Nodülasyona ve Baklagil Bitki Büyüme için tek-bitki, Steril Mikrokozmoslar<em> Medicago truncatula</em> Rhizobial Symbiont ile<em> Sinorhizobium meliloti</em
Summary
Standart laboratuvar plakalardan yapılmış bireysel, steril mikrokosmlarından yılında azot bağlayıcı bakteriler Sinorhizobium meliloti ile simbiyoz Medicago truncatula bitkilerin büyüme ödün vermeden, sterilite kök sistemleri ve nodüller sık muayene izin verir. Bitkiler kadar 9 hafta boyunca bu büyüme odalarına korunabilir.
Abstract
Rhizobial bakteriler uyumlu ana baklagil bitkilerin kökleri üzerinde simbiyotik azot sabitleme nodül oluşturur. Bu etkileşimleri çalışmak için en iyi gelişmiş bir model sistemleri Medicago cv truncatula bitkidir. Jemalong A17 ve rhizobial bakteri Sinorhizobium meliloti 1021. Bitki kökleri ve simbiyotik fenotipleri puanlama tekrarlanan görüntüleme bitki veya bakteri birine tahribatsız yöntemleri gerektirir. Bazı bitki ve bakteriyel mutantlann simbiyotik fenotipleri büyüme göreceli olarak kısa bir süre sonra belirgin hale gelir ve ana / symbiont etkileşiminin uzun süreli takip gerektirmez. Bu atılır Ancak, önce nodülasyon sürecinin erken aşamalarında belirgin değildir simbiyotik verim ve nodül yaşlanma fenotipleri ince farkları nispeten uzun bir büyüme dönemleri gerektirmektedir. Çeşitli yöntemler, uzun vadeli büyüme ve bu ana / symbiont çiftinin gözlem için geliştirilmiştir.Ancak, bu yöntemleri birçok diğer mikroplar tarafından bulaşma olasılığını arttırır tekrarlanan sulama gerektirir. Diğer yöntemler bitkilerin çok sayıda büyüme için nispeten büyük bir alan gerektirir. Bir yöntem olup, burada M. simbiyotik büyüme tarif truncatula / S. steril, tek bitki microcosms in meliloti, birçok avantajı vardır. Bu mikrokosmlarından Bitkiler bu sulama sulama sırasında çapraz bulaşmayı önlemede kadar 9 hafta boyunca gerekli değildir sağlamak için yeterli nem ve besin var. Bu fenotipleri Bu nodül gelişimi ve erken nodül yaşlanmasında ince gecikmeler gibi kısa-vadeli büyüme sistemleri, kaçırmış olabileceğini sayısal sağlar. Up-köklenme gözlem için bitkilerin gerekli değildir bu yüzden de, insan olarak kökleri ve nodüller kolayca, levha kapak aracılığıyla izlenir.
Introduction
Baklagil konak bitki Medicago truncatula A17 ve Sinorhizobium 1021 meliloti rhizobial bakteri arasında etkileşim kök nodül gelişimi ve azot sabitleme ortak yaşam çalışma için en uysal bir model sistemlerinden biridir. Her iki simbiyotik ortakların genomları 1,2 dizilendi ve bitki ve bakteri hem genetik manipülasyon 3,4 mükellef bulunmaktadır. Bitki ve bakteri mutantlar hem fenotipleri Analizi nodül gelişme aşamalarını gözlemlemek ve zamanla simbiyotik verimliliğini ölçmek için yeteneği gerektirir. Burada M. kök nodül gelişme gözlem için bir yöntem tarif cv truncatula. S ile aşılandı Jemalong A17 standart, yuvarlak 100 mm çapında, 15 mm derinliğinde laboratuar plakaları (Şekil 1A) yapılan bireysel mikrokosmlarından içinde meliloti 1021. Sürgün plakanın tarafında çentikli bir portal (aracılığıyla maruz ve büyür Figüres 1B, 1C ve 1 E). Kökler microcosms içinde bulunan ve plaka (Şekil 1D) ve kapak boyunca gözlem izin verirken, steril tutulur. Sürgün erişilebilir olduğu için, büyüme kısıtlı değildir ve bu kök sterilitesini ödün vermeden periyodik aralıklarla ölçülebilir. Çentikli plaka Mikrokozmoslar oluşturma yöntem aslında yonca büyüyen bitkiler için Leigh, vd. 5 tarafından geliştirilen, ancak yaygın olarak diğer yöntemlere göre birçok avantajları rağmen kabul edilmedi. Bu yöntemin bir varyasyonu, aynı zamanda bitki köklerine ve mikorhizalların 6 arasındaki etkileşimin analizi için geliştirilmiştir. Şimdi M. büyümesi için uyarlanmış ve bu yöntemi optimize truncatula bitkiler. Daha yaygın olarak kullanılan yöntemlere göre bu protokol avantajları aşağıda tarif edilmektedir.
M. nodülasyon çalışmalar için geniş şu anda kullanımda olan birkaç yöntem vardır truncatula inocuS. ile lated meliloti 7. Nodulated köklerin büyük ölçekli hazırlanması için en yaygın olarak kullanılan yöntem aeroponic kesonların 7 de büyüme. Bu yöntemde, bitki büyük bir kap üzerine asılır ve kökleri S. oluşan bir karışım ile havalandınlır meliloti ve besleyici çözelti 7. Bu yöntem pratik ise S. tek bir genotip meliloti, test edilecek olan. Bu bakterilerin yüksek konsantrasyonlarda aerosol haline gerektirdiğinden, farklı bakteri türleri ile aşılanmış kesonlar arasında çapraz kontaminasyon yüksek bir olasılıktır. Genellikle aşılanmış bitkilerin büyük miktarlarını hazırlamak için kullanılan diğer bir yöntem küvet veya perlit, vermikülit, kum veya besleyici çözelti ile aşılanmış ve S ile aşılanır kalsine kil tencere büyüme meliloti 7. Bu yöntem, açık tüplerde veya tencere kullanımını gerektirir, ve besin çözeltisi sulama ve ikmal gerektirir. Tencere bir diğer dezavantajı olduğu bitkikökler ve nodüllerin incelenmesi için bu parçacık matris çıkarılmalıdır. Bu yöntemin diğer bir sakıncası olduğunda pek çok farklı S. kuluçka alanı geniş bir alan gerekli olmasıdır meliloti genotip ayrı bir kap her bir bakteri genotip için kullanılmalıdır, çünkü karşılaştırılabilir vardır. "Leonard kavanoz" Bu yöntem, 8,9 üzerinde bir çeşididir. A Leonard kavanoz diğerinin üstüne yığıldığında ve bir fitil birbirine bağlanan iki steril kapların oluşmaktadır. Büyüme ortamı, alt kabına yerleştirilir ve perlit, vermikülit, kum ya da üst tekne içinde kalsine kil büyüme matris içine kılcal hareket ile lamba fitili üzerinden çekilmektedir. Fide (ler) büyüme matris içine yerleştirilmiş ve S ile aşılanmıştır meliloti. Bu yöntem, sulama gerektirmez, fakat kök ve nodüllerin inceleme fide parçacık büyüme matris kaldırılması gerekir.
Roo kolay muayene izin vermeyiz birkaç yöntem vardırts. Bunlardan biri, saydam plastik "büyüme poşet" 7'dir. Bu yöntemin bir dezavantajı, sık sulama sıvı ortam M. büyüme için uygun olan tek ≤ 10 ml Başlangıcı gerekli olmasıdır torbalar 7'de truncatula. Kese deneyler genellikle nedeniyle torba içindeki kağıt fitilin arıza, ~ 2 hafta 7 ile sınırlıdır. Yaygın olarak kullanılan diğer iki yöntem bitki agarı üzerinde büyümüş ve kökleri görebilir olduğu bizim yönteme benzer, ancak bu yöntemler aynı zamanda işlemdir önler dezavantajları vardır. Bu yöntemlerde, bitkiler tamamen 24.5 cm gözenekli bir ameliyat bandı ile üst çevresinde kapatılmış veya pamuk tıpalı ya da plastik kapaklar 7-tıpalı agar eğik tüpler içinde yetiştirilen x 24.5 cm agar plakaları içinde yer alır. Bu yöntemlerin her ikisi de köklerin kolayca incelenmesine olanak ve steril tutulabilir. Ancak, agar eğimli tüpleri genellikle orta 7 ağar sadece 20 ml ile yetiştirilen ve sulama ve besin a gerektirirBitkilerin uzun-vadeli büyüme için ddition. 24.5 cm içinde yetiştirilen bitkiler 24,5 cm agar mikrokozmosları yeterli nemi ve uzun vadeli büyüme için besin var, ama büyüyen sürgün hızla kapalı plaka evren ve etilen gazı Nodülasyona 7 inhibe kurabilirsiniz içinde kısıtlı olur x. Burada tarif edilen prosedür olarak, sürgün maruz kalır ve uzun süreli büyüme sağlayan, ~ 70 ml ortam içeren evren dışına serbestçe büyür.
Burada tarif edilen prosedür baklagil bitkileri nodülasyon çalışma için değil, aynı zamanda, diğer orta boy bitkilerin kök fenotiplerinin incelenmesi için de yararlı olabilir. Bu microcosms ve geleneksel bir polikarbonat bitki dokusu kültürü kavanoz arasındaki fark, burada tarif edilen plaka microcosms kökleri aşağı kavanozun altındaki agar yatay bir tabaka halinde agar dikey yüzeyi üzerinde büyümeye yerine olmasıdır. Bu kök minimal d agar yüzeyinden kaldırılması sağlar:kök tüyleri ve mikroskopi ile kök tüyleri incelenmesini kolaylaştıran kök yüzeyine, agar minimal yapışmasına Amage.
Protocol
Representative Results
Discussion
Başarı için kritik olan protokolün birçok adım vardır: 1) saflaştırılmış, bitki hücre kültürü kullanarak gerekliliği ağar gereğinden fazla vurgulanan olamaz test. Bu, alfalfa fideleri için kritik öneme sahip değildir, ancak M. büyümesi için çok önemlidir truncatula A17. 2) Aşama 1 'de tarif edildiği gibi, dikey agar plakaları üzerinde fide çimlenme için önemlidir. Fide kökleri düz çok kısa ve / veya değil, olacak çünkü 15 mm derin bir plaka 7 ter…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz yazının eleştiri Brian K. Washburn teşekkür KMJ 20582 – Bu çalışma USDA Ulusal Gıda ve Tarım Enstitüsü, Tarım ve Gıda Araştırma Girişimi hibe 2010-65108 tarafından finanse edildi.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Agar purified, plant cell culture-tested | Sigma | A7921 |
References
- Galibert, F., et al. The composite genome of the legume symbiont Sinorhizobium meliloti. Science. 293, 668-672 (2001).
- Young, N. D., et al. The Medicago genome provides insight into the evolution of rhizobial symbioses. Nature. 480, 520-524 (2011).
- Glazebrook, J., Walker, G. C. Genetic techniques in Rhizobium meliloti. Methods Enzymol. 204, 398-418 (1991).
- Cheng, X., Wen, J., Tadege, M., Ratet, P., Mysore, K. S. Reverse genetics in medicago truncatula using Tnt1 insertion mutants. Methods Mol Biol. 678, 179-190 (2011).
- Leigh, J. A., Signer, E. R., Walker, G. C. Exopolysaccharide-deficient mutants of Rhizobium meliloti that form ineffective nodules. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 82, 6231-6235 (1985).
- Wong, K. K. Y., Fortin, J. A. A Petri Dish Technique for the Aseptic Synthesis of Ectomycorrhizae. Canadian Journal of Botany-Revue Canadienne De Botanique. 67, 1713-1716 (1989).
- Barker, D. G., Mathesius, U., Journet, E. P., Sumner, L. W., et al. . The Medicago truncatula handbook. , (2006).
- Leonard, L. T. A Simple Assembly for Use in the Testing of Cultures of Rhizobia. J Bacteriol. 45, 523-527 (1943).
- Trung, B. C., Yoshida, S. Improvement of Leonard jar assembly for screening of effective rhizobium. Soil Sci Plant Nutr. 29, 97-100 (1983).
- Penmetsa, R. V., Cook, D. R. Production and characterization of diverse developmental mutants of Medicago truncatula. Plant Physiol. 123, 1387-1398 (2000).
- Garcia, J., Barker, D. G., Journet, E. P., Mathesius, U., Journet, E. P., Sumner, L. W. . The Medicago truncatula handbook. , (2006).
- Vincent, J. M. . A Manual for the Practical Study of the Root-Nodule Bacteria. , (1970).
- Sambrook, J., Fritsch, E. F., Maniatis, T. . Molecular cloning: a laboratory manual. , (1982).
- Pladys, D., Vance, C. P. Proteolysis during Development and Senescence of Effective and Plant Gene-Controlled Ineffective Alfalfa Nodules. Plant Physiology. 103, 379-384 (1993).
- Vasse, J., de Billy, F., Truchet, G. Abortion of infection during the Rhizobium meliloti-alfalfa symbiotic interaction is accompanied by a hypersensitive reaction. The Plant J. 4, 555-566 (1993).
- Johnson, L. E. B., Vance, C. P. Histological and Biochemical Comparisons of Plant Induced Ineffective Nodules. Phytopathology. 71, 884 (1981).
- Vance, C. P., Johnson, L. E. B., Hardarson, G. Histological Comparisons of Plant and Rhizobium Induced Ineffective Nodules in Alfalfa. Physiological Plant Pathology. 17, 167 (1980).
- Van de Velde, W., et al. Aging in legume symbiosis. A molecular view on nodule senescence in Medicago truncatula. Plant Physiol. 141, 711-720 (2006).
- Jones, K. M. Increased production of the exopolysaccharide succinoglycan enhances Sinorhizobium meliloti 1021 symbiosis with the host plant Medicago truncatula. J Bacteriol. 194, 4322-4331 (2012).
- Queiroux, C., et al. A comparative genomics screen identifies a Sinorhizobium meliloti 1021 sodM-like gene strongly expressed within host plant nodules. BMC Microbiol. 12, 74 (2012).
