Seitenwurzel induzierbaren Systems in<em> Arabidopsis</em> Und Mais
Summary
The Lateral Root Inducible System (LRIS) allows for synchronous induction of lateral roots and is presented for Arabidopsis thaliana and maize.
Abstract
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.
Introduction
Das Wurzelsystem ist von entscheidender Bedeutung für das Pflanzenwachstum, da es sicherstellt, Verankerung und die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen aus dem Boden. Weil die Expansion eines Wurzelsystem stützt sich hauptsächlich auf die Herstellung von Seitenwurzeln, ihre Einführung und Bildung weitgehend untersucht worden. Seitenwurzeln in einer bestimmten Untergruppe von Perizykel Zellen initiiert, die so genannte Gründerzellen 1. In den meisten Dikotyledonen wie Arabidopsis thaliana, sind diese Zellen an den Protoxylem Polen 2 angeordnet, wohingegen in Monokotyledonen wie Mais, werden sie an den Phloem Pole 3 gefunden. Gründer-Zellen werden durch eine erhöhte Auxin Reaktion 4 markiert, gefolgt von der Expression spezifischer Zellzyklusgene (zB CYCLIN B1; 1 / CYCB1; 1), wonach sie eine erste Serie von asymmetrischen anticlinal Divisionen 5 unterzogen werden. Nach einer Reihe von koordinierten Antiklinale und perikline Divisionen wird ein Seitenwurzel Primordium ausgebildet ist, dass schließlich wird als ein hervorutonomous Seitenwurzeln. Der Ort und Zeitpunkt des Seitenwurzel Initiation sind jedoch nicht vorhersehbar, da diese Ereignisse weder reichlich, noch synchronisiert. Dies erschwert die Verwendung von molekularen Ansätzen wie Transkriptomik, um diesen Prozess zu studieren.
Um dies zu bewältigen, wurde ein Seitenwurzel induzierbare System (LRIS) entwickelt worden, 6, 7. In diesem System werden die Sämlinge zuerst mit N-1-Naphthylphthalamidsäure (NPA), der Auxin-Transport und die Akkumulation hemmt folglich blockiert Seitenwurzelinitiations behandelten 8. Durch anschließendes Überführen der Keimling zum Medium, das die synthetischen Auxin 1-Naphthalin Essigsäure (NAA), reagiert die gesamte Perizykel Schicht auf den erhöhten Auxin Ebenen dadurch massiv Induktionsseitenwurzel Einleitung Zellteilungen 6. Als solche führt dieses System, um schnelle, synchrone und umfangreiche Seitenwurzeln Einweihungen, was eine einfache Sammlung von Wurzelproben für eine bestimmte Stufe der späten angereichertral Wurzelentwicklung. Anschließend kann diese Proben verwendet werden, um genomweite Expressionsprofile während der seitlichen Wurzelbildung zu bestimmen. Die LRIS hat bereits bedeutende Wissen über Seitenwurzel Einleitung in Arabidopsis und Mais 9-13, aber die Notwendigkeit ergab, dieses System auf andere Pflanzenarten gelten wird noch deutlicher, da mehr Genome sequenziert werden, und es gibt ein wachsendes Interesse an Wissen, um wirtschaftliche Bedeutung zu übertragen Spezies.
Hier werden die detaillierten Protokolle des Arabidopsis und Mais LRISs angegeben. Als nächstes wird ein Beispiel für die Verwendung des Systems vorgesehen ist, die darstellt, wie Transkriptomik Daten aus dem Mais LRIS gewonnen kann verwendet werden, um funktionelle Homologe, die eine konservierte Funktion während der seitlichen Wurzel Einleitung in verschiedenen Pflanzenarten zu identifizieren. Schließlich Richtlinien, um die LRIS Optimierung für andere Pflanzenarten vorgeschlagen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Im Arabidopsis LRIS Protokoll ist es wichtig, nur die Keimlinge, die vollständig in Kontakt mit der NPA-enthaltenden Wachstumsmedium gezüchtet wurden übertragen. Dies stellt sicher, daß Seitenwurzelinitiierung über den gesamten Wurzellänge blockiert. Um Verwundung der Pflänzchen bei der Übertragung zu verhindern, können die Arme der Pinzette unter gekrümmte den Kotyledonen der Sämling eingehängt werden. Bei der Übertragung, stellen Sie sicher, dass die Sämling Wurzeln sind in ausreichenden Kontakt…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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).
Materials
| 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 |
References
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