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Dieser Artikel beschreibt die genetische Transformation der einzelligen Alge Ostreococcus tauri Durch Elektroporation. Diese eukaryotischen Organismus ist ein gutes Modell-Plattform für höhere Pflanzen, possesing stark reduziert genomischen und zellulären Komplexität und wobei sich gut für die sowohl Zellkultur und Biochemie.
Häufige Probleme behindert schnelle Fortschritte in Plant Sciences zählen Zell-, Gewebe und ganzen Organismus Komplexität und vor allem das hohe Niveau der genomischen Redundanz beeinflussen einfache Genetik in höheren Pflanzen. Das erfindungsgemäße Modellorganismus Ostreococcus tauri ist die kleinste frei lebenden eukaryotischen bisher bekannten und besitzt einen stark reduzierten Genomgröße und zelluläre Komplexität 1,2, durch die Anwesenheit von nur einer der Organellen (Mitochondrien, Chloroplasten, Golgi) pro manifestiert Zelle, und ein Genom, das nur ~ 8000 Gene. Weiterhin stellt die Kombination von unicellularity und einfache Kultur eine Plattform zugänglich chemische Ansätze. Vor kurzem hat Ostreococcus erfolgreich eingesetzt, um grundlegende Mechanismen der zirkadianen Zeitmessung 3-6 studieren. Die Ergebnisse dieser Modell-Organismus haben nicht nur Plant Science beeinflusst, sondern auch Säugetierbiologie 7. Dieses Beispiel macht deutlich, wie schnell ein Experimentieren ineinfache Eukaryoten aus der grünen Linie kann die Forschung in komplexeren Organismen beschleunigen durch die Erzeugung überprüfbare Hypothesen mit Methoden technisch möglich nur in diesem Zusammenhang von geringerer Komplexität. Wissen eines Genoms und die Möglichkeit, Gene zu verändern sind unverzichtbare Werkzeuge in jedem Modell Arten. Genomic 1, Transkriptom 8, 9 und Proteom-Daten für diese Spezies ist frei verfügbar, während die zuvor berichteten Methoden zu 6,10 genetisch verändern Ostreococcus zu wenige Labors weltweit bekannt sind.
In diesem Artikel, um die experimentellen Verfahren, genetisch transformierbar diese neuartigen Modell Organismus mit einer Überexpression Konstrukt mittels Elektroporation werden im Detail beschrieben, sowie das Verfahren der Aufnahme von transformierten Zellen in geringen Prozentsatz Agarose die Selektion transformierter Linien von einem bestimmten einzigen transformierten Zelle. Nach der erfolgreichen Anwendung der OstreocoCCUs zu circadianen Forschung, kann wachsendes Interesse an Ostreococcus aus verschiedenen Forschungsbereichen innerhalb und außerhalb der Botanik einschließlich biotechnologischen Bereichen zu erwarten. Forscher aus einem breiten Spektrum von biologischen und medizinischen Wissenschaften, die auf biochemischen Wege konservierte arbeiten kann prüfen, forscht in Ostreococcus, frei von genomischer und organismischen Komplexität des größeren Modells Arten.
1. Vorbereitung der Algenmaterial
2. Die Elektroporation
3. Aufnahme von Zellen auf Platten in halbfesten Medium
4. Die Selektion von transformierten Kolonien
5. Repräsentative Ergebnisse
Zellen aufgeteilt 1/100 erreicht eine Dichte von 25 Millionen Zellen pro Milliliter nach wachsender für 7 Tage. Die Elektroporation der Zellen mit den entsprechenden Einstellungen in Folge einer Zeitkonstante zwischen 10 und 14 Millisekunden. Wenn Zellen auf Medium in Kulturflaschen übertragen werden, sollte eine Kugel von Zellen zu bilden. Als nach einer Stunde leicht geschüttelt, sollten die Zellen leicht zu resuspendieren. Die Aufnahme von 1 ml transformierten Zellen in 0,2% LMP-Agar sollten in einem durchgängig, sondern nur halbfestes Gel führen. Kolonien sollten nach 10 bis 21 Tagen erscheinen. Bei der Umwandlung von 5 ug linearisierte DNA unter Verwendung des Protokolls oben, 50-100 Kolonien pro TransformationPlatte wurden in der Regel erwartet, im Vergleich zu keiner auf die negative Kontrolle Platten. ~ 80% der Kolonien wurden gepickt positiv Antibiotikaresistenz in einem flüssigen Medium ausgewählt und in nachfolgenden Studien verwendet.
Endkonzentration | Stammlösung | Volumen für 1 Liter | |
NaNO 3 | 8,83 x 10 -4 M | 75 g / l dH 2 O | 1 ml |
NH 4 Cl | 3,63 x 10 -5 m | 2,68 g / l dH 2 O | 1 ml |
β-Glycerophosphat | 1 × 10 -5 M | 2,16 g / l dH 2 O | 1 ml |
H 2 SeO 3 | 1 x 10 -8 M | 1,29 mg / l dH 2 O | 1 ml |
Tris-Base (pH 7,2) | 1 × 10 -3 M | 121,1 g / l dH 2 O | 1 ml |
K Spurenmetallösung | Tabelle 2 | 1 ml | |
f / 2 Vitamin-Lösung | Tabelle 3 | 0,5 ml |
Tabelle 1. Mittlere Bestandteile für das Wachstum von O. Tauri 11, 12. Make up mit einem Gesamtvolumen von 1 Liter künstlichem Meerwasser zu einem Salzgehalt von 30 ppt, und fügen Sie die oben genannten Komponenten aus Stammlösungen wie angegeben. Filter-Sterilisation des Mediums und den Einsatz innerhalb einer Woche. Die Bestände an allen Verbindungen mit Ausnahme des Vitamin-Lösung können gebündelt bis 6 ml dieser Lösung für jeden Liter Medium hinzuzufügen.
Endkonzentration | Stammlösung | Menge für 1 Liter | |
Na 2 EDTA • 2H 2 O | 1 × 10 -4 M | 41,6 g | |
FeCl 3 • 6H 2 O | 1 × 10 -5 M | 3,15 g | |
Na 2 MoO 4 • 2H 2 O | 1 x 10 -8 M | 6,3 g / l dH 2 O | 1 ml |
ZnSO 4 • 7 H 2 O | 1 x 10 -9 M | 22,0 g / l dH 2 O | 1 ml |
CoCl 2 • 6 H 2 O | 1 x 10 -9 M | 10,0 g / l dH 2 O | 1 ml |
MnCl 2 • 4H 2 O | 1 x 10 -8 M | 180,0 g / l dH 2 O | 1 ml |
CuSO 4 • 5 H 2 O | 1 x 10 -8 M | 9,8 g / l dH 2 O | 1 ml |
Tabelle 2. Spurenmetallösung 11,12. Mit Wasser bis auf insgesamt 1 Liter, in dH 2 O, und Wärme zu lösen. Aliquotieren und einfrieren die Lösung für die Lagerung. Abschließende angegebenen Konzentrationen beziehen sich auf das Medium, nicht die Spur Metall-Lösung.
Endkonzentration | Stammlösung | Menge für 1 Liter | |
Vitamin B 12 | 1 × 10 -10 M | 1 g / l dH 2 O | 1 ml |
Biotin | 1 x 10 -9 M | 0,1 g / l dH 2 O | 10 ml |
• Thiamin HCl | 1 × 10 -7 M | 200 mg |
Tabelle 3. f / 2Vitamin-Lösung 11. Stellen bis zu einem Gesamtbetrag von 1 Liter in dH 2 O, Filter sterilisieren, aliquotieren und einfrieren. Abschließende angegebenen Konzentrationen beziehen sich auf das Medium, nicht die Vitamin-Lösung.
Abbildung 1. Grafische Übersicht der Transformation Prozedur. Schematische Darstellung des Verfahrens zu gentechnisch verändern Ostreococcus tauri durch Elektroporation.
Abbildung 2. Kultur Wachstum. Zellen sind subkultiviert aseptisch in einer Verdünnung von 1/100 in frischen ASW alle 7 Tage und aufgewachsen unter konstanten Licht in einem Inkubator mit Pflanzenwachstum Moonlight Blue Filter ausgestattet. Die Lichtintensität sollte in der Nähe 20 pmol m -2 s -1 und Temperatur wird bei 20 ° C gehalten Zellen benötigen kein ständiger Bewegung zu sein, aber sind shaken einmal alle 2 bis 3 Tage, um die Aggregation zu verhindern.
Abbildung 3. Colony Formation auf 0,2% LMP-Agarose. Transfer 4 Platten zu einem großen Platz Petrischale und Dichtung mit Parafilm (oben links). Wenn Kolonien gebildet haben, wählen Sie einfach kostenlos (im Idealfall konisch geformten) Kolonien (oben rechts) und saugen sie aus der Platte mit einer Pipette P200. Es sollten keine Kolonien auf der Negativ-Kontrolle (unten rechts) sein.
Cellular Staat und Kultur axeny ist von entscheidender Bedeutung für die Transformation Prozedur. Obwohl die Zellen üblicherweise in Zyklen von 12 Stunden Licht gehalten werden, wurden 12 Stunden Dunkelheit, Transformationseffizienz in Zellen unter diesen Bedingungen angebaut wird unzureichend zu sein. Während der wiederholten Pelletierung / Resuspension Schritte sollten die Zellen immer leicht zu resuspendieren. Wenn Zellen aggregieren, oder ein Schleim-ähnliche Substanz vorhanden ist, ist es besser, das Verfahren wieder von vorne beginnen. In der Regel können ~ 50 Kolonien auf jeder Platte Transformation gerechnet werden, im Vergleich zu keiner auf der Negativ-Kontrolle Platte. Bei geringer Transformationseffizienz sollte Kulturbedingungen variiert werden, um sicherzustellen Zellen sind im optimalen Zustand sein. Variablen, die Transformationseffizienz beeinflussen, gehören Umgebungstemperatur im Labor (sollte in der Nähe 20 ° C sein) und Handling-Geschwindigkeit (Procedure aus Pelletierung Zellen [2.3] der Besserung [2.7] sollte ~ 1 Stunde dauern). Es ist auch wichtig, dass alle Lösungen einRe machte vor jeder Transformation frisch. Für die Aufnahme in Platten, ist die Konzentration der LMP-Agarose von entscheidender Bedeutung. Ostreococcus Zellen nicht in hohen Konzentrationen Agarose wachsen, und in geringen Konzentrationen zu diffundieren.
Drei Transformationsvektoren für Ostreococcus wurden bisher 6, veröffentlicht und Vektoren zu erzielenden und veröffentlicht kurz. Die vorhandenen Vektor Pot-Luc 6 ermöglicht die Verwendung eines Promotors der Wahl in Kombination mit einem C-terminalen Glühwürmchen-Luciferase-Tag eine schnellere Auswahl sowie transgene Linie handhabbar Expressionsmuster, während die Potox Vektor 6 trägt die starken induzierbaren Promotor aus der 13 entnommen Ostreococcus hoher Affinität Phosphat Transporter (HAPT)-Gen für die Überexpression des Gens von Interesse. Die Potox-Luc Vektor leitet sich von Potox, das Tragen einer zusätzlichen Marker, der Luciferase für indirekte Wahl der Überexpression Linien verwendet werden können 14. Erfolgreiche Selektionsmarker auf diesen Vektoren sind Nourseothricin und G148. Jedoch sind Ostreococcus Zellen gegen viele Antibiotika, und die Konzentrationen von Verbindungen, die für Selektion von transgenen Ostreococcus Zellen höher ist als bei herkömmlichen Modellsystemen (2 mg / ml).
Obwohl das Verfahren als ineffizient, stellt die große Anzahl von Zellen und Plasmid-DNA für dieses Verfahren erforderlich keinen signifikanten Hindernis. Eine größere Einschränkung ist, dass jede Zeile erzeugt, die resistent gegen den Selektionsmarker ist es, individuell analysiert werden muss, um zu überprüfen, dass das gesamte Konstrukt in der DNA integriert wird. Wir haben Beispiele, in denen die erfolgreiche Expression des selektierbaren Markers nicht um das Einsetzen des tatsächlichen Gen von Interesse entsprach, beobachtet, dh teilweise Integrationen auftreten können. Offensichtlich zufällige Insertion in das Genom bedeutet auch, dass es keine Kontrolle der Insertionsstelle mit diesen Verfahren und Methoden, basierend auf homologe Rekombination werden derzeit entwickelt. Aber das hier beschriebene Verfahren ist, nach bestem Wissen, derzeit die einzige Methode, um dadurch genetisch veränderten Zellen Ostreococcus generieren.
Als Ostreococcus tauri hat erst vor kurzem als ein experimentelles Modell Organismus benutzt wurde, ist den meisten Methoden der Arbeit mit diesen Zellen wahrscheinlich entwickeln und durch die wachsende Forschungsgemeinschaft beteiligt verfeinert werden. Dieses Protokoll soll den Menschen helfen, initiieren Arbeit mit Ostreococcus, aber keineswegs behauptet, alles, was man über genomische Transformation dieser Mikroalge kennen zu beschreiben. Die Autoren vertrauen, dass die Leser in der Lage, dieses Protokoll, um ihre eigenen Bedürfnisse als kleine Unterschiede in Inkubatoren (Lichtverhältnisse oder Qualität) und andere Parameter anzupassen und existieren wird wahrscheinlich in jedem einzelnen Labor optimiert werden, um die gesunde Kulturen dazu benötigte erhalten Protokoll. Nach Bewältigung der hier beschriebenen Techniken,Vektoren können zur lumineszierenden, fluoreszierenden oder anderen markierte Fusionsproteine Leitungen unter der Steuerung einer Reihe von Promotoren zu erzeugen. Dieses aufregende neue experimentelle Plattform wird nützlich sein, zu untersuchen, wie komplizierte biochemische Probleme in einem Eukaryonten mit reduzierter Komplexität, in denen pharmakologische Ansätze hoch 3 sind erleichtert, gelöst werden.
Keine Interessenskonflikte erklärt.
SynthSys ein Zentrum für Integrative Systems Biology von BBSRC und EPSRC Auszeichnung D019621 finanziert. EU FP6 Network of Excellence "Marine Genomics" Zuschuss an FYB hat die Entwicklung der genetischen Transformation Methoden finanziert.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Mittlere Bestandteile | |||
Chemikalie | Katalog-Nummer | Lieferant | |
Instant Ocean Meersalz | von amazon.co.uk oder rocketaquatics.co.uk | ||
NaNO 3 | S5506-250G | Sigma | |
NH 4 Cl | A9434-500G | Sigma | |
Glycerin-2-phosphat Dinatriumsalz Hydrat | G9422-100G | Sigma | |
H 2 SeO 3 | 84920-250G | Sigma | |
Reinstwasser Tris | 15504-020 | Invitrogen | |
• Na 2 EDTA · 2H 2 O | BPE120-500G | Fisher Scientific | |
FeCl 3 • 6H 2 O | 157740 | Sigma | |
Na 2 MoO 4 • 2H 2 O | 31439-100G-R | Sigma | |
ZnSO 4 • 7 H 2 O | Z0251 | Sigma | |
CoCl 2 • 6 H 2 O | 31277 | Sigma | |
MnCl 2 • 4H 2 O | 203734-5G | Sigma | |
CuSO 4 • 5 H 2 O | C8027 | Sigma | |
Vitamin B 12 (Cyanocobalamin) | V2876 | Sigma | |
Biotin | 47868 | Sigma | |
• Thiamin HCl | T4625 | Sigma | |
Ampicillin | A9518-25G | Sigma | |
Neomycin | N6386 | Sigma | |
Kanamycin | K4000 | Sigma | |
Verbrauchsmaterialien für die Kultivierung | |||
Artikel | Katalog-Nummer | Lieferant | |
Zellkulturflasche T25 Suspensionskulturen mit Gieskanal belüfteter | 83.1810.502 | Starstedt | |
Zellkulturflasche T75 Suspensionskulturen mit Gieskanal belüfteter | 83.1813.502 | Starstedt | |
Zellkulturflasche T175 Suspensionskulturen mit Gieskanal belüfteter | 83.1812.502 | Starstedt | |
TPP Bottle Top Filter, 1L, komplett | 99950T | Helena Bioscience | |
TPP Bottle Top Filter, 500ml, | 99500T | Helena Bioscience | |
TPP Bottle Top Filter, 250ml, | 99250T | Helena Bioscience | |
TPP Bottle Top Filter, 150ml, | 99150T | Helena Bioscience | |
Salzgehalt Meter für Marine Aquarium | DSG-10 | Daeyoon |
Chemikalien für die Transformation | ||
Chemikalie | KatalogAnzahl | Lieferant |
D-Sorbit | S6021-1KG | Sigma |
Pluronic F-68 Lösung | P5556-100ML | Sigma |
ClonNAT | 51000 | Werner |
Agarose mit niedrigem Schmelzpunkt | 16520-050 | Invitrogen |
Verbrauchsmaterial für Transformation | ||
Artikel | Katalog-Nummer | Lieferant |
Zellkulturflasche T25 Suspensionskulturen mit Gieskanal belüfteter | 83.1810.502 | Starstedt |
Zellkulturflasche T75 Suspensionskulturen mit Gieskanal belüfteter | 83.1813.502 | Starstedt |
Zellkulturflasche T175 Federung Cultures mit Gieskanal belüfteter | 83.1812.502 | Starstedt |
Greiner Zentrifugenröhrchen 50ml | 227261 | GBO |
Gene Pulser / MicroPulser Küvetten, 0,2 cm Abstand, 50 | 165-2086 | Bio-Rad |
Petrischale runden PS 3 VENTS H14.2 Φ55 | 391-0895 | VWR International |
Petrischale mit vier quadratischen Öffnungen sterile Polystyrol durch Bestrahlung klar 120mm | FB51788 | Fisher Scientific |
Moonlight Blaulichtfilter | 183 | Lee Lighting |
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