500 milibares por 30 segundos para se infiltrar nas folhas. Escorra o excesso de solução de inóculo com um pedaço de papel e devolva os planos à câmara de crescimento correspondente. Quatro dias após a inoculação, corte a parte aérea da planta Arabidopsis ou a folha inoculada da planta de feijão e coloque-a em uma seringa de 20 mililitros sem agulha.Para folhas de feijão, enrole a folha sobre si mesma, deixando a face abaxial para fora. Adicione volume suficiente de água destilada para cobrir o tecido. Em seguida, insira o êmbolo segurando a seringa na posição vertical e remova o excesso de ar e bolhas de ar dentro da seringa, batendo suavemente o barril até que todo o ar esteja localizado perto da ponta e, após remover o ar, cubra a ponta do barril da seringa com filme de parafina.Agora pressione cuidadosamente o êmbolo para gerar pressão positiva até que o tecido fique mais escuro. Em seguida, puxe o êmbolo para gerar pressão negativa. Remova o filme de parafina e o êmbolo e colete o líquido contendo as bactérias extraídas do apoplasto.Para uma análise de célula única, prepare uma solução de agarose a 1,5% em água destilada. Depois de derretido, adicione volume suficiente para preencher o espaço entre duas lâminas de microscopia colocadas lado a lado e coloque outra lâmina por cima. Deixe-os dirigir por 15 minutos e remova o slide colocado na parte superior com cuidado.Usando uma lâmina, corte a almofada de agarose em pedaços de cinco milímetros por cinco milímetros antes de usar. Paralelamente, centrifugar um milímetro das bactérias extraídas do apoplasto. Retire cuidadosamente o sobrenadante usando uma pipeta e ressuspenda o pellet em 20 microlitros de água para concentrar as células.Coloque uma gota de dois microlitros das células concentradas em uma tampa de 0,17 milímetro e cubra a gota com um pedaço de almofada de agarose. Visualize a preparação bacteriana sob o microscópio confocal para identificar bactérias fluorescentes verdes usando lasers específicos. Identifique todas as bactérias usando o campo brilhante e mescle ambos os campos.Para realizar a análise por citometria de fluxo, pegue uma alíquota das suspensões de bactérias extraídas do apoplasto. Analise usando o citômetro de fluxo e adquira 100.000 eventos. A expressão de hrpL GFP é monitorada por fluorescência de GFP.Os gráficos de dot plot mostram a distribuição da intensidade de fluorescência da GFP versus o tamanho da célula na população, enquanto os histogramas mostram a intensidade da fluorescência da GFP versus as contagens celulares. As porcentagens de hrpL ON foram maiores do que as porcentagens correspondentes de hrpL OFF. Imagens de microscopia de fluorescência mostram níveis heterogêneos de GFP associados à expressão de hrpL.As bactérias que apresentam baixa ou nenhuma fluorescência de GFP são observadas. Para obter os melhores resultados, seja gentil durante as etapas de extração de bactérias para evitar danificar o tecido vegetal e, assim, limitar a contaminação do conteúdo celular da planta. As amostras de bactérias obtidas podem ser usadas para outros fins onde a redução da contaminação da planta é uma vantagem, como extrações de ácido nucleico para posterior análise genômica bacteriana ou transcriptômica.

single-cell-analysis-expression-pseudomonas-syringae-genes-within

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

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Extração de Bactérias Apoplásticas Usando um Método de Pressão Baseado em Seringa

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Análise de Expressão Gênica de Células Únicas a partir de Patógenos Extraídos de Plantas

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