Геномная Трансформация Picoeukaryote

Biology
 

Summary

В этой статье описывается генетической трансформации одноклеточных морских водорослей

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

van Ooijen, G., Knox, K., Kis, K., Bouget, F. Y., Millar, A. J. Genomic Transformation of the Picoeukaryote Ostreococcus tauri. J. Vis. Exp. (65), e4074, doi:10.3791/4074 (2012).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Общие проблемы, препятствующие быстрому прогрессу в завод наук включают клеточном, тканевом и вся сложность организма, и, в частности высокий уровень избыточности генома, влияющих простой генетики в высших растениях. Роман модель организма Ostreococcus Тельца является самым маленьким свободно живущих эукариот известно на сегодняшний день и обладает значительно уменьшен размер генома и клеточных 1,2 сложностью, которая проявляется наличием только одной из самых органелл (митохондрий, хлоропластов, Гольджи стека) в клетки, и геном, содержащий только ~ 8000 генов. Кроме того, сочетание одноклеточность и легко культура представляет собой платформу поддаются подходов химической биологии. В последнее время Ostreococcus был успешно применен для изучения основных механизмов, лежащих в основе циркадных хронометраж 3-6. Результаты этой модели организм повлияли не только завод науки, но и биологии млекопитающих 7. Этот пример подчеркивает, насколько быстрым экспериментов впростые эукариот из зеленого линии может ускорить исследования в более сложных организмов путем создания проверяемых гипотез методами технически осуществимо только в этом фоне снижение сложности. Знание генома, а также возможность изменять гены являются важными инструментами в любой модели вида. Геномная 1 Transcriptomic 8, 9 и протеомных информации для этого вида находится в свободном доступе, тогда как ранее сообщалось о методах 6,10 генетически трансформировать Ostreococcus, как известно, несколько лабораторий по всему миру.

В этой статье, экспериментальные методы генетически трансформировать этот роман организм модель с гиперэкспрессией построить с помощью электропорации изложены в деталях, а также метод включения трансформированных клеток в агарозном низкий процент, чтобы отбор трансформированных линий, исходящих из одной трансформированной клетки. После успешного применения Ostreococcus на циркадный исследования, растет интерес к Ostreococcus можно ожидать от различных областях исследований и за ее пределами завода наук, в том числе биотехнологические области. Исследователи из широкого спектра биологических и медицинских наук, которые работают на сохраняющихся биохимических путей может рассмотреть вопрос проведения исследований в Ostreococcus, свободной от геномных и организменном сложности более крупных видов модели.

Protocol

1. Подготовка материала водорослей

  1. Ostreococcus клетки культивируют в искусственной морской воде (ASW). Морской соли (обычно около 40 граммов на литр), растворяют в дистиллированной воде с соленостью 30 п.п., а измеряется с помощью солености метр. Обогащение средней 11,12, микроэлементы металлов и витамины добавляются как описано в таблицах 1-3. Средства массовой информации, то фильтр стерилизовать через 0,22 мкм фильтр.
  2. Для обеспечения, клетки Ostreococcus штамм OTTH95 суб-культурных асептически в разведении 1/100 в свежих ASW каждые 7 дней и вырос под постоянным светом в рост растений инкубатор оснащен Moonlight синий фильтр. Интенсивность света должна быть близка к 20 мкмоль м -2 с -1, а температура поддерживается на уровне 20 ° C. Клетки не требуют постоянного волнения, но потрясен каждые 2 до 3 дней для предотвращения агрегации.
  3. Для каждой трансформации, 50 мл клеток необходимы в клетке-де-nsity 20-30 х 10 6 мл -1, которые должны быть достигнуты через 5-7 дней после высеве. Приблизительная плотность клеток и axeny может быть определена с использованием либо проточной цитометрии или гемоцитометра как минимум увеличение x40.

2. Электропорация

  1. Подготовка ДНК для трансформации. Для каждой трансформации, 5 мкг чистого линеаризованной плазмиды ДНК требуется при концентрации 1 мкг / мкл стерильной дистиллированной водой. Чтобы получить эту ДНК, авторы рекомендуют использовать Qiagen миди подготовительные комплект, хотя и другими методами может работать одинаково хорошо. Дайджест продукта с ферментом, который режет в основной вектор использовать, но не в трансгенов или выбор ген. Далее очищать и концентрировать полученной линейной ДНК осаждением этанолом, и ресуспендируют продукт в соответствующем объеме высококачественного стерильной дистиллированной водой.
  2. Подготовить микроцентрифужных пробирок, содержащих 5 мкг ДНК для каждого преобразования. Controл с ДНК не является необходимым для каждой клеточной линии должны быть преобразованы. Храните эти трубы на льду, вместе с 2 мм электропорации кюветы для каждого преобразования.
  3. Подготовить 2,2 мл буфера ресуспендирования в преобразовании. Растворите Сорбит в 1 М раствор в DDH 2 O, добавить 0,1% плуроник кислоты F68 и фильтр-стерилизации.
  4. Добавить плуроник кислоты F68, до конечной концентрации от 0,1% до клетки и гранул их в течение 10 минут 8000X г при 10 ° С в 50 мл трубки с коническим дном. Сразу ресуспендирования клеток в 1 мл ресуспендирования буфера с помощью пипетки вверх и вниз, и передать микроцентрифужную трубку. Спином вниз в течение 10 минут при 8000 х г при 10 ° С, а работать быстро, повторите этот шаг мыть еще раз.
  5. В разрезе наконечник, ресуспендируют каждый конечный осадок в 40 мкл буфера ресуспендирования. Добавить 40 мкл ресуспендированного клеток каждый трубку линеаризованной ДНК на льду, аккуратно перемешать и передать электропорации кюветы.
  6. Поместите кювету в electropречь машине. Изменение параметров до 6 кВ см -1, 600 Ω и 25 мкФ. Electroporate клеток.
  7. Инкубируйте electoporated клеток в кювет при комнатной температуре в течение 10 минут, а использовать это время для подготовки колбы культуре ткани. Назовите их и добавить 30 мл свежего ASW каждому. Принимать по 1 мл из каждой колбы и осторожно добавить его к соответствующей кюветы. Выдержите в течение 2 минут и осторожно удалите ASW, теперь содержащие глобулы клеток и медленно и осторожно пипетировать непосредственно в ASW в культуре колбу.
  8. Клетки обычно остаются в глобулы. Будьте осторожны, не трясите и не нарушать агрегированных клеток в данный момент. Дайте клеткам восстановиться в инкубаторе в течение 1-2 часов, затем ресуспендируют путем встряхивания колб. В это время клетки должны ресуспендируют свободно и без скопления должны быть видны. Оставьте культур для восстановления в течение ночи в инкубаторе.

3. Включение Ячейки плит в полу-твердые среднего

    2 O во флакон, содержащий перемешивании стержня. Имейте в расплавленном 65-90 ° С в больших стакан с водой на отопление магнитной мешалкой. Для каждого преобразования подготовить 8 чашек Петри (55 мм) и 8 х 15 мл пробирок в каждом из которых 9 мл ASW плюс необходимый выбор. При использовании нурсеотрицина или G418, использовать 2 мг / мл.
  1. Соберите трансформированные клетки из инкубатора. Работа в стерильных flowhood, добавить 1 мл кипящей LMP агарозы в 9 мл в одной из труб. Закройте трубы, и смешивать обращением. Затем добавить 0,5 мл свежей трансформированных клеток, быстро перемешать и вылить в тарелку. Повторите этот процесс с оставшимися 7 труб, а затем переходите к следующему колбу трансформации.
  2. Оставьте пластин открыть в потоке капот в течение часа, для агарозы, чтобы установить. Затем закройте плиты и переносить их на большие квадратные чашки Петри, которая состоится 4 пластин в каждой. Печать площади остроумие пластинч парафильмом. Следует отметить, что пластины не будет устанавливать полностью, и, как следствие, гель очень хрупкая. Следует проявлять осторожность, чтобы не сломать гель при обработке пластин. Поместите все квадратные плиты в инкубаторе.

4. Выбор трансформированных колоний

  1. Колонии должны появиться после 10 до 21 дней на преобразование пластин, а не на макете преобразован пластин. Чтобы выбрать колоний используют 200 мкл пипетку с запорными советы. Просто выберите свободный колониями и высасывают зеленые колонии. Будьте осторожны, чтобы не включать любые клетки из соседних колоний.
  2. Передача клеток по 2 мл жидкой среды, содержащей выделения, в 24 пластин скважин. При использовании нурсеотрицина, используйте 1,75 мг / мл. Смешайте с помощью пипетки вверх и вниз. Выберите 24-50 колоний на преобразование. Уплотнение пластин с парафильмом и трансфер в инкубаторе.
  3. Через неделю, передавать по 100 мкл в каждую лунку по 2 мл свежего ASW с выбором в 24 пластин скважин и расти additionaл 7 дней. Выжившие клеточные линии могут быть использованы для дальнейших исследований. Стабильная интеграция в число генома и вставки должны быть проанализированы с помощью ПЦР и Южной Blot. Геномная ДНК могут быть получены для этих целей с помощью любого вниз масштабных стандартный метод выделения ДНК растения.

5. Представитель Результаты

Клетки разделены 1/100 достигли плотности 25 миллионов клеток на миллилитр, увеличившись на 7 дней. Электропорация клеток с соответствующими параметрами в результате постоянной времени от 10 до 14 миллисекунд. Когда клетки переносятся в среду в области культуры фляги, глобулы клетки должны сформироваться. Когда слегка потряс через час, клетки должны легко ресуспендирования. Включение 1 мл трансформированных клеток в 0,2% LMP агар должно привести к последовательной, но только полутвердый гель. Колонии должны появиться после 10 до 21 дней. При преобразовании 5 мкг линеаризованной ДНК с использованием протокола выше, 50-100 колоний на преобразованиеплита, как правило, ожидается, по сравнению с ни на отрицательные пластины контроля. ~ 80% колоний взял положительно выбран устойчивости к антибиотикам в жидкой среде и были использованы в последующих исследованиях.

Конечная концентрация Основной раствор Объем за 1 литр
NaNO 3 8,83 х 10 -4 М 75 г / л дН 2 O 1 мл
NH 4 Cl 3,63 х 10 -5 М 2,68 г / л дН 2 O 1 мл
β-глицерофосфата 1 х 10 -5 М 2,16 г / л дН 2 O 1 мл
H 2 SeO 3 1 х 10 -8 М 1,29 мг / л дН 2 O 1 мл
Трис-основание (рН 7,2) 1 х 10 -3 М 121,1 г / л дН 2 O 1 мл
К следов металла решения Таблица 2 1 мл
е / 2 витамин решение Таблица 3 0,5 мл

Таблица 1. Средние составляющие для роста О. 11 Тельца, 12. Составьте общий объем 1 литра искусственной морской воды с соленостью 30 п.п., а также добавлять компоненты со склада выше решения, как указано. Фильтр-стерилизации среды и использования в течение недели. Акции всех соединений, кроме решения витамина могут быть объединены, чтобы добавить 6 мл этого раствора на каждый литр среды.

Конечная концентрация Основной раствор Сумма за 1 литр
Na 2 2 O 1 х 10 -4 М 41,6 г
FeCl 3 • 6H 2 O 1 х 10 -5 М 3,15 г
Na 2 MoO 4 • 2H 2 O 1 х 10 -8 М 6,3 г / л дН 2 O 1 мл
ZnSO 4 • 7H 2 O 1 х 10 -9 М 22,0 г / л дН 2 O 1 мл
CoCl 2 • 6H 2 O 1 х 10 -9 М 10,0 г / л дН 2 O 1 мл
MnCl 2 • 4H 2 O 1 х 10 -8 М 180,0 г / л дН 2 O 1 мл
CuSO 4 • 5H 2 O 1 х 10 -8 М 9,8 г / л дН 1 мл

Таблица 2. Трассировка металл решение 11,12. Макияж в общей сложности 1 литр, в дН 2 O, и тепло, чтобы раствориться. Алиготе решение и заморозить для хранения. Окончательные концентрации указаны ссылки на окончательный средний, а не решение следов металла.

Конечная концентрация Основной раствор Сумма за 1 литр
Витамин B 12 1 х 10 -10 М 1 г / л дН 2 O 1 мл
Биотин 1 х 10 -9 М 0,1 г / л дН 2 O 10 мл
Тиамин • HCl 1 х 10 -7 М 200 мг

Таблица 3. е / 2Витамин решение 11. Сделайте в общей сложности до 1 литра в дН 2 O, фильтр-стерилизации, аликвоты и заморозить. Окончательные концентрации указаны ссылки на окончательное среде, не витамин решение.

Рисунок 1
Рисунок 1. Графическое представление преобразования процедуры. Схематическое изображение процедуры генетически трансформировать Ostreococcus Тельца путем электропорации.

Рисунок 2
Рисунок 2. Культура роста. Клетки суб-культурных асептически в разведении 1/100 в свежих ASW каждые 7 дней и вырос под постоянным светом в рост растений инкубатор оснащен Moonlight синий фильтр. Интенсивность света должна быть близка к 20 мкмоль м -2 с -1 и поддерживается температура 20 ° С клетки не нуждаются в постоянной тревоге, но сХакен каждые 2 до 3 дней для предотвращения агрегации.

Рисунок 3
Рисунок 3. Колония образования на 0,2% агарозном LMP. Передача 4 пластин большой площади чашки Петри, а печать с парафильмом (вверху слева). Когда колонии образуются, просто выделите бесплатно (в идеале конической формы), колонии (вверху справа) и сосать их из пластины с пипеткой P200. Там должно быть никаких колоний на отрицательный контроль (внизу справа).

Discussion

Сотовые axeny государства и культуры имеет решающее значение для превращения процедуры. Хотя клетки, как правило, сохраняется в циклах 12 часов света, 12 часов темного, эффективность трансформации в клетки, выращенные в этих условиях оказались недостаточными. При повторном гранулирования / ресуспендирования шаги, клетки должны всегда ресуспендируют легко. Если ячейки совокупности, или слизь, как вещество присутствует, то лучше начать процедуру с самого начала еще раз. Как правило, около 50 колоний, можно ожидать на каждом преобразовании пластины, по сравнению с ни на отрицательной пластине управления. В случае низкой эффективности преобразования, условия культивирования должны быть изменены, чтобы обеспечить клетки находятся в оптимальном состоянии. Переменные, которые влияют на эффективность трансформации включают температуру окружающей среды в лаборатории (должна быть близка к 20 ° С) и скорости обработки (процедура от гранулирования клеток [2,3] для восстановления [2,7] должно ~ 1 час). Важно также, что все решенияповторно сделал свежий перед каждой трансформации. Для включения в виде пластин, концентрация агарозы LMP имеет решающее значение. Ostreococcus клетки не будут расти в высокой концентрации агарозы, и будут распространять в низких концентрациях.

Три преобразование векторов Ostreococcus были опубликованы ранее 6 и более векторов, как ожидается, будет создан и опубликован в ближайшее время. Существующий вектор Pot-Люк 6 позволяет использование промотора выбора в сочетании с С-концевыми люциферазы светляков тег позволяет быстрее трансгенных выбор линии плюс послушный моделей выражения, в то время как вектор Potox 6 несет сильный индуцируемый промотор 13 взята из Ostreococcus высокое сродство фосфат Transporter (HAPT) гена гиперэкспрессией гена. Potox-Люк вектор происходит от Potox, проведение дополнительных маркеров люциферазы, который можно использовать для косвенного отбора гиперэкспрессия линии Ostreococcus клетки очень устойчивы ко многим антибиотикам, и концентрации соединений, необходимых для отбора трансгенных клеток Ostreococcus выше, чем у обычных систем модели (2 мг / мл).

Хотя этот процесс представляется неэффективной, большое количество клеток и ДНК плазмиды, необходимых для этой процедуры не представляет серьезное препятствие. Больше ограничений в том, что каждый порожденный линии, которая устойчива к выбору маркера необходимо анализировать индивидуально проверить, что вся конструкция интегрирована в ДНК. Мы наблюдали примеры, в которых успешное выражение селективного маркера не соответствует введение фактического гена, то есть частичная интеграция может произойти. Очевидно, что случайные вставки в геном также означает, что нет никакого контроля вставки сайт, используя этот метод, и методы бased на гомологичной рекомбинации в настоящее время разрабатываются. Тем не менее, метод, описанный здесь, чтобы нам известно, в настоящее время характеризуется только метод для создания генетически модифицированных клеток Ostreococcus.

Как Ostreococcus Тельца только недавно был использован в качестве экспериментальной модели организма, большинство методов работы с этими клетками, вероятно, будет развиваться и уточняться растущей исследования общины. Этот протокол предназначен, чтобы помочь людям начать работу с Ostreococcus, но отнюдь не претендует, чтобы описать все, что нужно знать о геномной трансформации этой микроводоросли. Авторы доверия, что читатели смогут адаптировать этот протокол для собственных нужд, как небольшие различия в инкубаторах (свет уровня или качества) и другие параметры, будет существовать и, вероятно, должны быть оптимизированы в каждой отдельной лаборатории для получения здоровых культур, необходимых для этого протокол. После освоения методов, описанных здесь,Векторы могут быть построены для создания люминесцентных, люминесцентных и других отмеченных линии слияния под контроль ряд промоторов. Эта замечательная платформа экспериментальный роман будет полезно изучить, как сложный биохимический проблемы решаются в эукариот сокращенного сложности, в которых фармакологических подходов весьма способствовало 3.

Disclosures

Нет конфликта интересов объявлены.

Acknowledgments

SynthSys Центра интегративной системной биологии финансируемых СИББН и EPSRC награду D019621. ЕС FP6 сети Excellence "Морская геномика», грант FYB финансирует развитие методов генетической трансформации.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Medium constituents
Instant Ocean Marine Salt from amazon.co.uk or rocketaquatics.co.uk
NaNO3 S5506-250G Sigma
NH4Cl A9434-500G Sigma
Glycerol 2-phosphate disodium salt hydrate G9422-100G Sigma
H2SeO3 84920-250G Sigma
Ultra pure tris 15504-020 Invitrogen
Na2EDTA∙2H2O BPE120-500G Fisher Scientific
FeCl3∙6H2O 157740 Sigma
Na2MoO4∙2H2O 31439-100G-R Sigma
ZnSO4∙7H2O Z0251 Sigma
CoCl2∙6H2O 31277 Sigma
MnCl2∙4H2O 203734-5G Sigma
CuSO4∙5H2O C8027 Sigma
Vitamin B12 (cyanocobalamin) V2876 Sigma
Biotin 47868 Sigma
Thiamine ∙ HCl T4625 Sigma
Ampicillin A9518-25G Sigma
Neomycin N6386 Sigma
Kanamycin K4000 Sigma
Consumables for culturing
Tissue Culture Flask T25 Suspension Cultures Vented with Pouring Channel 83.1810.502 Starstedt
Tissue Culture Flask T75 Suspension Cultures Vented with Pouring Channel 83.1813.502 Starstedt
Tissue Culture Flask T175 Suspension Cultures Vented with Pouring Channel 83.1812.502 Starstedt
TPP Bottle top filters, 1L, complete 99950T Helena Bioscience
TPP Bottle top filters, 500ml, 99500T Helena Bioscience
TPP Bottle top filters, 250ml, 99250T Helena Bioscience
TPP Bottle top filters, 150ml, 99150T Helena Bioscience
Salinity Meter for Marine Aquarium DSG-10 Daeyoon
Chemicals for transformation
D-Sorbitol S6021-1KG Sigma
Pluronic F-68 solution P5556-100ML Sigma
ClonNat 51000 Werner
Low melting point agarose 16520-050 Invitrogen
Consumables for transformation
Tissue Culture Flask T25 Suspension Cultures Vented with Pouring Channel 83.1810.502 Starstedt
Tissue Culture Flask T75 Suspension Cultures Vented with Pouring Channel 83.1813.502 Starstedt
Tissue Culture Flask T175 Suspension Cultures Vented with Pouring Channel 83.1812.502 Starstedt
Greiner centrifuge tubes 50ml 227261 GBO
Gene Pulser/MicroPulser Cuvettes, 0.2 cm gap, 50 165-2086 Bio-Rad
Petri dish round PS 3 VENTS H14.2 Φ55 391-0895 VWR International
Petri dish square with four vents polystyrene sterile by irradiation clear 120mm FB51788 Fisher Scientific
Moonlight Blue light filter 183 Lee Lighting

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Derelle, E. Genome analysis of the smallest free-living eukaryote Ostreococcus tauri unveils many unique features. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 11647-11652 (2006).
  2. Henderson, G. P., Gan, L., Jensen, G. J. 3-D ultrastructure of O. tauri: electron cryotomography of an entire eukaryotic cell. PLoS One. 2, e749 (2007).
  3. O'Neill, J. S. Circadian rhythms persist without transcription in a eukaryote. Nature. 469, 554-558 (2011).
  4. van Ooijen, G., Dixon, L. E., Troein, C., Millar, A. J. Proteasome function is required for biological timing throughout the twenty-four hour cycle. Curr. Biol. 21, 869-875 (2011).
  5. Troein, C. Multiple light inputs to a simple clock circuit allow complex biological rhythms. Plant. J. 66, 375-385 (2011).
  6. Corellou, F. Clocks in the green lineage: comparative functional analysis of the circadian architecture of the picoeukaryote ostreococcus. Plant Cell. 21, 3436-3449 (2009).
  7. O'Neill, J. S., Reddy, A. B. Circadian clocks in human red blood cells. Nature. 469, 498-503 (2011).
  8. Monnier, A. Orchestrated transcription of biological processes in the marine picoeukaryote Ostreococcus exposed to light/dark cycles. B.M.C. Genomics. 11, 192 (2010).
  9. Le Bihan, T. Shotgun proteomic analysis of the unicellular alga Ostreococcus tauri. J. Proteomics. 74, 2060-2070 (2011).
  10. Expression of polypeptides from the nuclear genome of Ostreococcus sp. US application patent. Corellou, F., Bouget, F. -Y. 201001174050 (2010).
  11. Guillard, R. R. L., Ryther, J. H. Studies of marine planktonic diatoms. I. Cyclotella nana Hustedt, and Detonula confervacea (cleve) Gran. Can. J. Microbiol. 8, 229-239 (1962).
  12. Keller, M. D., Selvin, R. C., Claus, W., Guillard, R. R. L. Media for the culture of oceanic ultraphytoplankton. J. Phycol. 23, 633-638 (1987).
  13. Djouani-Tari, elB. A phosphate-regulated promoter for fine-tuned and reversible overexpression in Ostreococcus: Application to circadian clock functional analysis. PLoS One. 6, e28471 (2011).
  14. Moulager, M. Integration of light signals by the retinoblastoma pathway in the control of S phase entry in the picophytoplanktonic cell Ostreococcus. PLoS. Genet. 6, e1000957 (2010).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics