A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
يصف هذا البروتوكول إنشاء تخطيط تعداء عشوائي باستخدام معالج سائل آلي ، وبروتوكول عزل البروتوبلاست لأوراق الذرة المبتذلة ، وإجراء تعداء 96 بئرا باستخدام معالج سائل.
شهد مجال التكنولوجيا الحيوية النباتية تطورات ملحوظة في السنوات الأخيرة ، مما أحدث ثورة في القدرة على معالجة النباتات وهندستها لأغراض مختلفة. ومع ذلك ، مع زيادة التنوع في البحث في هذا المجال وتعقيدا بشكل متزايد ، فإن الحاجة إلى حلول فحص عابرة مبكرة وفعالة ويمكن الاعتماد عليها وعالية الإنتاجية لتضييق نطاق الاستراتيجيات التي تمضي قدما في التحول المستقر أصبحت أكثر وضوحا. إحدى الطرق التي عادت إلى الظهور في السنوات الأخيرة هي استخدام البروتوبلاست النباتي ، حيث تتوفر طرق العزل والتعداء في العديد من الأنواع والأنسجة ومراحل النمو. يصف هذا العمل بروتوكولا آليا بسيطا للتحضير العشوائي للبلازميد داخل صفيحة مكونة من 96 بئرا ، وطريقة لعزل بروتوبلاست أوراق الذرة المبطلة ، وإجراء التعداء الآلي. يمثل اعتماد الحلول الآلية في التكنولوجيا الحيوية النباتية ، والتي تتمثل في بروتوكولات مناولة السوائل الجديدة هذه لتعداء البروتوبلاست النباتي ، تقدما كبيرا على الطرق اليدوية. من خلال الاستفادة من الأتمتة ، يمكن للباحثين التغلب بسهولة على قيود الأساليب التقليدية ، وتعزيز الكفاءة ، وتسريع التقدم العلمي.
يعد تعداء البروتوبلاست النباتي ، وهو إدخال مادة وراثية غريبة في الخلايا النباتية الخالية من جدران الخلايا ، تقنية محورية ، وفي نصف القرن الماضي ، تشمل العديد من الأنواع لدعم أبحاث التكنولوجيا الحيوية النباتية. ومع ذلك ، فإن استخدام هذه الطرق يمكن أن يكون مؤلما ومحدودا في النطاق ، حتى مع إنتاج ملايين البروتوبلاست في كل عزلة. غالبا ما تكون الطرق التقليدية لتعداء البروتوبلاست النباتي شاقة وتستغرق وقتا طويلا وعرضة للتباين ومتطلبة تقنيا ، مما يؤدي إلى أنظمة متخصصة ذات قابلية منخفضة للتكاثر1. ومع ذلك ، فإن الإمكانات التي أدخلتها الحلول الآلية في السنوات الأخيرة تسلط الضوء على إمكانية بث حياة جديدة في هذه التقنية الشابة البالغة من العمر 60 عاما 2,3. مع إمكانية أتمتة الخطوات الحاسمة والمتكررة مثل تحضير المواد ، وحضانة بولي إيثيلين جلايكول (PEG) ، وتوزيع كاشف التعدي اللاحق ، يمكن للباحثين تقليل متطلبات المناولة المادية والمصادر المحتملة الأخرى للخطأ البشريبشكل كبير 4. علاوة على ذلك ، يضمن التحكم الدقيق والتوحيد الذي توفره أنظمة معالجة السوائل الآلية نتائج تعداء متسقة وقابلة للتكرار.
في حين أن عزل البروتوبلاست هو عملية دقيقة تتضمن التقطيع والهضم والحضانة والترشيح والطرد المركزي ، فإن جزء التعدي من هذه البروتوكولات مصمم خصيصا لمعالجات السوائل الآلية. يتم إجراء معظم بروتوكولات تعداء البروتوبلاست بوساطة PEG ، وخلط البروتوبلاست المعزول في وجود PEG والحمض النووي البلازميد المنقى لمدة محددة بتركيز دقيق (يعتمد على الأنواع والأنسجة) يسمح لهذه الخلايا بأخذ الحمض النووي البلازميد5. يتبع هذا التعدي سلسلة من خطوات الغسيل ، وتبلغ ذروتها في حضانةليلية 6. بعد فترة الحضانة ، إذا تم تصميم كل شيء وتسليمه بشكل صحيح ، فإن التجربة تؤدي إلى التعبير عن المكون محل الاهتمام و / أو إمكانية تقييم المكونات التنظيمية المختلفة7. عادة ما يتم التعامل مع جميع خطوات الشفط والاستغناء والتحريض / الخلط المرتبطة بهذا الإجراء بواسطة ماصة يدوية. يعد تنفيذ مثل هذا البروتوكول يدويا ، تفاعلا فرديا واحدا في كل مرة ، أمرا شاقا ويقدم تباينا غير ضروري بين العينات مع الحد أيضا من السعة التي يمكن تقييمها في أي وقت. كانت البروتوكولات الآلية للتلاعب بخلايا الثدييات أو الحشرات والتخليق الكيميائي في صناعة الأدوية قيد التنفيذ لعدة سنوات4،8،9. يتزايد استخدام البروتوبلاست والبروتوكولات التي تنطوي على مناولة السوائل الآلية للمواد النباتية10،11،12،13.
إن اعتماد بروتوكولات معالجة السوائل الآلية لتعداء البروتوبلاست النباتي يحمل وعدا كبيرا للتطبيقات البحثية. يمكن للباحثين استكشاف مكتبات وراثية أكبر ، وفحص وظائف جينية محددة بوتيرة متسارعة ، والتحقيق في التفاعلات الجينية المعقدة المتعلقة بإجهاد النبات بشكل أكثر شمولا14. تتيح قابلية التوسع للأساليب الآلية التي تستخدم كبسولات ذات 96 بئرا جنبا إلى جنب مع فحص التألق إجراء تجارب عالية الإنتاجية وتسمح للعلماء بتوليد البيانات والرؤى بسرعة التي يمكن أن تغذي التقدم في التكنولوجيا الحيويةالنباتية 11. ومع ذلك ، مع هذه الزيادة في الإنتاجية ، مما يؤدي إلى توليد مئات ، إن لم يكن الآلاف من نقاط البيانات ، يجب أن يكون هناك مراقبة جودة إضافية تفسر أي مصادر خطأ قد تربك النتائج15. أحد العناصر التي تم تحديدها كعامل مساهم في العديد من التخصصات العلمية هو تأثير الحافة. ستقترح بعض استراتيجيات التخفيف أفضل صفيحة لاستخدامها أو ملء المساحة بين الآبار أو الآبار الخارجية بالمياه لمكافحة هذه الظاهرة16،17. ومع ذلك ، فإن هذه الاستراتيجيات تضيف الوقت ، وإذا لم يكن هناك شيء معين يمكن التخلص منه متاحا ، فإن الخيار الوحيد هو القبول بأقل أو تأجيله. بدلا من ذلك ، فإن النظر إلى الاستراتيجيات التي تأخذ في الحسبان هذا التأثير عبر مخطط الحظر لا يضحي بالإنتاجية أو يؤخر التنفيذ.
يسعى بروتوكول البروتوبلاست لأوراق الذرة المسبب وطريقتيه الآليتين الموضحين في الشكل 1 إلى معالجة التباين المتأصل في تجارب البروتوبلاست عن طريق أتمتة أجزاء متعددة من طريقة البروتوبلاست المتعارف عليها ، وتخصيص مادة البلازميد للوعاء المستخدم في التعدي ، والتعداء نفسها. يتم توضيح هذه الطرق لمنصة بروتوبلاست أوراق الذرة المبطلة لأنها منصة بروتوبلاست جيدة التميز وبسيطة وفعالة. يمكن الوصول إلى جميع الخطوات المفصلة على الفور من خلال بروتوكولات نقل البروتوبلاست ، والتي تستخدم حلول مؤقتة مماثلة أو نفسها. ومع ذلك ، يجب مراعاة اهتمام خاص للخصائص الفريدة لأنسجة وأنواع مصدر البروتوبلاست قبل اعتماد هذه التقنيات. تعمل هذه التحسينات من خلال الأتمتة على تبسيط إعداد المواد للتجارب الفردية وتحسين الإنتاجية بشكل كبير ، من التعداء المتسلسل واحدا تلو الآخر إلى 96 تعداء يتم التعامل معها في وقت واحد. سيظهر هذا العمل أيضا مبررا لاستخدام الكتل العشوائية غير المكتملة لحساب التحيز الموضعي للوحة.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. إنشاء لوحة الإرسال
2. عزل البروتوبلاست من أوراق الذرة المسخنة
3. تعداء البروتوبلاست الآلي
ملاحظة: تتم إدارة الخطوات من 3.6 إلى 3.15 بالكامل بواسطة معالج السوائل الآلي، باستثناء توقفي المستخدم مؤقتا عند الخطوتين 3.10 و3.13، اللتين تتطلبان الطرد المركزي اليدوي. يمكن العثور على لقطات الشاشة ذات الصلة التي تتبع هذا البروتوكول الآلي في الملحق ، الشكل التكميلي 1 ، الشكل التكميلي 3 ، الشكل التكميلي 4 ، والشكل التكميلي 5.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
الحصول على بيانات الرصد التي تدعم أن تأثيرات الحواف قد تؤثر على قياسات الاستجابة؛ تم إجراء دراسة تجريبية لتأكيد هذه الشكوك. في هذه الدراسة ، تم تطبيق الطرق المذكورة أعلاه على ثلاث ألواح مكررة مكونة من 96 بئرا بمستوى معالجة واحد فقط. تم نقل جميع البروتوبلاستات باستخدام pSYN1...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
تصف هذه المخطوطة بروتوكولا لأتمتة إنشاء لوحة تعداء وعزل بروتوبلاست أوراق الذرة الممتدة مع تعداء آلي. من أجل الإكمال الناجح لجزء إنشاء لوحة الإرسال من البروتوكول ، فإنه يتطلب روبوتا آليا لمعالجة السوائل مزود بجراب من 8 قنوات. بالنسبة لبروتوكول التعداء ، يوصى باستخدام جر?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
يتم توظيف جميع المؤلفين من قبل شركة Syngenta ، وهي شركة دولية للتكنولوجيا الحيوية الزراعية ، تستخدم بشكل روتيني تقنية التحويل لتوليد منتجات السمات المعدلة وراثيا (GM).
يود المؤلفون أن يشكروا العديد من العلماء في Syngenta الذين يدعمون هذا العمل وفريقنا يوميا. يجب منح تقدير خاص للعائلة والأصدقاء الذين يعد دعمهم غير المرئي في كثير من الأحيان أمرا بالغ الأهمية لاستمرار نجاح فريق الفحص العابر.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
(2)β-mercaptoethanol | Sigma | M6250 | |
2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid (MES) monohydrate | Sigma | 69892 | |
50mL centrifuge tubes with flat cap sterile | Fisher | 22-010-064 | |
96 Well Optical Btm Plt PolymerBase Black w/Lid Cell Culture Sterile PS .4mL Well | Fisher | 12-566-70 | |
Axygen Biomek FX/NX Robotic Tips, non-sterile, Wide Bore | Fisher | 14-222-096 | |
Axygen Robotic Tips 30uL filter, sterile, racked | Fisher | 14-222-103 | |
Bel-Art SP Scienceware Lab Companion Round Style Vacuum Desiccators | Fisher | 08-648-10 | |
Bemis 2 IN. X 250 Ft. Roll Laboratory Parafilm | Fisher | 13-374-16 | |
Biomek FXP | Beckman Coulter | 902508 | |
Calcium chloride dihydrate | Sigma | C5080 | |
Chemglass Life Sciences Disposable Hemocytometer | Fisher | 50-131-1352 | |
Clorox Germicidal Bleach, Concentrated | Fisher | NC1871274 | |
Corning Microplate Aluminum Sealing Tape | Fisher | 07-200-684 | |
Corning 96-Well assay Blocks, 2mL, 96 well standard | Fisher | 07-200-701 | |
DL-Dithiothreitol (DTT) | Sigma | 10197777001 | |
D-Mannitol | Sigma | M9546 | |
Fisherbrand 60mL Plastic Syringe | Fisher | 14-955-461 | |
Fisherbrand Sterile Cell Strainer 40um | Fisher | 22-363-547 | |
Fisherbrand Petri Dishes with Clear Lid, Stackable, 100 mm x 25 mm, Case of 325 | Fisher | FB0875711 | |
Magnesium chloride hexahydrate | Sigma | M2670 | |
Millex Syringe-driven Filter Unit Sterile 33mm PES .22um | Fisher | SLGPR33RS | |
Millex Syringe-driven Filter Unit Sterile 33mm PVDF.45um | Fisher | SLHAR33SS | |
MillliporeSigma Steriflip Sterile Disposable Vacuum Filter Units 50mL PES | Fisher | SCGP00525 | |
Poly(ethylene glycol) 4000 | Sigma | 81240 | |
Redi-Earth Plug & Seedling Mix | Wyatt Quarles | GP92747 | |
Regular Duty Single Edge Razor Blades steel back .009RD | Fisher | 12-640 | |
Research Products International Corp Cellulase RS | Fisher | 50-213-232 | |
Research Products International Corp Macerozyme R-10 | Fisher | 50-213-444 | |
Sodium chloride | Sigma | S7653 | |
Tray Insert - 36 Cell - 6x6 Nested | Hummert | 11635000 | |
Tween-20 | Sigma | P1379 | |
VACUUBRAND ME1 Vacuum Pump, 100-120V, 50/60 Hz, US plug | VWR | 97058-164 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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