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Biology

Metodo standardizzato per la sterilizzazione di High-throughput di semi di Arabidopsis

Published: October 17, 2017 doi: 10.3791/56587
* These authors contributed equally

Summary

L'obiettivo di questo studio era di determinare gli effetti della sterilizzazione del gas di cloro e candeggina su germinazione del seme di una gamma di Arabidopsis genotipi coltivati in terreno sterile. Sono stati sviluppati protocolli di sterilizzazione ottimizzato per impedire la crescita di contaminanti microbici fornendo al contempo sopravvivenza seme soddisfacente.

Abstract

Arabidopsis thaliana Piantine (Arabidopsis) spesso bisogno di essere coltivato su terreno sterile. Ciò richiede sterilizzazione seme preventiva per prevenire la crescita di contaminanti microbici presenti sulla superficie del seme. Attualmente, i semi di Arabidopsis sono sterilizzati usando due tecniche di sterilizzazione distinti in condizioni che differiscono leggermente tra i laboratori e non sono state standardizzate, spesso con conseguente sterilizzazione solo parzialmente efficace o nella mortalità eccessiva seme. La maggior parte di questi metodi non sono anche facilmente scalabile per un gran numero di linee di semi diversi genotipi. Come tecnologie per analisi di alto-rendimento di Arabidopsis continuano a proliferare, tecniche standardizzate per la sterilizzazione dei numerosi semi di differenti genotipi sono sempre essenziali per lo svolgimento di questi tipi di esperimenti. È stata valutata la risposta di un certo numero di linee di Arabidopsis a due tecniche di sterilizzazione diversi basato sul tasso di germinazione del seme e il livello di contaminazione del seme con microbi ed altri agenti patogeni. I trattamenti incluso diverse concentrazioni di agenti e tempi di esposizione, combinati per determinare le condizioni ottimali per la sterilizzazione del seme di Arabidopsis di sterilizzazione. Sono stati sviluppati protocolli ottimizzati per due metodi di sterilizzazione diversi: candeggina (fase liquida) e cloro (Cl2) gas (fase gassosa), entrambi con conseguente tassi di germinazione di semi di alta e minima contaminazione microbica. L'utilità di questi protocolli è stato illustrato attraverso la sperimentazione di wild type e mutanti semi con una gamma di potenziali di germinazione. I nostri risultati indicano che semi possono essere efficacemente sterilizzati utilizzando qualsiasi metodo senza mortalità eccessiva seme, anche se sono stati osservati effetti nocivi di sterilizzazione per semi con minore potenziale di germinazione ottimale. Inoltre, un'equazione è stata sviluppata per consentire ai ricercatori di applicare le condizioni di sterilizzazione del gas cloro standardizzato per contenitori ermetici di diverse dimensioni. I protocolli descritti qui consentono sterilizzazione seme facile, efficiente e poco costoso per un gran numero di linee di Arabidopsis.

Introduction

Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) è un organismo modello privilegiata per la ricerca di base e applicata in pianta biologia1,2,3. Mentre le condizioni standard per crescita di Arabidopsis sono stati affermati4, l'effetto di sterilizzazione di seme sulla vitalità del seme non è stato rigorosamente testato. Terreni solidi in lastre o scatole sono usato ordinariamente per facilitare la crescita delle piantine di Arabidopsis per molte applicazioni sperimentali, come l'identificazione di mutanti omozigoti letale in una popolazione segregating, osservazione dei fenotipi sparare e radice a presto fasi, isolamento del patogeno-libero tessuto, raccolta di grandi quantità di tessuto semenzale, selezione di piante resistenti alla droga o trasformanti e valutazione di germinazione1,2,3,4 . Semi raccolti da piante coltivate in una serra o camera di crescita occasionalmente sono contaminati da microrganismi e polvere. Crescita delle piantine di Arabidopsis su diversi tipi di terreno sterile richiede sterilizzazione preventiva seme per rimuovere i contaminanti microbici quali funghi e batteri presenti sulla superficie del seme. L'uso di un regime di sterilizzazione efficace seme è fondamentale per un equilibrio di alta germinazione, contaminazione minima e la pianta vigorosa crescita.

I due metodi più comuni utilizzati per la sterilizzazione del seme di Arabidopsis sono basati su candeggina commerciale (fase liquida) e gas di cloro (fase gassosa). Varie procedure sono state impiegate per entrambi fase liquida sterilizzazione1,4,5,6,7,8,9 , sterilizzazione del vapore-fase e 10 di Arabidopsis semi8,10,11,12,13,14,15 ,16. Tuttavia, mentre queste procedure sono state efficaci nell'effettuazione sterilizzazione seme dei genotipi utilizzati, un'analisi dettagliata degli effetti di trattamenti diversi sterilizzazione sui semi di differenti genotipi non è stata segnalata. Pertanto, l'ottimizzazione di queste procedure di sterilizzazione è necessaria per definire le condizioni in cui efficiente sterilizzazione è combinato con alta germinabilità.

Centro di risorse biologiche (ABRC) di The Arabidopsis è posizionata per) sperimentare la vitalità di sementi di una varietà di differenti genotipi nel vantaggio raccolta e b) di adottare le procedure di controllo della qualità applicate internamente e in risposta al feedback degli utenti sulla germinazione del seme. Gli obiettivi degli esperimenti presentati qui erano di determinare gli effetti dei vari metodi di sterilizzazione sulla germinazione dei semi di una gamma di Arabidopsis genotipi. Procedure di sterilizzazione ottimizzato che provocare tassi di germinazione di semi di alta mantenendo la contaminazione da agenti patogeni minimal sono presentate per la sterilizzazione a gas sia candeggina e cloro.

Protocol

1. preparazione di Murashige e Skoog (MS) medio: 1x

  1. aggiungere 4,31 g di MS basale miscela di sale, 10 g di saccarosio e 0,5 g di 2-(N-Morpholino) ethanesulfonic acido (MES) in un becher contenente 0,8 L di acqua distillata e mescolare per sciogliere. Controllare e regolare il pH a 5.7 utilizzando 1 M di idrossido di potassio (KOH). Aggiungere acqua distillata per fare 1 L.
  2. Dividere i media in due bottiglie da 1 L, 500 mL cadauna. Aggiungere 5 g di agar ad ogni bottiglia. Tenere il coperchio allentato.
  3. Autoclave per 20 min a 121 ° C, 15 psi con un ancoretta magnetica in bottiglia.
  4. Dopo la sterilizzazione in autoclave, mettete le bottiglie in un piatto mescolare a bassa velocità e lasci che il media MS raffreddare a 45-50 ° C (fino a quando la bottiglia può essere tenuta con le mani nude).
  5. a partire da questo passaggio, eseguire tutti i passaggi in condizioni sterili in una cappa a flusso laminare. Aggiungere 500 µ l Gamborg ' s soluzione di vitamine per ogni bottiglia e mescolare il mezzo di MS per distribuire uniformemente la soluzione vitamina.
  6. Versare abbastanza media in piastre a coprire circa la metà della profondità della piastra.
  7. Lasciate raffreddare a temperatura ambiente per circa 1 h per consentire l'agar solidificare le piastre.
    Nota: Se le piastre non sono deve essere usato immediatamente, li avvolgono in plastica e conservare a 4 ° C (temperatura del frigorifero). Coperto di piastre, scatole o tubi con agar solidificato possono essere conservati per diverse settimane a 4 ° C in un contenitore ermetico.

2. Sterilizzazione dei semi di Arabidopsis con candeggina

  1. preparare il MS Piastre conformemente al punto 1 del protocollo. Autoclave 100 mL di acqua distillata allo stesso tempo come i Media di MS. Utilizzare questo più tardi come acqua di risciacquo e consente di sospendere i semi per aiutare nella placcatura.
    Nota: Se lo si desidera, miscela di agar 0,8% (p/v) (ad es. phytagar) può anche essere autoclavato in questo passaggio. La miscela di agar può essere sostituito con acqua distillata durante placcatura (passo 2.5.3.). La viscosità supplementare della miscela agar rende più facile ai semi di spazio sulla piastra o pianta in righe se necessario.
  2. Preparare 50% (v/v) di candeggina soluzione da utilizzare per sterilizzare i semi. Per diluire la candeggina, aggiungere 100 mL di candeggina per 100 mL di acqua distillata. Aggiungere 50 µ l di Tween 20 detergente alla soluzione di candeggina.
    Nota: Soluzione di candeggina preparata può essere conservata per fino a un mese, fino a quando viene aperto solo in condizioni di sterilità.
  3. Aliquot 100 semi in una provetta da microcentrifuga da 1,5 mL.
  4. Sterilizzare i semi utilizzando una soluzione di candeggina al 50%.
    1. In una cappa a flusso laminare, aggiungere 500 µ l di soluzione di candeggina al 50% per il tubo del microcentrifuge contenente i semi. Toccare il fondo del tubo di sospendere i semi della soluzione di candeggina.
      Nota: In alternativa, un rotatore o shaker a piattaforma può essere utilizzato per tenere i semi sospesi.
  5. Risciacquare la soluzione di candeggina dal tubo.
    1. Dopo 10 min, rimuovere la soluzione di candeggina dal tubo del microcentrifuge utilizzando una pipetta o un aspiratore dotato di un puntale all'estremità.
    2. Aggiungere 500 µ l di acqua distillata sterile al tubo. Tappare la provetta e invertire per mescolare. Consentire semi a depositarsi sul fondo del tubo. Una volta che i semi sono depositati alla parte inferiore del tubo con attenzione rimuovere la soluzione di candeggina di pipettaggio. Ripetere l'operazione di risciacquo processo 6 volte.
    3. Aggiungere 1 mL di acqua distillata in autoclave al tubo di sospendere i semi.
  6. Piastra semi sterilizzati sulle piastre di MS.
    1. In una cappa a flusso laminare, etichettare il fondo del piatto con il nome e la data corrente MS.
    2. Versare i semi dal tubo del microcentrifuge sulla piastra di MS. Spargere i semi intorno alla piastra di MS utilizzando un'ansa sterile, monouso da inoculo o una pipetta sterile.
      Nota: Se semi devono essere seminati in righe, può essere utilizzata una pipetta con una punta di 200 µ l di individualmente i semi nelle posizioni desiderate. Per migliorare il flusso di semi, alla fine della punta della pipetta può essere tagliata da 3-5 mm utilizzando le forbici. Ogni seme fuori luogo o grappoli di semi può quindi essere riposizionati o separati utilizzando un'ansa da inoculo monouso sterile.
    3. Mettere la piastra di MS sul retro della della cappa a flusso laminare con il coperchio chiuso a metà. Permettere all'acqua in eccesso di evaporare dalla piastra MS.
    4. Mettere il coperchio sulla piastra di MS. Guarnizione piastra MS avvolgendo la piastra con carta microporosa chirurgica nastro (vedere la Tabella materiali).

3. Sterilizzazione del seme di Arabidopsis con Gas di cloro

  1. preparare il MS Piastre conformemente al punto 1 del protocollo. Autoclave 100 mL di acqua distillata allo stesso tempo come la MS Media; Questo verrà utilizzato in seguito per aiutare sospendere i semi per aiutare nella placcatura.
    Nota: Se lo si desidera, miscela di agar 0,8% (p/v) (ad es. phytagar) può anche essere autoclavato in questo passaggio. La miscela di agar può essere sostituito con acqua distillata durante placcatura (passo 3.6.2.). La viscosità supplementare della miscela agar rende più facile ai semi di spazio sulla piastra o pianta in righe se necessario.
  2. Prima di iniziare la sterilizzazione, calcolare la quantità di candeggina e acido cloridrico (HCl) per produrre gas di cloro necessaria.
    1. Calcolare la quantità di HCl necessari per produrre il 6.1% Cl 2 necessaria per la sterilizzazione.
    2. Utilizzare la seguente formula:
      Equation 1
      con 7.000 mL come il volume del contenitore di sterilizzazione e 6.1% Cl 2; il volume di HCl è calcolato per essere 3ml.
      Nota: Un foglio di calcolo programmato per effettuare il calcolo per diversi volumi del contenitore e % Cl 2 viene fornito come supplementare nella tabella 1.
  3. Aliquot 100 semi in microcentrifuga 0,5 mL. Chiudere i tappi per ciascun flaconcino, posizionare le fiale in un rack di plastica e mettere da parte.
    Nota: Finché sono memorizzati in opportune condizioni, semi possono essere memorizzati per un periodo prolungato di tempo a questo punto. Condizioni di conservazione possono essere trovate nella sezione 3.3.2 del protocollo di Rivero e colleghi 4. piastra a 96 pozzetti formato può essere utilizzato anche.
  4. Preparare i materiali necessari per eseguire la sterilizzazione del gas cloro.
    1. Ottenere candeggina e HCl dalle loro posizioni di archiviazione.
    2. Taglio una striscia di paraffina grande film (Vedi la Tabella materiali) da utilizzare nel passaggio 3.5.3. per sigillare il contenitore per sterilizzazione.
    3. Inserire il contenitore di plastica con coperchio in cui la sterilizzazione si svolgerà all'interno di una cappa aspirante. Aprire i tappi su tutti i flaconi di seme e dispongono la cremagliera di seme intero all'interno del contenitore di plastica.
  5. Eseguire la sterilizzazione del gas di cloro a temperatura ambiente.
    Attenzione: Lavorare con candeggina e acido separatamente. Non lasciare una bottiglia non livellata per ridurre il rischio di fuoriuscite. Utilizzare appropriati dispositivi di protezione individuale (PPE) compresi guanti e un camice da laboratorio. Se candeggina o acido spruzza su guanti, cambiare i guanti prima di maneggiare altri materiali. Rimuovere sempre i guanti nella cappa fumi in caso di contaminazione di candeggina o acido.
    1. Mettere un becher da 250 mL all'interno del contenitore e aggiungere 100 mL di candeggina.
      Nota: La reazione tra HCl e candeggina richiede almeno 22 volumi eccesso di candeggina. La reazione si consuma l'HCl e candeggina rilasciando gas 2 Cl con acqua e cloruro di sodio (NaCl) come sottoprodotti. Utilizzando un grande eccesso di candeggina consente il consumo di ulteriori HCl durante il periodo di ventilazione, che diminuisce la quantità di sodio bicarbonato (NaHCO 3) necessari per neutralizzare la soluzione per lo smaltimento.
      Attenzione: Il contenitore dovrebbe essere almeno due volte il volume totale di liquido di candeggina + HCl. Questo impedisce spruzzi evasione Becher durante il passaggio successivo, che possono danneggiare i semi, candeggina vestiti o bruciare la pelle esposta.
    2. Aggiungere 3 mL di HCl per il becher contenente candeggina.
      Attenzione: La reazione iniziale produce bolle, soprattutto alle concentrazioni di gas superiore a 6,1%. Un camice a maniche lunghe è necessario per questo passaggio.
    3. Chiudere il contenitore per sterilizzazione e sigillare con pellicola di paraffina immediatamente.
    4. Monitorare il contenitore per sterilizzazione durante il tempo di sterilizzazione per garantire l'accumulo di gas; l'accumulo di gas di cloro deve essere visibile come una debole foschia giallo all'interno del contenitore.
      Attenzione: Controllare periodicamente il contenitore di sterilizzazione per assicurare che la pressione all'interno non ha disarcionato il coperchio o pellicola di paraffina. Se il coperchio è venuto disarcionato o il film di paraffina si è allentato, chiudere il coperchio e avvolgere attentamente il contenitore con un ulteriore strato di pellicola paraffina.
    5. h dopo l'1-sterilizzazione periodo, aprire il contenitore di rimozione della pellicola di paraffina e aprendo il coperchio su un angolo. Consentire il contenitore sfogare per 3 ore per completare la reazione ed eliminare il gas cloro.
    6. Chiudere i tappi di tutte le provette microcentrifuga nel rack seme.
      Nota: Semi sterilizzati possono essere memorizzati fino a tempo di placcatura, purché essi sono immagazzinati in condizione asciutta.
    7. Rimuovere il rack di seme e posizionarlo in una cappa a flusso laminare.
    8. Neutralizzare la reazione del gas cloro
      1. aggiungere 1,5 g NaHCO 3 polvere lentamente per il becher contenente la soluzione di candeggina/HCl e mescolare con una bacchetta di vetro per sciogliere il NaHCO 3 nella soluzione. Continuare ad aggiungere NaHCO 3 fino a quando hanno smesso di bolle di gas di anidride carbonica (CO 2) formando.
        Attenzione: Aggiungere lentamente per evitare schizzi. Uso dei DPI appropriati, compresi i guanti e un camice da laboratorio.
      2. Verificare il pH della soluzione utilizzando strisce pH o un pH-metro. Aggiungere ulteriori NaHCO 3 se necessario fino a quando il pH della soluzione è neutro (pH 7.0). A questo punto la soluzione può essere rimosso dalla cappa fumi e smaltita secondo le linee guida di smaltimento tutti.
        Attenzione: Se durante lo smaltimento è notato alcun odore, quindi la soluzione dovrebbe immediatamente essere rinviata per la cappa.
  6. Piastra semi sterilizzati sulle piastre di MS.
    1. In una cappa a flusso laminare, etichettare il fondo del piatto con il nome e la data corrente MS.
    2. Aggiungere 500 µ l di acqua distillata sterile per ogni tubo del microcentrifuge per sospendere i semi. Versare semi verso la piastra di MS e spargere i semi in modo uniforme intorno alla piastra utilizzando un'ansa sterile, monouso da inoculo o una pipetta sterile.
    3. Mettere la piastra di MS sul retro della della cappa a flusso laminare con il coperchio chiuso a metà. Permettere all'acqua in eccesso di evaporare dalla piastra MS.
    4. Mettere il coperchio sulla piastra di MS. Sigillare la piastra MS avvolgendo la piastra con nastro chirurgico di carta microporosa.

4. Crescita di Arabidopsis sulle piastre di MS

  1. posizionare le piastre con il coperchio sulla parte superiore per tre giorni a 4 ° c e umidità ambiente.
    Nota: Questo processo si chiama stratificazione e serve per sincronizzare la germinazione dei semi individuali.
  2. Le piastre di trasferimento per l'ambiente di crescita.
    1. Mantenere temperatura a 23 ° C e intensità della luce a 120-150 µmol/m 2 s con luce di 16 h / 8h scuro fotoperiodo. Collocare i piatti piatto nell'ambiente crescere con il coperchio sulla parte superiore così le radici si sviluppano nel terreno.
  3. Let crescono le piantine sulle piastre per 8 giorni.
    Nota: Un periodo di crescita di 8 giorno permette tardi germinare semi di germinare. Piastre possono essere segnati prima di 8 giorni se tutti i semi hanno germinato.
  4. Punteggio ottenuto i tassi di germinazione.
    1. Record il numero di semi che hanno germinato e che non hanno germinato. Tasso di germinazione viene calcolato dividendo il numero di semi germinati per il numero totale di semi sul piatto.
      Nota: Germinazione viene conteggiato quando la radichetta ha proiettato fuori il cappotto di seme e i due cotiledoni sono visibili.
    2. Anche contare il numero di semi colpiti da muffa per determinare l'efficacia delle condizioni di sterilizzazione.

Representative Results

Semi di Arabidopsis raccolti da una camera aperta del campo, serra o crescita a volte sono contaminati da vari microrganismi come batteri e funghi1,4. Così, germinazione di semi sul terreno sterile può essere particolarmente impegnativo a causa della contaminazione delle piastre, soprattutto quando la fornitura di sementi è limitato. Il protocollo ottimizzato per la sterilizzazione a gas candeggina e il cloro, i cui risultati sono presentati qui di seguito, riduce al minimo questo problema e preserva la vitalità dei semi richiesto per le applicazioni ad alta velocità.

Effetti di sterilizzazione di candeggina sulla germinazione dei semi di Arabidopsis Col-0

Bleach è l'agente più comunemente utilizzato per la sterilizzazione di seme in numerose specie di piante. La concentrazione ottima dell'agente di sterilizzazione e il tempo di esposizione varia tra specie. Diversi protocolli sono stati impiegati con candeggina per la sterilizzazione di Arabidopsis semi1,4,5,6,7,8,9 , 10. quattro differenti concentrazioni di candeggina con cinque tempo di esposizione diversi periodi sono stati testati e i risultati sono presentate in Figura 1. I trattamenti sono stati applicati ai semi di Columbia selvaggio-tipo (Col-0). L'effetto della concentrazione di candeggina sulla germinazione dei semi di Col-0 varia a seconda del tempo di sterilizzazione, come dimostrato da un'interazione significativa fra concentrazione di candeggina e tempo di sterilizzazione (Figura 1, P < 0.001, ANOVA-analisi della varianza).

Negli esperimenti con tempi di sterilizzazione tra 5 e 10 min, trattamenti con tutte le concentrazioni di candeggina provocato ugualmente alta germinabilità dei semi Col-0 (Figura 1). Tariffe alta germinazione inoltre sono state osservate per le concentrazioni di candeggina per uso domestico del 40% e 50% per tutti i tempi di sterilizzazione. Trattamenti con candeggina 80% e 100% per periodi più lunghi di 10 min ha provocato una significativa diminuiscono del tasso di germinazione rispetto ai tempi di immersione totale (P < 0.01, ANOVA). Inoltre, per l'80% e il 100% di candeggina trattamenti per 20 min, germinazione è stata significativamente diminuita rispetto al corrispondente 40% e 50% candeggina trattamenti (P < 0.001, ANOVA).

Semi vari livelli di candeggio e avvizzimento quando usando candeggina alte concentrazioni per 15 min o più visualizzati. In aggiunta alla relativamente alta (fino a 32%) mortalità seme, semi germinati sterilizzati in queste condizioni spesso ha mostrate i difetti di crescita, si riflette in un fallimento dei cotiledoni e ipocotili per spiegare e allungare, con conseguente arresto dello sviluppo. Maggior parte dei trattamenti (14 su 20) erano completamente privo di muffa, con conseguente muffa livello media complessiva di 0,21% ± 0,003 (tabella 1).

Un trattamento con candeggina al 50% e un tempo di macerazione di 10 min è stato selezionato come il miglior regime di sterilizzazione perché combinato alto tasso di germinazione con buona inibizione di sviluppo del patogeno superficiale. Questo trattamento è stato selezionato per testare l'effetto di sterilizzazione di candeggina su diverse linee mutanti come descritto di seguito.

Effetti della sterilizzazione del gas di cloro sulla germinazione dei semi di Col-0

Per ottimizzare le condizioni di sterilizzazione del gas di cloro, tre differenti concentrazioni di gas di cloro sono state usate per sterilizzare semi Col-0 per due periodi di tempo (tabella 2). La concentrazione di gas è stata calcolata in base il volume di HCl concentrato e il volume del contenitore di sterilizzazione usando la seguente equazione:

Equation 2

Questa equazione è stata derivata utilizzando la legge dei gas perfetti assumendo 12,3 M HCl, una temperatura di 23 ° C e pressione atmosferica standard di 101,3 kPa.

L'effetto della concentrazione di gas di cloro sulla germinazione dei semi di Col-0 è stato indicato per dipendere dal tempo di sterilizzazione, come indicato da un'interazione significativa fra il tempo e i fattori di concentrazione (Figura 2A, P < 0.01, ANOVA) . Concentrazione di gas di cloro ha avuto alcun effetto significativo sulla germinazione dei semi di Col-0 sottoposto a sterilizzazione 1 h. Con questo tempo di sterilizzazione, tutte le concentrazioni di gas di cloro promosso allo stesso modo alti livelli di germinazione, superiore all'85% (P > 0,05, ANOVA). D'altra parte, una sterilizzazione h-lungo 3 ha provocato una diminuzione significativa del tasso di germinazione per la più alta concentrazione di gas di cloro, confrontato con le due concentrazioni più basse di gas (P < 0,05, ANOVA). Questi risultati indicano che i trattamenti di semi di Arabidopsis con una qualsiasi delle concentrazioni del gas di cloro testata per 1 h, o con le concentrazioni di gas inferiore al 16,5% per 3 h, sono ugualmente efficaci nel preservare la vitalità del seme dal momento che i tassi di germinazione erano sempre maggiori al 82%. Tuttavia, semi per 3 h con 16,5% gas di sterilizzazione è stato dannoso per la germinazione dei semi.

Anche l'incidenza di muffa era dipenda sulla concentrazione di gas e tempo di esposizione. Crescita di muffa efficacemente è stata inibita con concentrazioni relativamente elevate di gas di cloro 6,1% e 16,5% per 1 h-lungo trattamento e con tutte le concentrazioni di gas per 3 h (Figura 2B).

Basato su questi risultati, un trattamento con una concentrazione di gas del 6,1% per 1 h (tabella 2) è stato selezionato come la migliore condizione per sterilizzazione a vapore-fase per testare l'effetto di sterilizzazione a gas su diverse linee mutanti, poiché ha combinato (tasso di germinazione alta 85%) con bassissimo livello di contaminazione di muffa (0,02%).

Effetti della sterilizzazione del gas di cloro e candeggina sui semi con diversi potenziali di germinazione

L'analisi statistica ha mostrato che la risposta di germinazione a metodi di sterilizzazione dipendeva il potenziale di germinazione delle linee (Figura 3A, P < 0.01, ANOVA). Sterilizzazione a gas né candeggina né cloro ridotto tasso di germinazione dei semi con elevato potenziale di germinazione (gruppi di 4 e 5). Né il trattamento ha avuto un effetto sul tasso di germinazione già basso del gruppo con il più basso di germinazionepotenziale (gruppo 1). Al contrario, sterilizzazione del gas di cloro ha provocato una riduzione significativa di circa 12-18% (P < 0.01, ANOVA) nella germinazione dei semi con potenziale di germinazione intermedio (gruppi 2 e 3). Candeggina sterilizzazione inoltre è diminuito tasso di germinazione del 13% del gruppo 2, ma esso non ha fatto diminuire il tasso di germinazione del gruppo 3. Anche se non c'era differenza significativa nel tasso di germinazione tra la candeggina e il cloro trattamenti di gas in qualsiasi gruppo di germinazione (Figura 3A, P > 0.442, ANOVA), semi sterilizzati con candeggina hanno avuto un leggermente superiore tasso di germinazione di semi sterilizzati con gas in tutti i gruppi di germinazione.

Trattamenti di sterilizzazione alterati significativamente (P < 0.001, ANOVA) la percentuale di semi colpiti da muffa (Figura 3B). Entrambi sterilizzazione di candeggina e gas di cloro ha provocato meno crescita di muffe (P < 0,05, ANOVA) rispetto a nessuna sterilizzazione. Non c'era differenza nel livello di muffa rilevata tra gas e candeggina sterilizzazione in qualsiasi gruppo (Figura 3B, P > 0,4, ANOVA).

Figure 1
Figura 1: gli effetti del tempo di concentrazione e sterilizzazione di candeggina sulla germinazione dei semi di Arabidopsis Col-0. I valori sono mezzi ± SD ottenuta da 5 replicazioni indipendenti dell'esperimento. * indica le differenze significative rispetto a 5min ammollo durata per un intervallo di concentrazioni di candeggina (P < 0.01, ANOVA). #indica le differenze significative di 80% e 100% candeggina concentrazioni rispetto al 40% e 50% per un 20 min periodo di tempo (P < 0.01, ANOVA). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: gli effetti del cloro gas concentrazione e sterilizzazione tempo sui semi di Arabidopsis Col-0. (A) (B) muffa livello e tasso di germinazione. Barre di errore rappresentano mezzi ± SD ottenuta da 5 biologici e tecnici 5 replicazioni dell'esperimento. Significa che non condividono una lettera sono significativamente differenti (P < 0,05, ANOVA). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: effetti della sterilizzazione del gas di cloro e candeggina sui semi con diversi potenziali di germinazione. (A) (B) muffa livello e tasso di germinazione. Le 100 righe di SALK T-DNA sono state classificate in cinque gruppi secondo la loro germinazione potenziale definiti come il tasso di germinazione in assenza di qualsiasi agente di sterilizzazione. I gruppi sulla base del tasso di germinazione erano come segue: gruppo 1 (0-20%), gruppo 2 (21-50%), gruppo 3 (51-70%), gruppo 4 (71-90%) e gruppo 5 (91-100%). Le linee sono stati scelti in modo casuale e loro germinazione potenziale non dipendeva dal genotipo. I valori sono mezzi ± SD ottenuti da tre repliche indipendenti dell'esperimento. Lettere ("a", "ab", "c", ecc.) sopra ogni valore indicano i raggruppamenti statistici dei mezzi di categoria. Significa che non condividono una lettera sono significativamente differenti (P < 0,05, ANOVA). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Tempo di sterilizzazione (min) Concentrazione di candeggina (%)
40 50 80 100
5 0.00% 0.00% 0.00% 2.13%
8 0.00% 0.00% 0.00% 0.00%
10 0.00% 0,50% 0.00% 0,36%
15 0.00% 0.00% 0.00% 0.68%
20 0,19% 0.28% 0.00% 0.00%

Tabella 1: Livello di stampo di candeggina-sterilizzata semi Col-0.

Candeggina HCl Tempo % Gas di cloro (mol gas totale Cl2/mol)
(mL) (mL) (h)
25 1 1 2.1
25 1 3 2.1
100 3 1 6.1
100 3 3 6.1
200 9 1 16,5
200 9 3 16,5

Tabella 2: Cloro (Cl2) gas trattamenti di sterilizzazione sui semi di selvaggio-tipo Columbia utilizzando un contenitore di 7 L.

Supplementare tabella 1: Un foglio di calcolo programmato per effettuare il calcolo per diversi volumi del contenitore e % Cl2. Per favore clicca qui per scaricare questo file.

Discussion

Quando crescere semi di Arabidopsis su terreno sterile, qualche forma di sterilizzazione deve essere applicato. Trattamenti di sterilizzazione di gas sia candeggina e cloro causare inibizione simile di crescita tasso e muffa di germinazione. Nessuno dei due metodi di sterilizzazione causa una riduzione significativa nel tasso di germinazione di semi con alta germinazione potenziale; Tuttavia, candeggina sterilizzazione è consigliata per linee con più basso potenziale di germinazione (20-70%), dovuto la piccola, seppur non significativo, miglioramento nel tasso di germinazione rispetto alla sterilizzazione del gas (Figura 3A).

Semi di Arabidopsis con concentrazioni di candeggina da 40-100% per fino a 10 min di sterilizzazione fornisce percentuali di germinazione soddisfacente e muffa efficace soppressione. Anche se le concentrazioni di candeggina meno del 40% fornire adeguata sterilizzazione per la maggior parte delle partite di sementi, utilizzando una concentrazione di 40% o superiore garantisce una sterilizzazione efficace anche pesantemente contaminati di lotti di sementi. È importante non superare i 10 min di sterilizzazione quando usando candeggina concentrazioni pari o superiori a 80% per evitare difetti di sviluppo del semenzale e semi di alta mortalità.

Il trattamento semi di Arabidopsis con le concentrazioni di gas di cloro del 6,1% e 16,5% per risultati 1H in tassi di germinazione alta e muffa adeguata eliminazione. Concentrazione di gas di cloro basso (2,1%) può essere utilizzato con successo da aumento della durata della sterilizzazione a 3 h.

Quando poche righe devono essere sterilizzati, si consiglia sterilizzazione liquida in una soluzione di candeggina al 50% per 10 min. Per un numero maggiore di righe, sterilizzazione a gas con una concentrazione di gas del 6,1% per 1 h è un'opzione migliore poiché molte linee possono essere sterilizzati in modo facile e veloce con meno manipolazione.

I nostri risultati forniscono condizioni standardizzate per la sterilizzazione sia grande numero di semi di diversi genotipi e i semi con basso potenziale di germinazione. L'unica limitazione di queste tecniche di sterilizzazione è che non possono essere applicati ai semi con tassi di germinazione meno del 20% a causa di mortalità di vasto seme. Metodi alternativi, come sonicazione17, per aumentare il tasso di germinazione in assenza di sterilizzazione potrebbero essere utile in quei casi.

Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Vorremmo ringraziare Gauri Datta per la sua assistenza nella preparazione di materiali sperimentali. Siamo inoltre grati a Bettina Wittler e James Mann per la revisione critica del manoscritto. Questo lavoro è stato supportato da NSF sovvenzioni DBI-1049341 e MCB-1143813.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.65 mL Microcentrifuge tubes GeneMate C-3260-5 Tube in which Arabidopsis thaliana seeds are placed to perform sterilization
1.7 mL Microcentrifuge tube GeneMate C-3262-1 Tube in which Arabidopsis thaliana seeds are placed to perform sterilization
7 L plastic container Sistema 1016265438 Container in which gas sterilization is performed
Concentrated HCl Sigma-Aldrich 320331 Chemical used in the process of creating chlorine gas
Disposable sterile inoculating loop Fisher Scientific 22-363-603 Loop is used to spread or position Arabidopsis seeds on MS plates
Gamborg’s vitamin solution Sigma-Aldrich G1019 Vitamin solution used in the process of making MS media
Household bleach Clorox Regular-Bleach Chemical used in the process of creating chlorine gas and liquid sterliziation
MES hydrate Sigma-Aldrich M2933 Chemical used in the process of making MS media
Micropore surgical tape 3M 1530-1 Microporous surgical paper tape used to seal MS plates
Murashige and Skoog basal salt mixture (MS) Sigma-Aldrich M5524 Chemical used in the process of making MS media
Parafilm M Bemis Company #PM996 Parraffin film used to seal sterilization container
Petri dish 100 X 15 mm  Fisher Scientific FB0875713 Petri dishes in which MS media is poured for the purpose of growing Arabidopsis thaliana
pH indicator strips Whatman 2613991 Used to check pH of neutralizied chlorine and sodium bicarbonate solution
Phytoagar Fisher Scientific 50-255-212 Used to aid in the suspension of Arabidopsis seeds in the process of plating seeds
Sodium bicarbonate Sigma-Aldrich S5761 Chemical used in the process of neutralizing chlorine gas reaction
Sucrose Sigma-Aldrich S0389 Chemical used in the process of making MS media
Tween 20 Fisher BioReagents BP337-100 Chemical used in the process of liquid sterilization
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org CS70000 (Col-0) Arabidopsis wild-type seeds 
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_037606C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1
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Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_072240C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1
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Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_084124C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1
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Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_089717C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1
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Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_110111C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_111322C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_113109C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_114702C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_114872C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_115657C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_116803C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_039445C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_039782C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_043037C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_045828C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_048556C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_049514C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_049725C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
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Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_081176C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_081770C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
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Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_082289C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_082702C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_083630C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_084635C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_085337C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_085656C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_093049C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
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Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_105336C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_105704C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
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Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_111584C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_112097C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_113339C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_115837C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2
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Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_046565C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_049258C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_049339C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_056307C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_081292C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_081597C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_083488C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_110573C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_112793C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_113658C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_113904C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_114673C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_114709C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_115455C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_013186C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_018261C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_062509C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_080639C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_088586C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_096651C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_106900C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_110131C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_111051C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_111245C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_113223C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_121391C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_125097C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_201905C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_210001C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_000662C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
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Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_080530C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_103881C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_110864C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_120294C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_124390C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_132808C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_137036C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_139519C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_140643C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_142288C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_143304C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_147597C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_209076C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_081081C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Groups 5 and 1
Arabidopsis thaliana seeds ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org SALK_107487C Arabidopsis seeds used in testing as a part of Groups 5 and 2

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Metodo standardizzato per la sterilizzazione di High-throughput di semi di Arabidopsis
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Lindsey III, B. E., Rivero, L., Calhoun, C. S., Grotewold, E., Brkljacic, J. Standardized Method for High-throughput Sterilization of Arabidopsis Seeds. J. Vis. Exp. (128), e56587, doi:10.3791/56587 (2017).

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