A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
هنا ، نقدم بروتوكولا للإنتاج عالي الكفاءة لجذور شعر فول الصويا المعدلة وراثيا.
فول الصويا (جلايسين ماكس) هو محصول قيم في الزراعة التي لديها الآلاف من الاستخدامات الصناعية. جذور فول الصويا هي الموقع الرئيسي للتفاعل مع الميكروبات التي تنقلها التربة والتي تشكل تكافلا لإصلاح النيتروجين ومسببات الأمراض ، مما يجعل الأبحاث التي تنطوي على علم الوراثة لجذر فول الصويا ذات أهمية قصوى لتحسين إنتاجها الزراعي. يتم التوسط في التحول الجيني لجذور شعر فول الصويا (HRs) بواسطة سلالة Agrobacterium rhizogenes NCPPB2659 (K599) وهو أداة فعالة لدراسة وظيفة الجينات في جذور فول الصويا ، ويستغرق 2 أشهر فقط من البداية إلى النهاية. هنا ، نقدم بروتوكولا مفصلا يحدد طريقة الإفراط في التعبير عن جين مهم في الموارد البشرية لفول الصويا وإسكاته. تشمل هذه المنهجية تعقيم بذور فول الصويا ، وإصابة الفلقات ب K599 ، واختيار وحصاد HRs المتحولة وراثيا لعزل الحمض النووي الريبي ، وإذا لزم الأمر ، تحليلات الأيض. إن إنتاجية النهج كافية لدراسة العديد من الجينات أو الشبكات في وقت واحد ويمكن أن تحدد الاستراتيجيات الهندسية المثلى قبل الالتزام بنهج التحول المستقر طويل الأجل.
فول الصويا (جليكاين ماكس) هو من بين المحاصيل الأكثر قيمة في الزراعة. لديها الآلاف من الاستخدامات التجارية والصناعية ، مثل المواد الغذائية والأعلاف الحيوانية والنفط ، وكمصدر للمواد الخام للتصنيع1. قدرتها على تكوين علاقة تكافلية مع الكائنات الحية الدقيقة في التربة المثبتة للنيتروجين ، وهي ريزوبيا ، تزيد من أهمية دراسة علم الوراثة فول الصويا2. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي ضبط خصائص تثبيت النيتروجين في جذور فول الصويا إلى تقليل انبعاثات الكربون وتقليلمتطلبات الأسمدة النيتروجينية 3 بشكل كبير. وبالتالي ، فإن فهم علم الوراثة الذي يتحكم في جوانب بيولوجيا جذر فول الصويا ، على وجه الخصوص ، له تطبيقات واسعة في الزراعة والصناعة. بالنظر إلى هذه الفوائد ، من المهم أن يكون لديك بروتوكول موثوق لتحليل وظيفة جينات فول الصويا.
ربما تكون Agrobacterium tumefaciens هي الأداة الأكثر استخداما للتحول الوراثي للنبات حيث أن لديها القدرة على دمج الحمض النووي (T-DNA) في الجينوم النووي للعديد من الأنواع النباتية. عندما تصيب Agrobacterium نباتا ، فإنها تنقل البلازميد المسبب للورم (Ti) إلى كروموسوم المضيف ، مما يؤدي إلى تكوين ورم في موقع الإصابة. تم استخدام التحول بوساطة Agrobacterium على نطاق واسع لعقود من الزمن للتحليل الوظيفي الجيني ومن أجل تعديل سمات المحاصيل4. على الرغم من أن أي جين مهم يمكن نقله بسهولة إلى الخلايا النباتية المضيفة من خلال التحول بوساطة A. tumefaciens، فإن هذه الطريقة لها العديد من العيوب. إنها تستغرق وقتا طويلا ومكلفة وتتطلب خبرة واسعة للعديد من الأنواع النباتية ، مثل فول الصويا. على الرغم من أنه يمكن تحويل عدد قليل من أنواع فول الصويا عن طريق نهج عقدة النبتة باستخدام A. tumefaciens، فإن عدم كفاءة هذا النهج يستلزم الحاجة إلى تقنية تحويل وراثي بديلة سريعة وعاليةالكفاءة 4,5. حتى غير الخبراء يمكنهم استخدام طريقة تحويل جذر الشعر (HR) بوساطة Agrobacterium rhizogenes للتغلب على هذه العيوب.
يعد تحويل الموارد البشرية أداة سريعة نسبيا ، ليس فقط لتحليل وظيفة الجينات ، ولكن أيضا لتطبيقات التكنولوجيا الحيوية ، مثل إنتاج المستقلبات المتخصصة والمواد الكيميائية الدقيقة ، والبروتينات السكرية النشطة بيولوجياالمعقدة 6. لا يتطلب إنتاج الموارد البشرية لفول الصويا خبرة واسعة ، حيث يمكن توليدها عن طريق جرح أسطح النبتات ، يليها التلقيح باستخدام Agrobacterium rhizogenes7. تعبر A. rhizogenes عن جينات الفوعة (Vir) المشفرة بواسطة بلازميد Ti الذي ينقل ويحمل ويدمج شريحة T-DNA في جينوم الخلايا النباتية مع تحفيز نمو الجذر خارج الرحم في نفس الوقت8.
بالمقارنة مع أنظمة التعبير الجيني الأخرى لفول الصويا ، مثل biolistics أو التحول القائم على A. tumefaciens، من الأنسجة والخلايا وزراعة الأعضاء، فإن نظام التعبير HR يظهر العديد من المزايا. أولا ، الموارد البشرية مستقرة وراثيا ويتم إنتاجها بسرعة على الوسائط الخالية من الهرمونات1،9،10. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للموارد البشرية إنتاج مستقلبات متخصصة بكميات تعادل أو تزيد عن الجذور الأصلية11,12. هذه المزايا تجعل الموارد البشرية أداة تكنولوجيا حيوية مرغوبة لأنواع النباتات التي لا تتوافق مع A. tumefaciens أو التي تتطلب ظروف زراعة الأنسجة الخاصة لتشكيل أنسجة متوافقة. طريقة HR هي طريقة فعالة لتحليل تفاعلات البروتين والبروتين ، وتوطين البروتين تحت الخلوي ، وإنتاج البروتين المؤتلف ، والمعالجة النباتية ، والطفرات ، وتأثيرات الجينوم الواسعة باستخدام تسلسل الحمض النووي الريبي13،14،15. يمكن استخدامه أيضا لدراسة إنتاج المستقلبات المتخصصة التي لها قيمة في الصناعة ، بما في ذلك الجلسولين ، الذي يعالج دفاع فول الصويا ضد مسببات الأمراض الميكروبية المهمة Phytophthora sojae وله أنشطة رائعة مضادة للسرطان ووقائية عصبية في البشر16,17.
يوضح هذا التقرير بروتوكولا سهلا وفعالا لإنتاج الموارد البشرية لفول الصويا. مقارنة بطرق تحويل الموارد البشرية السابقة ، يوفر هذا البروتوكول تحسنا كبيرا (33٪ -50٪) في معدل تكوين الموارد البشرية عن طريق الفحص المسبق لمحولات A. rhizogenes لوجود بلازميد Ti قبل تلقيح فلقات فول الصويا. نوضح قابلية تطبيق هذا البروتوكول من خلال تحويل العديد من المتجهات الثنائية التي تبالغ في التعبير عن جينات عامل نسخ فول الصويا أو تسكتها.
ملاحظة: يوصى بإجراء جميع خطوات الإجراءات في ظل ظروف معقمة.
1. تعقيم بذور فول الصويا
2. إصابة النبتات ب K599
ملاحظة: استخدم متجهات سلسلة pGWB ، حيث يضمن اختيارها المزدوج التكامل الجينومي لشريط T-DNA بأكمله. تم استخدام التثقيب الكهربائي لتحويل ناقل ثنائي يؤوي الجين محل الاهتمام إلى A. rhizogenes pRi265918.
3. اختيار وحصاد الموارد البشرية
النتائج التمثيلية مأخوذة من البيانات المنشورة19,20. تظهر نتائج مستعمرة PCR (cPCR) للبكتيريا الزراعية K599 المحولة في الشكل 1. كما هو موضح في المستعمرات الإيجابية في الشكل 1 ، تم الكشف عن الجين محل الاهتمام بواسطة cPCR (ا...
خلال العقد الماضي ، تم تطوير طريقة HR لفول الصويا كأداة قوية لدراسة الجينات المشاركة في تثبيت النيتروجين 22,23 ، وتحمل الإجهاد الحيوي وغير الحيوي 24,25 ، ومسارات الأيض الحيوي 26,27. إن معرفة كيفية إنت?...
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تم تمويل هذا البحث من قبل مجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا (NSERC) رقم المنحة RGPIN-2020-06111 وبتبرع سخي من براد ليس. نود أن نشكر واين باروت (جامعة جورجيا) على K599 Agrobacterium والبروتوكول الأولي ، ومختبر Nakagawa & Hachiya (جامعة شيمانه) على المتجهات الفارغة pGWB2 و pGWB6 و pANDA35HK.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acetosyringone | Cayman | 23224 | |
Bleach | lavo | 21124 | |
DMSO | Fisher bioreagents | 195679 | |
Gelzan | Phytotech | HYY3251089A | |
Hygromycin | Phytotech | HHA0397050B | |
Isopropyl alcohol | Fisher chemical | 206462 | |
Kanamycin | Phytotech | SQS0378007G | |
LB powder | Fisher bioreagents | 200318 | |
MS powder | Caisson labs | 2210001 | |
Na2HPO4 | Fisher bioreagents | 194171 | |
NaCl | Fisher chemical | 192946 | |
Petri dishes | Fisherbrand | 08-757-11 | 100 mm x 25 mm |
Phosphinothricin | Cedarlane | P034-250MG | |
REDExtract-N-Amp PCR Kit | Sigma | R4775 | |
Sucrose | Bioshop | 2D76475 | |
Timentin | Caisson labs | 12222002 | |
Vitamins | Caisson labs | 2211010 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved