Эта работа описывает новый способ селективного ориентации субклеточных органелл в растениях, анализировали с использованием BioRad Gene Gun.
Методическая статья
Эта работа описывает новый способ селективного ориентации субклеточных органелл в растениях, анализировали с использованием BioRad Gene Gun.
В целях выявления один белок нескольким субклеточных органелл, растения, как правило, дублируют соответствующие гены, и выразить каждый ген по отдельности, используя сложные стратегий в области регулирования, включая дифференциальных промоутеров и / или сигнальные последовательности. Метаболические инженеры и синтетические биологи, заинтересованные в ориентации ферменты для конкретной органеллы столкнулись с проблемой: белок, который должен быть локализован в более чем одной органеллы, инженер должен клонировать и того же гена многократно. Эта работа представляет собой решение этой стратегии: освоение альтернативного сплайсинга мРНК. Эта технология использует преимущества установленном хлоропластов и пероксисомы ориентации последовательностей и объединяет их в единую мРНК, которая альтернативного сплайсинга. Некоторые варианты сплайсинга отправляются в хлоропласт, некоторые к пероксисоме, а некоторые в цитозоль. Здесь система предназначена для многократного органелл ориентации с альтернативного сплайсинга. В этой работе, GFP как ожидается, будет выражениеEssed в хлоропластов, цитозоле и пероксисоме по серии рационально спроектированными 5 'мРНК тегов. Эти теги имеют потенциал, чтобы уменьшить количество клонирования требуется при гетерологические гены должны быть выражены в нескольких внутриклеточных органелл. Конструкции были разработаны в предыдущей работе 11, и были клонированы с использованием Gibson собрание, перевязки независимый метод клонирования, который не требует ферменты рестрикции. Полученные плазмиды вводили в Nicotiana benthamiana эпидермальный клетках листа с измененным протоколом генной пушки. Наконец, преобразованные листья наблюдались с конфокальной микроскопии.
Эта работа является метаболической инженерии / синтетическая биология проект, в котором растительные клетки, сконструированные для экспрессии репортера белка в нескольких органелл, но только с одной конструкции ДНК.
Один из подходов к белков-мишеней в более чем одном месте включает клонирование несколько генетических копий, каждая из которых содержит различной локализации пептида. Каждая копия должна быть введена путем последовательного retransformation, или, наоборот, обратным скрещиванием одинокий преобразований 1. Это включает в себя дополнительную клонирование, и ограничивается одной метке локализации на конце.
Еще один способ локализовать белок в нескольких местах через альтернативного сплайсинга 2-5. РНК транскрибируется из одного гена, но разные копии транскрипта обрабатываются по-разному, часто в более чем одним способом на ячейку. Это может привести к более чем одной РНК в клетке транскрибируется из одного гена. Такие разные MessengeR может кодировать РНК для различных изоформ одного и того же белка, или в случае сдвигу рамки, другим белком в целом. Хотя альтернативный сплайсинг был описан в литературе в течение многих лет, механизмы действия и консервативной донора и рецепторных сайтов сплайсинга только быть выяснены в последнее время 6. Как эти сайты в настоящее время лучше описать, они открывают возможности для машиностроения.
Инженеры метаболические завод столкнулись с проблемой при выражении белок в нескольких органелл. Для белка, который должен быть локализован в более чем одной органеллы, инженер должен клонировать и того же гена многократно, каждый с отдельным сигнальной последовательности направляя ее на органеллы интерес. Для одного гена в трех органелл, это просто три гена. Но в течение шести генов метаболизма, это расширяет до 18 генов, значительных усилий клонирования. Объединение нескольких последовательностей локализации в единый, альтернативно-сплайсированному знакificantly уменьшает эти усилия. Например, реинжиниринг фотодыхание 7,8 и изопреноид синтез 9,10 включает в себя как хлоропластов и пероксисомах. В нашем случае мы воспользовались сайтов сплайсинга как это наблюдается в естественной Arabidopsis системы THALIANA описано ранее 6. Мы рационально переработан последовательность мРНК оставив естественное сайтов сплайсинга в одиночку, но размещены последовательности, которые бы кодируют хлоропласты-или пероксисомы таргетирования теги течение альтернативно-сращены интронов (рис. 1). Экспрессированный белок может иметь или не иметь метку, в зависимости от того, был вырезан пре-мРНК, которая кодируется как интрона (данные 1g и 1h). Более подробную информацию о проектировании конструкций, представленных в этой работе, см. в статье спутником 11.
Потому что это все еще значительные усилия клонирование, Гибсон монтаж, новый метод клонирования ДНК конструкты, является исед в строительстве. Способ Gibson могут быть использованы для любой последовательности, независимо от сайтов рестрикции (рис. 2) 12-14. Удельный смесь ферментов позволяет за один шаг, изотермический сборки в. В этом способе, несколько двухцепочечные линейные части ДНК выполнены так, что они имеют перекрывающиеся последовательности ~ 50 б. Гибсон сборка Смесь ферментов частично переваривает линейные части ДНК, подвергая одиночные нити гомологичных последовательностей. Эти частичные одноцепочечные последовательности повторно отжигали в реакционной смеси, что привело к быстрому, одноступенчатый, независимый от последовательности, лигирование, свободной от реакции субклонирования.
Эта работа описывает 1) рациональную конструкцию альтернативного сплайсинга конструкции для выражения в хлоропластах растений, пероксисомах и cytosols, 2) их клонирование с помощью нового перевязки без метод Gibson сборки, 3) их доставка в табачного листа клеток с генной пушки, и 4) результаты, показывающие органелл адресности, как это наблюдается с GFPи конфокальной микроскопии.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Проектирование альтернативы-сращены последовательностей сразу для нескольких органелл таргетинга
2. Гибсон Ассамблея части ДНК
См. также Рисунок 2.
Метод сборки Гибсон зависит от действия ряда ферментов в предварительно сделанные смеси до 1) частично переварить концы двухцепочечной ДНК, чтобы сделать единичные нити и 2) отжига бесплатные пар оснований соседних частей ДНК. Это позволяет клонирования ДНК-фрагментов без ограничений сайтах рестрикции.
3. Biolistic Трансфекцию табака с генной пушки
Это техника, которая устанавливается в Юпитер 18,19. Основные этапы и различия описаны ниже.
4. Конфокальной микроскопии трансфектированных ткани
Эти инструкции отличаться для каждого инструмента, поэтому важно, чтобы должным образом обучены.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Дизайн усилий явилось результатом значительного планирования. Роман к этому проекту является использование альтернативного сплайсинга для создания пре-мРНК, которая в переводе на дифференциально выраженных протеинов. Эти белки экспрессируются в разных органеллах, в данном случае хлоропласта, пероксисом и / или цитозоль. Мы адаптировали ген Arabidopsis природный который альтернативного сплайсинга 6 и помещают известно хлоропласта 6 и 17 пероксисом ориентации последовательности в ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом исследовании, простые стратегии описаны для локализации одну трансгенную белка в несколько клеточных компартментах в растениях. Цель заключается в разработке конструкции, которая бы выразить один ген в более чем одной органеллы в Nicotiana benthamiana. Стратегии включают рациональную конструкцию GFP основе ДНК-конструкций, Gibson сборку, доставку плазмид в клетках листа с генной пушки, и наблюдение за результатами с конфокальной микроскопии.
Три различных короткие, N-концевых...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Авторы хотели бы поблагодарить Джен Шин из Массачусетского общего госпиталя за щедрое пожертвование Nicotiana benthamiana саженцев. Джен Буш помог нам значительно в консультации в выращивании растений и создание растильню область. Том Ферранте из Висс институт предложил важную помощь с конфокальной микроскопии. Авторы особенно хотел бы поблагодарить Дона Ingber Детской больнице Бостона и Висс институт по щедрому пожертвованию генной пушки и связанных поставок. Финансирование этого проекта была оказана в рамках соглашения о сотрудничестве с Департаментом энергетики Агентства перспективных исследовательских проектов (ARPA-E Award # DE-000079) для PAS, JCW, и МДМ, и через Chimerion биотехнологии, Inc для MJV.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Олигонуклеотидные праймеры | IDT | (заказные) | Разработаны специально для создания |
| GeneBlocks | IDT | (заказные) | 500.н. олигонуклеотиды |
| ApE программное обеспечение | U Utah | (скачать) | http://biologylabs.utah.edu/jorgensen/wayned/ape/ |
| MinElute kit | Qiagen | 28004 | Используется для очистки продуктов ПЦР |
| QIAprep spin miniprep kit | Qiagen | 27104 | Используется для приготовления подходящих для клонирования количеств плазмиды |
| Phusion Master Mix с GC-буфером | NEB | M0532S | Используется для ПЦР-амплификации интересующего гена |
| Gibson Сборочная реакционная смесь | NEB | E2611L | Мастер-смесь следующих 9 ингредиентов |
| 1 M Tris-HCl pH7.5 | Teknova | T1075 | Gibson сборочная смесь |
| 1 M MgCl2 | G Biosiences | 82023-086 | Сборочная смесь Gibson |
| dNTP смесь | Fermentas | R0192 | Сборочная смесь Gibson |
| 1 M DTT | Fermentas | R0861 | Сборочная смесь Gibson |
| PEG-8000 | Affymetrix | 19966 | Сборочная смесь Gibson |
| NAD | Applichem | A1124,0005 | Сборочная смесь Gibson |
| T5 экзонуклеаза | Epicentre | T5E4111K | Сборочный микс Gibson |
| Фузионная полимераза | NEB | F530S | Gibson сборочная смесь |
| Taq DNA ligase | NEB | M0208L | Gibson сборочная смесь |
| Gibthon.org | Веб-сайт для упрощения расчетов | ||
| Plasmid PLUS Maxi kit | Qiagen | 12963 | Используется для подготовки ДНК для генных пуль |
| Gene Gun system BioRad | 165-2451 | Включает в себя все необходимые детали | |
| Nicotania benthamiana | (n/a) | (n/a) | Подарок Джен Шин, |
| конфокальный микроскоп | Leica | SP5 X MP | Визуализация полученных клеток |
| Глубокие луночные слайды | Электронная микроскопия Sciences | 71561-01 | Используется для конфокальной визуализации |
| Редактор плазмид (ApE) | Университет штата Юта | http://biologylabs.utah.edu/jorgensen/wayned/ape | |
| Гибтон:Калькулятор | http://django.gibthon.org/tools/ligcalc/ |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение