식물 성장 및 Extremophyte Schrenkiella parvula 의 꽃-딥 변환 Agrobacterium 중재

Summary

Agrobacterium 중재 변환 꽃 딥 메서드를 사용 하 여 성공적으로 extremophyte 모델 Schrenkiella parvula의 안정적인 유전자 변형 라인을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 선물이 프로토콜에서 애기 thaliana, 다른 성장 습관을 고려 하 고는 extremophyte의 생리 적 특성에 대 한 수정.

Abstract

Schrenkiella parvula 는 여러 이온 독성 스트레스를 포함 하 여 다양 한 abiotic 스트레스에 적응 하는 extremophyte입니다. 높은-품질 게놈 자원을 사용할 수 있는도 불구 하 고 식물 환경에 적응 하는 방법을 공부를 강조, 기능 유전체학 모델 값 고 도구 가능한 변환 시스템의 부족에 의해 제한 되어 있다. 이 프로토콜에서 우리는 안정적인 유전자 변형 미 parvula 를 생성 하는 방법을 보고 Agrobacterium 중재 꽃 딥 방법을 사용 하 여 라인. 우리는 A. thaliana 불확정 꽃 습관 등 잎에 높은 epicuticular 왁 스 콘텐츠 S. parvula의 독특한 특성에 대 한 계정에 사용 하는 변환 프로토콜을 수정 합니다. 간단히, S. parvula 씨앗 심기 전에 5 일 동안 4 ° C에서 층 화 되었다. 식물 photoperiod 14 h 빛과 어둠 10 h과는 130 µmol m^-2s^-1 빛의 강도, 22 ° C 24 ° c에서 성장 했다 8 9 주 된 식물 여러 inflorescences 변환에 대 한 선정 됐다. 이러한 inflorescences Agrobacterium tumefaciens GV3101의 pMP90RK 플라스 미드를 들고 침투 솔루션에서 감소 했다. 우리는 꽃 찍기 변환 효율을 높이기 위해 3 ~ 4 주 간격으로 2 라운드를 수행. T1 씨앗 수집 하 고 후보에 대 한 화면 발 변형 라인 전에 방와 컨테이너에 4 주 동안 건조 했다. 그만하 라고 저항 T1 식물에 사용 되었다. 우리는 가양성을 줄이기 위해 2 주 된 식물에서 시작 하는 3 일 간격으로 세 번 그만하 라고 솔루션을 살포. 그만하 라고 드롭 테스트 살아남는 진정한 긍정적인 transformants를 식별 하기 위해 개별 공장에서 수행 되었다. 변환 효율 0.033%, 10000 T1 씨앗 전파 당 3-4 유전자 변형 식물을 양보 했다.

Introduction

이 프로토콜에서 성장 및 extremophyte 모델 Schrenkiella parvula에 대 한 안정적인 유전자 변형 라인의 설립을 설명합니다. 효율적인 변환 시스템의 가용성은 어떤 다양 한 유전자 모델의 특징 이다. 극한 환경에서 번 창 하는 식물 extremophytes, 식물 환경 스트레스에 적응을 이해 하기 위한 중요 한 리소스 제공 이라고 합니다. Schrenkiella parvula (이전 Thellungiella parvula , Eutrema parvulum) 게놈 자원^1,2,3,,45를 확대와 함께 한 같은 extremophyte 모델입니다. 그러나, 변환 프로토콜 하지 아직 보고 되었습니다 S. parvula 에 대 한 게시 된 연구.

S. parvula 의 게놈 십자화과 (겨자 양배추 가족)에 첫 번째 게시 된 extremophyte 게놈 이며 비 extremophyte 모델, 애기 thaliana¹광범위 한 전체 게놈 synteny를 보여줍니다. 따라서, A. thaliana S. parvula 사이 비교 연구 A. thaliana 어떻게 parvula S. 게놈 진화 있으며 규제에 유익한 가설을 수행 하는 유전자 연구의 재산에서 혜택을 수 있는 다르게 대처에 극단적인 환경^5,,67강조 합니다. S. parvula 는 가장 소금 관대 (토양 NaCl LD50 기준) 알려진된 야생 친척 중의 종 A. thaliana⁸중 하나입니다. NaCl 내성 이외 S. parvula 통과 대부분 식물⁷독성 높은 농도에서 여러 소금 이온의 존재 그것의 수명 주기를 완료. 그것의 자연 서식 지에서 널리 퍼진 abiotic 스트레스에 대응, 그것 중 여러 연구에서 생화학 또는 생리 적 레벨 ^{8,,910, 다양 한 특성을 진화 했다 11}.

2010 년부터 대상 종으로 S. parvula 를 사용 하거나 다른 식물 게놈 비교에 사용 하는 400 개 이상의 피어 reveiwed 게시 되었습니다. 그러나, 분명 병목 어떤 유형의 연구를 실시 했습니다의 면밀 한으로 확인 될 수 있습니다. 대부분의 이러한 보고서의 미래 연구에 S. parvula 의 잠재적인 사용을 논의 하거나 비교 genomic 또는 phylogenomic 연구에서 그것을 사용 하 여. 개념 증명 변환 프로토콜의 부족으로 인해 설립 S. parvula에 대 한 날짜에 사용할 수 있는 최고 품질 식물 게놈의 한이 있는도 불구 하 고 기능 게놈 연구에 사용 되지 않은 (> 5 Mb contig N50) 조립 및 염색체 수준 pseudomolecules¹에 주석을 답니다.

Agrobacterium 중재 꽃 dip 변환 방법 A. thaliana에서 trasngenic 라인을 만드는 가장 광범위 하 게 사용 되는 방법은 되고있다 그리고 변환의 재현 시스템의 개발은으로 그것의 성공에 중요 한 요소는 유전자 모델^12,13. 그러나, 모든 십자화과 종 A. thaliana개발 꽃 딥 방법을 사용 하 여 변환 성공적으로 표시 되었습니다. 특히, S. parvula 를 포함 하는 십자화과 리니지 II 종 꽃-딥 기반된 변환 방법^14,15고집 불통 되었습니다.

S. parvula, 그것의 좁은 잎 형태와 결합의 불확정 꽃 성장 습관 도전 표준 Agrobacterium 중재 꽃 딥 변환 방법을 채택 했다. 이 연구에서 우리는 수정 된 프로토콜 S. parvula의 재현성 변화에 대 한 개발 했습니다 보고 합니다.

Protocol

1. 식물 성장 종자 살 균 (선택 사항) 이중 증 류 물 (ddH2O) 1 표 백제 50% 준비 또는 비 이온 세제의 2 상품 ( 재료의 표참조) 50 mL 튜브에. 여러 번 솔루션을 혼합 튜브를 반전.참고: 그것은 층 류 캐비닛 15 분 동안 UV 살 균된 표면 살 균 씨를 수행 하는 것이 좋습니다. ~ 100-200 표 백제 솔루션 추가 1.5 mL 튜브에 S. parvula 씨. 철…

Representative Results

우리는 150 일 이내 T0 씨앗의 수확을 가능 하 게 변환 프로토콜을 A. thaliana에서 수정 꽃 딥 방법을 사용 하 여 개발 했다. 그림 1 타임 라인 및 S. parvula 식물 꽃 딥 통해 변화를 실행 하기 위한 최적의 단계를 나타내는 요약을 보여 줍니다. 우리는 변환에 대 한 대상 무대도 발 아 후 60-80 일에 여러 inflorescences에 S. parvula 70 –80…

Discussion

식물의 생리 적 상태 변환²⁵의 효율을 크게 영향을 줍니다. 변환에 대 한 건강 하 고 활기찬 식물의 사용 S. parvula에서 성공적인 변환에 대 한 주요 요구 사항입니다. 물 또는 가벼운 스트레스 식물 변환 (그림 1, 센터 패널)에 대 한 이상적인 건강 한 식물에 비해 적은 꽃 있을 것 이다. S. parvula 는 빛의 강도에 성장할 수 있는 보다 작은 130 µmol m<su…

Materials

Agar	VWR International, Radnor, PA	90000-762	Bacto Agar Soldifying Agent, BD Diagnostics
B5 vitamins	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO	G1019	Gamborg’s Vitamin Solution
Desiccant	W A Hammond Drierite, Xenia, OH	22005	Indicating DRIERITE 6 mesh
Destination vector for plant transformation	TAIR	Vector:6531113857	pKGWFS7
Electroporation cuvette	USA Scientific	9104-5050	Electroporation cuvette, round cap, 0.2 cm gap
Electroporator	BIO-RAD Laboratories, Hercules, CA	1652100	MicroPulser Electroporator
Fertilizer beads	Osmocote Garden, Marysville, OH	N/A	Osmocote Smart-Release Plant Food Flower & Vegetable
Gel extraction kit	iNtRON Biotechnology, Boston, MA	17289	MEGAquick-spin Total fragment DNA purification kit
Gentamicin	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO	G1914-5G	Gentamicin sulfate
Glufosinate-ammonium (11.3%) herbicide (BASTA)	Bayer environmental science, Montvale, NJ	N/A	FINALE herbicide
Kanamycin	VWR International, Radnor, PA	200004-444	Kanamycin monosulfate
MES	Bioworld, Dublin, OH	41320024-2	MES, Free Acid
MS salt	MP Biomedicals, Santa Anna, CA	092621822	Hoagland's modified basal salt mixture
N6-benzylaminopurine (BA)	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO	B3274	6-Benzylaminopurine solution
NaCl	Sigma-Alrich	S7653	Sodium chloride
Non-ionic detergent	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO	9005-64-5	TWEEN 20
Plasmid isolation kit	Zymo Research, Irvine, CA	D4036	Zyppy Plasmid Kits
Recombinase enzyme mix kit	Life Technology	11791-020	Gateway LR Clonase II Enzyme mix
Rifampicin	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO	R3501-1G	Rifampicin, powder, >= 97% (HPLC)
Shaking incubator	ThermoFisher Scientific, Waltham, MA	SHKE4450	MaxQ 4450 Benchtop Orbital Shakers
Soil mix	Sun Gro	SUN239223328CFLP	Sun Gro Metro-Mix 360 Grower Mix
Spectinomycin	VWR International, Radnor, PA	IC15206705
Sterile 50ml conical tubes	USA Scientific, Ocala, FL	1500-1811	50 ml conical screw cap tubes, copolymer, racks, sterile
Sucrose	VWR International, Radnor, PA	57-50-1	Sucrose, ACS
Surfactant solution	Lehle seeds, Round Rock, TX	VIS-02	Silwet L-77
Topoisomerase-based cloning kit	Life Technologies, Carlsbad, CA	K240020	pENTR/D-TOPO Cloning Kit, with One Shot TOP10 Chemically Competent E. coli
Tryptone	VWR International, Radnor, PA	90000-282	BD Bacto Tryptone, BD Biosciences
Yeast Extract	VWR International, Radnor, PA	90000-722	BD Bacto Yeast Extract, BD Biosciences