Summary

En effektiv metode til isolering af stærkt Renset RNA fra Frø til brug i Kvantitative Transkriptomet Analysis

Published: January 11, 2017
doi:

Summary

We have succeeded in establishing a method for RNA isolation from plant seeds containing large amounts of oils, proteins, and polyphenols, which have inhibitory effects on high-purity RNA isolation. Our method is suitable for monitoring the expression of genes with low level transcripts in seeds.

Abstract

Plant seeds accumulate large amounts of storage reserves comprising biodegradable organic matter. Humans rely on seed storage reserves for food and as industrial materials. Gene expression profiles are powerful tools for investigating metabolic regulation in plant cells. Therefore, detailed, accurate gene expression profiles during seed development are required for crop breeding. Acquiring highly purified RNA is essential for producing these profiles. Efficient methods are needed to isolate highly purified RNA from seeds. Here, we describe a method for isolating RNA from seeds containing large amounts of oils, proteins, and polyphenols, which have inhibitory effects on high-purity RNA isolation. Our method enables highly purified RNA to be obtained from seeds without the use of phenol, chloroform, or additional processes for RNA purification. This method is applicable to Arabidopsis, rapeseed, and soybean seeds. Our method will be useful for monitoring the expression patterns of low level transcripts in developing and mature seeds.

Introduction

Planter producerer frø, som giver anledning til den næste generation. Frø akkumulere store mængder af opbevaring reserver, såsom olier, kulhydrater og proteiner, til post-germinative vækst. Mennesker anvender frø opbevaring reserver som kilder til fødevarer og dyrefoder, og dermed plantefrø er en af ​​de største leverandører af spiselige organisk stof i hele verden. Stigende frøudbytter er en vigtig udfordring i plante videnskab.

Da frø opbevaring reserver er kommercielt værdifulde fødekilder og industrielle materialer, har de molekylære mekanismer, der ligger til grund for reguleringen af metabolismen af disse reserver blevet bredt undersøgt 1-6. Yderligere belyse disse mekanismer vil være nyttige for at øge frøudbytter i afgrøder. Frø udvikle sig i plante æggestokke efter befrugtningen, og de modnes gennem en række udviklingsstadier 1,6,7. Yderligere forstå den molekylære mekanisme underliggende frø udvikling kræver detaljeret, Præcise genekspressionsprofiler fra en række udviklende frø, der skal fremstilles. Imidlertid er de høje mængder af olier, proteiner, kulhydrater og polyphenoler i plantefrø gør det vanskeligt at isolere højt oprenset RNA, som udelukker nøjagtig profilering af genekspression.

Her introducerer vi en effektiv fremgangsmåde til RNA-isolering fra oliefrø indeholder store mængder af olier, proteiner og polyphenoler. Ved hjælp af denne metode, vil forskerne kunne udarbejde højt oprenset RNA. En sådan RNA vil være nyttig til overvågning transkriptionelle ændringer i vigtige gener, der kontrollerer den metaboliske regulering af frø opbevaring reserver i at udvikle og modne oliefrø.

Protocol

1. Udvinding af Total RNA fra plantefrø Forbered puffersystemer sæt, spin-søjler, 1,5 og 2,0 ml polypropylenrør og nukleasefrit 1,5 ml polypropylenrør. Tilsæt 1% (vægt / volumen) molekylærbiologisk kvalitet polyvinylpyrrolidon (i det følgende benævnt PVP) til cellelyse-buffer til RNA-ekstraktion og vortex kraftigt. Inkuber i 20 minutter ved 25 ° C for at opløses fuldstændigt. Efter 20 minutters inkubation, bland bufferen forsigtigt ved at dreje røret på hovedet for at forhindre dannel…

Representative Results

Vi først undersøgt den optimale koncentration af PVP hjælp Arabidopsis modne frø. Totalt RNA blev isoleret fra ca. 1.000 frø ifølge protokollen beskrevet ovenfor under anvendelse cellelyse-buffer indeholdende 0%, 0,25%, 0,5%, 1,0% eller 2,0% PVP. Efter homogenisering og centrifugering blev supernatanten opsamlet og samtidig undgå olielaget og frø debris (figur 1A). <img alt="figur 1" src="/file…

Discussion

Genekspressionsprofiler bidrage til vores forståelse af plantefysiologi; Derfor har specifikke RNA isolation metoder blevet udviklet til hver prøve tilstand 9-12. Vi undersøgte de processer, der blev inhiberet under RNA-isolering fra frø og fundet, at RNA-binding til silica-membraner blev alvorligt inhiberet. Store mængder olie, proteiner og polyfenoler hæmme RNA isolation. Vi ændret RNA-ekstraktion for at fjerne disse forbindelser med en lyseopløsning før processen af ​​RNA-binding til silica me…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi takke personalet i Functional Genomics faciliteten og spektrografi og Bioimaging Facility, NIBB Core forskningsfaciliteter, og model Plant Research Facility, NIBB Bioressource Center.

Materials

RNeasy Plant Mini Kit QIAGEN 74904
polyvinylpyrrolidone Sigma-Aldrich P5288-100G
HOMOGENIZER S-303 AS ONE 1-1133-02
NanoDrop Lite Thermo Scientific ND-NDL-US-CAN
PrimeScript RT reagent Kit (Perfect Real Time) TAKARA RR037A
KAPA SYBR Fast qPCR kit Kapa biosystems KK4601

References

  1. Hills, M. J. Control of storage-product synthesis in seeds. Curr Opin Plant Biol. 7 (3), 302-308 (2004).
  2. Li-Beisson, Y., et al. Acyl-lipid metabolism. Arabidopsis Book. 11, e0161 (2013).
  3. Bates, P. D., Stymne, S., Ohlrogge, J. Biochemical pathways in seed oil synthesis. Curr Opin Plant Biol. 16 (3), 358-364 (2013).
  4. Santos-Mendoza, M., et al. Deciphering gene regulatory networks that control seed development and maturation in Arabidopsis. Plant J. 54 (4), 608-620 (2008).
  5. Durrett, T. P., Benning, C., Ohlrogge, J. Plant triacylglycerols as feedstocks for the production of biofuels. Plant J. 54 (4), 593-607 (2008).
  6. Kanai, M., et al. The Plastidic DEAD-box RNA helicase 22, HS3, is essential for plastid functions both in seed development and in seedling growth. Plant Cell Physiol. 54 (9), 1431-1440 (2013).
  7. Kanai, M., et al. Extension of oil biosynthesis during the mid-phase of seed development enhances oil content in Arabidopsis seeds. Plant Biotechnol J. 14 (5), 1241-1250 (2016).
  8. Dekkers, B. J., et al. Identification of reference genes for RT-qPCR expression analysis in Arabidopsis and tomato seeds. Plant Cell Physiol. 53 (1), 28-37 (2012).
  9. Salzman, R. A., et al. An improved RNA isolation method for plant tissues containing high levels of phenolic compounds or carbohydrates. Plant Mol Biol Rep. 17 (1), 11-17 (1999).
  10. Vicient, C. M., Delseny, M. Isolation of total RNA from Arabidopsis thaliana seeds. Anal Biochem. 268 (2), 412-413 (1999).
  11. Wang, G. F., et al. Isolation of high quality RNA from cereal seeds containing high levels of starch. Phytochem Analysis. 23 (2), 159-163 (2012).
  12. Birtic, S., Kranner, I. Isolation of high-quality RNA from polyphenol-, polysaccharide- and lipid-rich seeds. Phytochem Analysis. 17 (3), 144-148 (2006).

Play Video

Cite This Article
Kanai, M., Mano, S., Nishimura, M. An Efficient Method for the Isolation of Highly Purified RNA from Seeds for Use in Quantitative Transcriptome Analysis. J. Vis. Exp. (119), e55008, doi:10.3791/55008 (2017).

View Video