The Lateral Root Inducible System (LRIS) allows for synchronous induction of lateral roots and is presented for Arabidopsis thaliana and maize.
Lateral root development contributes significantly to the root system, and hence is crucial for plant growth. The study of lateral root initiation is however tedious, because it occurs only in a few cells inside the root and in an unpredictable manner. To circumvent this problem, a Lateral Root Inducible System (LRIS) has been developed. By treating seedlings consecutively with an auxin transport inhibitor and a synthetic auxin, highly controlled lateral root initiation occurs synchronously in the primary root, allowing abundant sampling of a desired developmental stage. The LRIS has first been developed for Arabidopsis thaliana, but can be applied to other plants as well. Accordingly, it has been adapted for use in maize (Zea mays). A detailed overview of the different steps of the LRIS in both plants is given. The combination of this system with comparative transcriptomics made it possible to identify functional homologs of Arabidopsis lateral root initiation genes in other species as illustrated here for the CYCLIN B1;1 (CYCB1;1) cell cycle gene in maize. Finally, the principles that need to be taken into account when an LRIS is developed for other plant species are discussed.
यह मिट्टी से लंगर और पानी की तेज और पोषक तत्वों को सुनिश्चित करता है के बाद से जड़ प्रणाली, पौधों की वृद्धि के लिए महत्वपूर्ण है। एक रूट प्रणाली के विस्तार के लिए मुख्य रूप से पार्श्व जड़ों के उत्पादन पर निर्भर करता है, इसलिए उनकी दीक्षा और गठन के लिए व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है। पार्श्व जड़ों संस्थापक कोशिकाओं 1 कहा जाता है, पेरिसाइकिल कोशिकाओं का एक विशिष्ट सबसेट में शुरू कर रहे हैं। इस तरह के मक्का के रूप में monocots में, वे फ्लोएम डंडे 3 में पाए जाते हैं, जबकि इस तरह के Arabidopsis thaliana के रूप में सबसे डाइकोटों, में, इन कोशिकाओं, protoxylem डंडे 2 पर स्थित हैं। संस्थापक कोशिकाओं विशेष सेल चक्र जीनों की अभिव्यक्ति के द्वारा पीछा किया, एक वृद्धि auxin प्रतिक्रिया 4 द्वारा चिह्नित कर रहे हैं (जैसे, cyclin बी 1, 1 / CYCB1; 1), जिसके बाद वे असममित अपनत डिवीजनों 5 के पहले दौर से गुजरना। समन्वित अपनत और periclinal डिवीजनों की एक श्रृंखला के बाद, एक पार्श्व जड़ उत्स के अंत में एक एक के रूप में उभरेगा कि गठन किया गया हैutonomous पार्श्व जड़। इन घटनाओं के प्रचुर मात्रा में है और न ही सिंक्रनाइज़ न रहे, क्योंकि स्थान और पार्श्व रूट दीक्षा के समय, हालांकि उम्मीद के मुताबिक नहीं हैं। इस तरह से इस प्रक्रिया का अध्ययन करने के transcriptomics के रूप में आणविक दृष्टिकोण के उपयोग में बाधा उत्पन्न करती।
इस से निपटने के लिए, एक पार्श्व रूट inducible प्रणाली (LRIS), 6 विकसित किया गया है 7। इस प्रणाली में, पौध पहले फलस्वरूप पार्श्व रूट दीक्षा अवरुद्ध, auxin परिवहन और संचय को रोकता है जो एन -1-naphthylphthalamic एसिड (एनपीए) के साथ व्यवहार कर रहे हैं 8। बाद में सिंथेटिक auxin 1-नेफ़थलीन एसिटिक एसिड (NAA) से युक्त मध्यम करने के अंकुर स्थानांतरित करके, पूरे पेरिसाइकिल परत है, जिससे बड़े पैमाने पर ऊंचा auxin स्तरों उत्प्रेरण पार्श्व रूट की शुरुआत कोशिका विभाजन 6 का जवाब। जैसे, इस प्रणाली देर की एक विशिष्ट चरण के लिए समृद्ध जड़ नमूनों की आसान संग्रह की अनुमति, तेजी से तुल्यकालिक और व्यापक पार्श्व जड़ों पहल करने के लिए सुरागRAL जड़ विकास। बाद में, इन नमूनों पार्श्व रूट गठन के दौरान जीनोम चौड़ा अभिव्यक्ति प्रोफाइल निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। LRIS अन्य पौधों की प्रजातियों के लिए इस प्रणाली को लागू करने के पार्श्व रूट एराबिडोप्सिस में दीक्षा और मक्का 9-13, लेकिन जरूरत के बारे में पहले से ही महत्वपूर्ण ज्ञान प्राप्त हुए है और अधिक जीनोम अनुक्रम कर रहे हैं के रूप में अधिक स्पष्ट हो जाता है और किफायती महत्वपूर्ण करने के लिए ज्ञान के हस्तांतरण के लिए एक बढ़ती रुचि है प्रजातियों।
इधर, एराबिडोप्सिस और मक्का LRISs की विस्तृत प्रोटोकॉल दिया जाता है। इसके बाद, इस प्रणाली के उपयोग का एक उदाहरण मक्का LRIS से प्राप्त transcriptomics डेटा विभिन्न प्रजातियों के पौधे भर में पार्श्व रूट दीक्षा के दौरान एक संरक्षित समारोह है कि कार्यात्मक homologs की पहचान करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि कैसे illustrating द्वारा प्रदान की जाती है। अन्य पौधों की प्रजातियों का प्रस्ताव कर रहे हैं के लिए अंत में, दिशा निर्देशों LRIS अनुकूलन करने के लिए।
एराबिडोप्सिस LRIS प्रोटोकॉल में, यह केवल पूरी तरह से एनपीए युक्त मध्यम विकास के साथ संपर्क में हो गए हैं कि पौध हस्तांतरण करने के लिए महत्वपूर्ण है। इस पार्श्व जड़ दीक्षा पूरे रूट की लंबाई से अधिक अवर?…
The authors have nothing to disclose.
The authors thank Davy Opdenacker for technical assistance and photography. We greatly thank Dr. Annick Bleys for helpful suggestions to improve the manuscript. This work was financed by the Interuniversity Attraction Poles Programme IUAP P7/29 ‘MARS’ from the Belgian Federal Science Policy Office, by the FWO grant G027313N and by the Agency for Innovation by Science and Technology, IWT (IR).
ARABIDOPSIS LRIS | |||
Seeds | |||
Arabidopsis seeds | Col-0 ecotype | ||
Gas sterilization of seeds | |||
micro-centrifuge tubes 1.5 ml | SIGMA-ALDRICH | 0030 125.215 | Eppendorf microtubes 3810X, PCR clean |
micro-centrifuge tubes 2 ml | SIGMA-ALDRICH | 0030 120.094 | Eppendorf Safe-Lock microcentrifuge tubes |
hydrochloric acid | Merck KGaA | 1,003,171,000 | 37% (fuming) for analysis EMSURE ACS,ISO,Reag. Ph Eu |
glass desiccator | SIGMA-ALDRICH | Pyrex | |
glass beaker | |||
plastic micro-centrifuge tubes box or holder | |||
Bleach sterilization of seeds | |||
ethanol | Chem-Lab nv | CL00.0505.1000 | Ethanol, abs. 100% a.r. dilute to 70% |
sodium hypochlorite (NaOCl) | Carl Roth | 9062.3 | 12% |
Tween 20 | SIGMA-ALDRICH | P1379 | |
sterile water | |||
Growth medium | |||
Murashige and Skoog salt mixture | DUCHEFA Biochemie B.V. | M0221-0050 | |
myo-inositol | SIGMA-ALDRICH | I5125-100G | |
2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid (MES) | DUCHEFA Biochemie B.V. | M1503.0100 | |
sucrose | VWR, Internation LLC | 27483.294 | D(+)-Sucrose Ph. Eur. |
KOH | Merck KGaA | 1050211000 | pellets for analysis (max. 0.002% Na) EMSURE ACS,ISO,Reag. Ph Eur |
Plant Tissue Culture Agar | LabM Limited | MC029 | |
Lateral root induction chemicals | |||
N-1-naphthylphthalamic acid (NPA) | DUCHEFA Biochemie B.V. | No. N0926.0250 | 10 µM (Arabidopsis) |
1-naphthalene acetic acid (NAA) | DUCHEFA Biochemie B.V. | No. N0903.0050 | 10 µM (Arabidopsis) |
dimethylsulfoxide (DMSO) | SIGMA-ALDRICH | 494429-1L | |
Making a mesh for transfer | |||
nylon mesh | Prosep byba | Synthetic nylon mesh 20 µm | |
Sowing and seedling handling | |||
square petri dish plates | GOSSELIN | BP124-05 | 12 x 12 cm |
50 ml DURAN tubes | SIGMA-ALDRICH | CLS430304 | Corning 50 mL centrifuge tubes |
drigalski | Carl Roth | K732.1 | |
pipette | |||
cut pipette tips | Daslab | 162001X | Universal 200, cut off 5 mm of tip before autoclaving |
breathable tape | 3M Deutschland GmbH | cat. no. 1530-1 | |
tweezers | Fiers nv/sa | K342.1; K344.1 | Dumont tweezers type a nr 5; Dumont tweezers type e nr 7 |
Growth conditions | |||
growth room | 21 °C, continuous light | ||
Materials | Company | Catalog | Comments |
MAIZE LRIS | |||
Seeds | |||
Maize kernels | B-73 | ||
Bleach sterilization of kernels | |||
glass beaker | |||
magnetic stirrer | Fiers nv/sa | C267.1 | |
sodium hypochlorite (NaOCl) | Carl Roth | 9062.3 | 12% |
sterile water | |||
Lateral root induction chemicals | |||
N-1-naphthylphthalamic acid (NPA) | DUCHEFA Biochemie B.V. | No. N0926.0250 | 50 µM (maize primary root), 25 µM (maize adventitious root) |
1-naphthalene acetic acid (NAA) | DUCHEFA Biochemie B.V. | No. N0903.0050 | 50 µM (maize) |
dimethylsulfoxide (DMSO) | SIGMA-ALDRICH | 494429-1L | |
Sowing and seedling handling | |||
paper hand towels | Kimberly-Clark Professional* | 6681 | SCOTT Hand Towels – Roll / White; sheet size (24 x 46 cm) |
seed germination paper | Anchor Paper Company | 10 X 15 38# seed germination paper | |
tweezers | Fiers nv/sa | K342.1; K344.1 | Dumont tweezers type a nr 5; Dumont tweezers type e nr 7 |
250 ml (centrifuge) tubes | SCHOTT DURAN | 2160136 | approx. 5.6 cm diameter and 14.7 cm height |
700 ml tubes | DURAN GROUP | 213994609 | cylinders, round foot tube, D 60 x 250 |
rack | for maize tubes, home made | ||
sterile water | |||
Growth conditions | |||
growth cabinet | 27 °C, continuous light, 70% relative humidity |