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Method Article
The protocols outlined herein facilitate the convenient investigation of bacterial ethylene responses by utilizing 2-chloroethylphosphonic acid (CEPA). Ethylene is produced in situ through the decomposition of CEPA in an aqueous bacterial growth medium, circumventing the requirement for pure ethylene gas.
Ethylene (C2H4) is a gaseous phytohormone that is involved in numerous aspects of plant development, playing a dominant role in senescence and fruit ripening. Exogenous ethylene applied during early plant development triggers the triple response phenotype; a shorter and thicker hypocotyl with an exaggerated apical hook. Despite the intimate relationship between plants and bacteria, the effect of exogenous ethylene on bacteria has been greatly overlooked. This is partly due to the difficulty of controlling gaseous ethylene within the laboratory without specialized equipment. 2-Chloroethylphosphonic acid (CEPA) is a compound that decomposes into ethylene, chlorine, and phosphate in a 1:1:1:1 molar ratio when dissolved in an aqueous medium of pH 3.5 or greater. Here we describe the use of CEPA to produce in situ ethylene for the investigation of ethylene response in bacteria using the fruit-associated, cellulose-producing bacterium Komagataeibacter xylinus as a model organism. The protocols described herein include both the verification of ethylene production from CEPA via the Arabidopsis thaliana triple response assay and the effects of exogenous ethylene on K. xylinus cellulose production, pellicle properties and colonial morphology. These protocols can be adapted to examine the effect of ethylene on other microbes using appropriate growth media and phenotype analyses. The use of CEPA provides researchers with a simple and efficient alternative to pure ethylene gas for the routine determination of bacterial ethylene response.
El etileno olefina (C 2 H 4) fue descubierto por primera vez como una hormona vegetal en 1901 cuando se observó que las plántulas de guisante, cultivadas en un laboratorio que utiliza lámparas de gas de carbón, exhiben una morfología anormal en la que los vástagos (hipocotilos) eran más cortas, más gruesas y dobladas hacia los lados en comparación con las plantas de semillero de guisantes normales; un fenotipo más adelante llamado el 1,2 respuesta triple. Estudios posteriores demostraron que el etileno es una fitohormona vital que regula numerosos procesos de desarrollo tales como el crecimiento, la respuesta al estrés, la maduración del fruto y la senescencia 3. Arabidopsis thaliana, un organismo modelo para la investigación de biología vegetal, ha sido bien estudiado en cuanto a su respuesta al etileno. Varios mutantes de respuesta de etileno se han aislado mediante la explotación del fenotipo triple respuesta observada en la oscuridad de cosecha A. plántulas thaliana en presencia de etileno 1,4,5. El precursor biosintético para la producción de etileno en las plantas es 1-aácido minocyclopropane carboxílico (ACC) 6 y es comúnmente usado para el ensayo de triple respuesta para aumentar la producción de etileno endógeno que conduce a la triple 1,4,5 fenotipo de respuesta.
Aunque la respuesta de etileno es ampliamente estudiado en las plantas, el efecto del etileno exógeno sobre las bacterias es muy poco estudiado a pesar de la estrecha asociación de bacterias con plantas. Un estudio informó de que ciertas cepas de Pseudomonas pueden sobrevivir usando etileno como única fuente de carbono y energía 7. Sin embargo, sólo dos estudios han demostrado que las bacterias responden a etileno. El primer estudio demostró que las cepas de Pseudomonas aeruginosa, P. fluorescens, P. putida, y P. syringae eran quimiotáctica hacia etileno usando un ensayo de tapón de agarosa en el que agarosa fundida se mezcló con un tampón de quimiotaxis equilibrada con gas etileno puro 8. Sin embargo, hasta donde sabemos, no ha habido Furthinformes er utilizando gas de etileno puro para caracterizar la respuesta de etileno bacteriana, probablemente debido a la dificultad de manejo de gases en el laboratorio sin equipo especializado. El segundo informe de respuesta a etileno bacteriana demostró que el etileno se incrementó la producción de celulosa bacteriana y la expresión génica influido en la bacteria asociada a fruta, Komagataeibacter (anteriormente Gluconacetobacter) xylinus 9. En este caso, el compuesto que libera etileno, se utilizó ácido 2-cloroetilfosfónico (CEPA) para producir etileno in situ dentro del medio de crecimiento bacteriano, evitando la necesidad de gas de etileno puro o equipo especializado.
CEPA produce etileno a una proporción de 1: 1 molar por encima de pH 3.5 a través de un 10,11, la reacción 12 de primer orden catalizada por base - 14. La degradación de la CEPA se correlaciona positivamente con el pH y la temperatura 13,14 y los resultados en la producción de acetato deeno, cloruro y fosfato. CEPA proporciona a los investigadores interesados en el estudio de las respuestas bacterianas de etileno con una alternativa conveniente a etileno gaseoso.
El objetivo general de los siguientes protocolos es proporcionar un método simple y eficaz para estudiar la respuesta de etileno bacteriana e incluye la validación de los niveles fisiológicamente relevantes de la producción de etileno a partir de la descomposición CEPA en medio de crecimiento bacteriano, el análisis de pH del cultivo para asegurar CEPA descomposición no se vea afectada durante el crecimiento bacteriano, y la evaluación del efecto del etileno sobre la morfología y el fenotipo bacteriano. Demostramos que utilizan estos protocolos K. xylinus, sin embargo, estos protocolos se puede adaptar para estudiar la respuesta de etileno en otras bacterias utilizando el medio de crecimiento apropiado y análisis fenotipo.
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1. Productos químicos
2. Verificación de Producción de etileno a partir de 2-cloroetilfosfónico Ácido descomposición: Ensayo de Respuesta Triple
Figura 1:. Configuración de placas de agar utilizados para el ensayo de respuesta triple con CEPA Un diagrama esquemático ilustra los cuadrantes específicos para el control negativo (A), control positivo (B), y las placas experimentales (C). Esta cifra ha sido modificado a partir de Augimeri y 9 de la correa. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. Análisis de pH en todo el crecimiento bacteriano
4. Morfología de colonias
5. Ensayos de película
Figura 2:. Diagrama de flujo que ilustra el protocolo utilizado para el ensayo de película y el análisis complementado-CEPA Stock medio SH pH 7 (60 ml) se dividió en alícuotas de tres inoculaciones repetidas biológica separada y un control estéril (14 ml cada uno). Estos cultivos se dividen en partes alícuotas en seis repeticiones técnica (2 ml) en una placa de 24 pocillos y luego se sellan con película de parafina. Después de la incubación durante 7 días a 30 ° C, unas películas se cosechan y se caracterizan por la determinación del peso en húmedo, grosor, peso seco, y la cristalinidad mediante FT-IR. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura
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Una configuración de placa esquemática para la verificación de la liberación de etileno de CEPA en medio SH (pH 7) mediante el ensayo de triple respuesta se muestra en la Figura 1A - C. Un diagrama de flujo que ilustra el protocolo de película se muestra en la Figura 2. Dark-adulto A. thaliana plántulas exhiben el fenotipo de triple respuesta (hipocotilo corto y más grueso con un gancho apical exagerada) en presencia de A...
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Los métodos descritos aquí describen la producción in situ de etileno a partir de CEPA para el estudio de la respuesta de etileno bacteriana usando el organismo modelo, K. xylinus. Este método es muy útil como etileno puede ser producido por complementar cualquier medio acuoso que tiene un pH mayor que 3,5 10,11 con CEPA negando la necesidad de gas de etileno puro o equipo de laboratorio especializado. Este método no se limita a estudiar los efectos del etileno CEPA derivados de bacter...
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The authors have nothing to disclose.
The authors thank Dr. Dario Bonetta for providing Arabidopsis thaliana seeds and for technical assistance in regards to the triple response assay, as well as Simone Quaranta for help with FT-IR. This work was supported by a Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada Discovery Grant (NSERC-DG) to JLS, an Ontario Graduate Scholarship (OGS) to RVA, and a Queen Elizabeth II Graduate Scholarship in Science and Technology (QEII-GSST) to AJV.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
1-aminocyclopropane carboxylic acid (ACC) | Sigma | A3903 | Biosynthetic precursor of ethylene in plants |
4-sector Petri dish | Phoenix Biomedical | CA73370-022 | For testing triple response |
Agar | BioShop | AGR001.1 | To solidify medium |
Canon Rebel T1i DLSR camera | Canon | 3818B004 | For pictures of pellicles |
Cellulase from Trichoderma reesei ATCC 26921 | Sigma | C2730 | Aqueous solution |
Citric acid | BioShop | CIT002.500 | For SH medium |
Commercial bleach | Life Brand | 57800861874 | Bleach for seed sterilization |
Concentrated HCl | BioShop | HCL666.500 | Hydrochloric acid for pH adjustment |
Digital USB microscope | Plugable | N/A | For pictures of colonies |
Ethephon (≥96%; 2-chloroethylphosphonic acid) | Sigma | C0143 | Ethylene-releasing compound |
Glucose | BioBasic | GB0219 | For SH medium |
Komagataeibacter xylinus ATCC 53582 | ATCC | 53582 | Bacterial cellulose-producing alphaproteobacterium |
Microcentrifuge tube | LifeGene | LMCT1.7B | 1.7 ml microcentrifuge tube |
Murashige and Skoog (MS) basal medium | Sigma | M5519 | Arabidopsis thaliana growth medium |
Na2HPO4·7H2O | BioShop | SPD579.500 | Sodium phosphate, dibasic heptahydrate for SH medium |
NaCl | BioBasic | SOD001.1 | Sodium chloride for saline and control solution |
NaH2PO4·H2O | BioShop | SPM306.500 | Sodium phosphate, monobasic monohydrate for control solution |
NaOH | BioShop | SHY700.500 | Sodium hydroxide for pH adjustment |
Paraffin film | Parafilm | PM996 | For sealing plates and flasks |
Peptone (bacteriological) | BioShop | PEP403.1 | For SH medium |
Petroff-Hausser counting chamber | Hausser scientific | 3900 | Bacterial cell counting chamber |
Polyethersulfone sterilization filter 0.2 µm | VWR | 28145-501 | For sterilizing cellulase |
Sucrose | BioShop | SUC600.1 | Sucrose for MS medium |
Yeast extract | BioBasic | G0961 | For SH medium |
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