Agradecemos a Jakob Viel por sus valiosos comentarios y sugerencias. También agradecemos a Anne de Jong por su ayuda en el análisis de la bioinformática. Yanglei Yi y Zhibo Li son apoyados por el Consejo de becas de China (CSC). Agradecemos a NWO-TTW Perspectief Programma Back2Roots (TKI-AF-15510) por su apoyo financiero a OPK.

1. germinación de patatas en condiciones estériles
<ol><li>Enjuague la superficie de la patata con agua estéril. Bañar la patata en etanol al 70% y luego en hipoclorito de sodio 3%, durante 5 minutos. Enjuague nuevamente con agua destilada para eliminar cualquier resto de hipoclorito sódico.</li>
	<li>Preparar los materiales necesarios para la germinación y crecimiento de tubérculos de papa; esterilizar las macetas de plástico, cestas de engraftment, vermiculita y agua en autoclave a 121 ° C por 20 min. Nota: Asegúrese de que todos los materiales utilizados son esterilizables en autoclave. De lo contrario, utilice otros métodos de esterilización.</li>
	<li>Ponga la patata superficie esterilizada en la cesta de engraftment y colóquelo en un recipiente esterilizado que contiene vermiculita húmeda.</li>
	<li>Mantenga el recipiente en una cámara climática a 24 ° C durante tres semanas. Establece en ciclos de 16 h de luz (120 μmol m-2s-1) y 8 h de oscuridad. Para evitar contaminaciones microbianas, use una caja de fibra de vidrio grande para cubrir la olla.</li>
</ol>2. recogida de exudados de raíces de papa
<ol><li>Cuando el brote de los brotes, la transferencia la cesta con la patata entera en un vaso esterilizado con 150 mL de agua desionizada en autoclave, con la patata tubérculos colocados justo encima de la superficie del agua y las raíces sumergieron en el agua (ver figura 1). Mantener la planta en la cámara climática y utilizar la misma configuración que antes [24 ° C; ciclos de 16 horas de luz (120 μmol m-2s-1), 8 h de oscuridad].</li>
	<li>Desde el segundo día, recoger el agua que contiene el exudado y rellenar el vaso con agua desionizada estéril. Realizar el muestreo cada día hasta el séptimo día después de la transferencia de la plántula.</li>
	<li>Almacenar cada muestra por separado a 4 ° C. Para cada muestra, extensión 100 μL en una Luria-Bertani (LB; 1% triptona, extracto de levadura 0.5%, 0.5% NaCl) placa de agar para verificar la contaminación microbiana. Deseche las muestras contaminadas.</li>
	<li>Combine las muestras recolectadas de una planta de semillero y concentrado por liofilización a-40 ° C hasta un volumen final de 150 mL.</li>
</ol>3. bacterias
<ol><li>Una cepa B. mycoides la raya de un stock de glicerol de-80 ° C sobre una placa de agar LB e incubar la placa a 30 ° C durante la noche.</li>
	<li>Inocular un medio líquido LB con una sola Colonia de la placa y hacer crecer la cultura en un incubador de agitación a 200 rpm durante la noche a 30 ° C.</li>
</ol>4. tratamiento y muestreo de bacterias
<ol><li>Para comparar la curva de crecimiento de las bacterias tratadas con exudados de la raíz a un control negativo, preparar una serie de matraces de 50 ml de medio líquido LB. Añadir 0,5 mL del cultivo bacteriano durante la noche a todos los matraces y agregar el 0%, 5%, 10% o 15% (v/v) exudado de raíz o agua desionizada estéril al medio, respectivamente.</li>
	<li>Utilizar una cultura con agua desionizada en lugar de exudados de la raíz como un control. Medir la densidad óptica a 600 nm (OD600) cada 1 h después. Generar una curva de crecimiento mediante la representación de los valores de OD600 versus tiempo. Nota: Hemos visto que el 10% de los exudados de la raíz no afectó el crecimiento de B. mycoides (ver figura 2); Esta relación fue utilizada para experimentos de RNA-seq.</li>
	<li>Diluir una noche cultura B. mycoides con 90 mL de medio LB con el OD inicial600 de ~ 0.05 en un matraz de 300 mL. Añadir 10 mL de exudados de la raíz a la cultura e incubar a 30 ° C por 1 h.</li>
	<li>Utilizar un tratamiento de agua desionizada estéril de 10 mL como control. Recoger las células de la cultura por centrifugación a 9.000 x g durante 2 min a 4 ° C. Eliminar el sobrenadante, inmediatamente congelar la pelotilla en nitrógeno líquido y almacenarlo a-80 ° C hasta su uso.</li>
</ol>5. aislamiento de ARN
Nota: Antes de iniciar el aislamiento, preparar la mesa de trabajo, racks y pipetas por limpiarlos con una solución de descontaminación de Rnasa (véase Tabla de materiales). Use guantes en todo momento y asegúrese de que todos los tubos, consejos y soluciones son libres de Rnasa. Siempre mantenga las muestras en hielo siempre que sea posible.
<ol><li>Añadir 0,1% (v/v) de dietil pirocarbonato (DEPC) a agua ultrapura (100 μl de DEPC por 100 mL de solución), mezclar bien y mantener a temperatura ambiente durante la noche. Autoclave de la mezcla para inactivar la DEPC después del tratamiento durante la noche. Utilizar esta agua ultrapura tratada con DEPC para preparar el tampón TE [10 mM Tris-HCl (pH = 8), 1 mM EDTA] y una solución de SDS (p/v) de 10%.</li>
	<li>Descongelar los pellets de células en el hielo y suspender a cada uno en 400 μL de tampón TE (DEPC). Transferir la suspensión a tubos de tapón de rosca de 2 mL.</li>
	<li>Mezcle 300 μL de cloroformo-isoamyl alcohol (24:1 v/v) y 300 μL de fenol (fenol ácido, grado de RNA) y permite la mezcla en reposo durante 5 minutos. Tomar 500 μl de la fase superior orgánica para agregar a las células resuspendidas. Luego agregar 50 μl de SDS 10% y 0,5 g de perlas de vidrio (0,5 μm) en el tubo.</li>
	<li>Cierre firmemente la tapa y coloque el tubo en un homogeneizador de molino de grano (véase Tabla de materiales). Realizar una homogeneización de pulso s 3 × 45 con un intervalo de 1 min en hielo.</li>
	<li>Centrifugar las muestras durante 10 min a 11.000 x g (4 ° C) y transferir la fase superior a un tubo nuevo.</li>
	<li>Añadir 500 μl de cloroformo-isoamyl alcohol (24:1) a la fase superior del paso 5.5 y Centrifugue la mezcla durante 5 minutos a 11.000 x g (4 ° C). Nota: Los pasos siguientes se modificaron de las instrucciones del fabricante de un aislamiento de RNA base de filtro fibra de vidrio comercial kit (véase Tabla de materiales).</li>
	<li>Transferir 500 μl de la fase superior a un tubo nuevo, añadir 2 volúmenes (1 mL) de un tampón de lisis/encuadernación y mezclar mediante pipeteo arriba y abajo.</li>
	<li>Combinar los tubos de filtro y colección (desde el kit de aislamiento de RNA) y pipetear la mezcla del paso 5.7 para el tubo del filtro. Centrifugar los tubos por 15 s en 8.000 x g y descartar el flujo a través.</li>
	<li>Preparar 1,5 mL en tubos de microcentrífuga con 100 μl de tampón de ADNasa, 10 μl de DNasa I y 5 μl de inhibidor de Rnasa (véase Tabla de materiales). Añadir la mezcla de la solución preparada en el filtro del tubo del filtro e incube durante 20-30 min a 15-25 ° C.</li>
	<li>Realice los pasos de lavado según las instrucciones del fabricante. Utilizar 50 μl de un buffer de elución para eluir el RNA.</li>
	<li>Guardar el ARN eluído a-80 ° C y poner una película de parafina plástico alrededor de él. Al mismo tiempo, transferir unos pocos microlitros de la muestra a un tubo de microcentrífuga de 1,5 mL para llevar a cabo una verificación de calidad.</li>
</ol>6. secuenciación y control de calidad ARN
<ol><li>Compruebe el ARN con un espectrofotómetro de microvolume. Nota: Coeficientes de absorbancia a 260/280 deben estar por encima de 1,8 y cocientes en 260/230 deben estar por encima de al menos 1.8, preferiblemente por encima de 2.0.</li>
	<li>Ejecutar el ARN purificado de un instrumento de electroforesis automatizada usando el análisis de RNA recomienda kit (véase Tabla de materiales); el número de integridad del RNA (RIN) debe ser al menos por encima de 7 para proceder.</li>
	<li>Utilizar un total de 3 μg de ARN por muestra para generar bibliotecas con una preparación de biblioteca de RNA-Seq kit (véase Tabla de materiales) siguiendo las recomendaciones del fabricante. Nota: Las preparaciones de la biblioteca fueron ordenadas en una plataforma de secuenciación de alto rendimiento y se generaron extremo apareado Lee.</li>
</ol>7. datos análisis utilizando el tubería en la Web de T-REx
<ol><li>Realizar una filtración de calidad utilizando las herramientas de FASTX versión 0.0.13 (Phred puntuaciones de calidad de > 20). Recortar el raw Lee RNA-Seq de las secuencias del adaptador con la herramienta Trimmomatic. Nota: Todos los análisis posteriores se basaron en datos limpios con alta calidad.</li>
	<li>Descargar la base de datos del genoma B. mycoides ATCC 6462 NCBI (adhesión de NCBI n °: CP009692.1) y usarlo como un genoma de referencia para el mapeo de la Lee limpia usando Bowtie2/2.2.3.</li>
	<li>Uso HTSeq v0.6.1 para contar el número de lecturas asignadas para cada gen y la Lee por kilobase de transcripción por millón lecturas asignadas (RPKM) de cada gen depende de la gene y Lee cuenta asignada a este gen.</li>
	<li>Para el análisis de los datos de la tubería del T-REx, utilice la tabla RPKM entrada, así como tres archivos descriptivos: (i) un archivo de factores para describir el experimento en factores, (ii) un archivo de contrastes para definir los factores que se compararán para expresión génica diferencial y (iii) un archivo de clase para describir a grupos de genes de interés. Nota: Los archivos descriptivos están en formato in.txt. Pueden encontrarse ejemplos en la Página Web de T-REx (http://genome2d.molgenrug.nl/). Una instrucción detallada para el análisis de datos con T-REx se puede encontrar en una publicación anterior por de Jong et al. 14.</li>
</ol>

<ol>
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Los autores declaran que no tienen intereses financieros que compiten.

Han planteado la hipótesis de interacciones planta-microorganismo para ser determinado por un equilibrio finamente sintonizado entre bacterias y plantas. Estas interacciones son muy complejas y difíciles de estudiar en un sistema natural, que comprende diversas especies microbianas, potencialmente actuar como consorcios. Este papel describe un protocolo simplificado para estudiar la respuesta bacteriana a los exudados de la raíz en condiciones bien controladas. El perfil del transcriptoma de rizobacterias, sobre expos...

Las plantas pueden exudado hasta un 20% del carbono fijado durante la fotosíntesis a través de las raíces en la rizosfera1, es decir, la zona estrecha de tierra cerca de las raíces. Debido a la mayor disponibilidad de nutrientes, la rizosfera es un habitat conveniente para diversos microorganismos, incluyendo bacterias promotoras de crecimiento vegetal. Los exudados de la raíz contienen una gama de compuestos inorgánicos como agua, iones, ácidos inorgánicos y oxígeno. Sin embargo, la mayoría de los exudados de la raíz está formada por materiales orgánicos, que pueden dividirse en compuestos de bajo peso molecular y alto peso molecular compuestos. Los compuestos de bajo peso molecular son aminoácidos, ácidos orgánicos, azúcares, compuestos fenólicos, ácidos grasos y una gran variedad de metabolitos secundarios. Los compuestos de alto peso molecular consisten en mucílagos y proteínas2,3. Microorganismos de la rizosfera pueden utilizar algunos de estos compuestos como fuente de energía para el crecimiento y desarrollo. Los exudados de la raíz juegan un papel importante en la conformación de la comunidad de rizobacterias puesto que los compuestos producidos por la planta en los exudados pueden influir en el comportamiento de las bacterias de rizósfera asociados que afectan a la expresión de genes específicos.
Comprensión de la respuesta bacteriana a los exudados de la raíz es un paso clave en el desciframiento de los mecanismos de interacción planta-microorganismo. Como la respuesta bacteriana a interacciones planta-microorganismo es el producto de la expresión génica diferencial, puede ser estudiada mediante el análisis de transcriptoma. Usando este método, estudios previos identificaron varios genes importantes implicados en interacciones planta-microorganismo. En Pseudomonas aeruginosa, genes implicados en metabolismo, quimiotaxis y tipo de secreción de II han demostrado responder a remolacha raíz exudados4. Fan et al. 5 estudia el perfil transcriptómico de B. amyloliquefaciens FZB42 en respuesta a los exudados de raíces de maíz. Sus resultados muestran que, de los genes fuertemente inducidos por los exudados de la raíz, varios grupos están involucrados en rutas metabólicas relacionadas con la utilización de nutrientes, quimiotaxis, motilidad y síntesis no ribosomal de péptidos antimicrobianos y Policétidos.
La exactitud de estos estudios se basa en la colección de exudados de la raíz. Aunque varios métodos han descrito la colección de exudados de la raíz para diversos propósitos, se requieren instrumentos sofisticados o no se hacen en condiciones bien controladas6,7,8. Además, inhibir la rizosfera microorganismos pueden influir en composición del exudado de raíz afectando la permeabilidad de la membrana de la célula vegetal y daño de los tejidos de la raíz, particularmente en el caso de consorcios de microorganismos9. Al investigar la respuesta microbiana a los exudados de la raíz, es importante utilizar condiciones bien definidas para evitar la alteración de los compuestos por otros microorganismos10. Además, RNA de alta calidad se requiere para RNA-seq basados en estudios de transcriptoma. Sin embargo, cuando se trata con cepas bacterianas de modelo no, los protocolos estándar o kits comerciales suelen tienen un bajo rendimiento debido a factores desconocidos o propiedades de crecimiento especial.
El protocolo descrito aquí se verificó utilizando B. mycoides, que es una bacteria gram-positiva, formadora de esporas del filo Firmicute. Es ubicuo en la rizosfera de diferentes especies de plantas. Varias propiedades promotoras de crecimiento de planta han sido reportadas para esta especie, incluida la inducción de resistencia sistemática (ISR) en remolacha azucarera11, inhibición del damping-off patógeno Pythium pepino12, así como nitrógeno fijación en la rizósfera de girasol13. Sin embargo, los mecanismos moleculares de la interacción con una planta de host no están bien estudiados.
El objetivo de los experimentos aquí presentados es estudiar la respuesta de transcriptómico del endosphere aislado B. mycoides a exudados de raíces de papa. En Resumen, el protocolo consta de los siguientes pasos: en primer lugar, recoger exudados de raíces de papa bajo condiciones estériles. Luego, extraer RNA de alta calidad de las células bacterianas tratadas con exudados de la raíz. El último paso es el análisis de datos uso de tubería de T-REx en la web14. Este protocolo se utiliza para identificar los genes B. mycoides que muestran un cambio en niveles de expresión al entrar en contacto con exudados de la raíz y así podrían desempeñar un papel importante en las interacciones planta-microorganismo.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="987">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">sodium hypochlorite</td>
			<td style="width:236px;">Sigma</td>
			<td style="width:152px;">&#160;CAS: 7681-52-9&#160;</td>
			<td style="width:339px;">10-15%&#160; active chlorine</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">Luria-Bertani (LB) broth</td>
			<td style="width:236px;"></td>
			<td style="width:152px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">incubater</td>
			<td style="width:236px;">New Brunswick Scientific</td>
			<td style="width:152px;">Innova 4000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">spectrophotometer</td>
			<td style="width:236px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:152px;">Genesys 20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">liquid nitrogen</td>
			<td style="width:236px;"></td>
			<td style="width:152px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">glass beads</td>
			<td style="width:236px;">Sigma</td>
			<td style="width:152px;">G8893</td>
			<td>0.5 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">2.0 ml tube with screw cap</td>
			<td style="width:236px;"></td>
			<td style="width:152px;"></td>
			<td>RNase free</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">1.5 ml and 2.0 ml eppendorf tube</td>
			<td style="width:236px;"></td>
			<td style="width:152px;"></td>
			<td>RNase free</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Bead mill homogenizer</td>
			<td>BioSpec</td>
			<td style="width:152px;">607</td>
			<td>Mini_beadbeater</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">centrifuge</td>
			<td style="width:236px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:152px;">5430</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">Diethyl pyrocarbonate (DEPC)</td>
			<td style="width:236px;">sigma</td>
			<td style="width:152px;">CAS: 1609-47-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">Sodium Dodecyl Sulfate (SDS)</td>
			<td style="width:236px;">sigma</td>
			<td style="width:152px;">CAS: 151-21-3&#160;</td>
			<td>10% solution prepared with DEPC treated MQ water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">TE buffer</td>
			<td style="width:236px;"></td>
			<td style="width:152px;"></td>
			<td>10 mM Tris-HCl; 1 mM EDTA, pH=8</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">phenol</td>
			<td>Sigma</td>
			<td style="width:152px;"></td>
			<td>RNA grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">chloroform-isoamyl alcohol&#160;</td>
			<td style="width:236px;"></td>
			<td style="width:152px;"></td>
			<td>prepare 24:1 of chloroform:isoamyl alcohol, store at room temperature</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">High pure RNA isolation kit</td>
			<td style="width:236px;">Roche</td>
			<td style="width:152px;">11828665001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">RNase Decontamination Solution</td>
			<td style="width:236px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:152px;">AM9780</td>
			<td>RNase-Zap</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">Automated electrophoresis instrument</td>
			<td style="width:236px;">Agilent</td>
			<td style="width:152px;">2100</td>
			<td>Bioanalyzer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microvolume spectrophotometer</td>
			<td style="width:236px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:152px;">Nanodrop ND-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">RNA quality analysis kit</td>
			<td style="width:236px;">Agilent</td>
			<td style="width:152px;">RNA 6000 Nano kit&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">RNase inhibitor</td>
			<td style="width:236px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:152px;">RiboLock</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">Directional RNA library Prep kit</td>
			<td style="width:236px;">NEB</td>
			<td style="width:152px;">Ultra</td>
			<td style="width:339px;">For Illumina</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

plant-microbe interaction: transcriptional response of bacillus mycoides to potato root exudates

Bacterias beneficiosas planta juegan un papel importante en promover el crecimiento y prevención de enfermedades en plantas. La aplicación de planta rizobacterias promotoras del crecimiento (PGPR) como agentes biofertilizantes o control biológico se ha convertido en una alternativa eficaz al uso de fertilizantes convencionales y puede aumentar la productividad de los cultivos a bajo costo. Interacciones planta-microorganismo dependen de señales secretadas por la planta anfitrión y una reacción de aquí en adelante por sus bacterias asociadas. Sin embargo, los mecanismos moleculares de bacterias beneficiosas como responden a sus asociados de origen vegetal las señales no se entienden completamente. Valoración de la respuesta de transcriptómicos de bacterias en los exudados de la raíz es un poderoso enfoque para determinar la expresión génica bacteriana y Reglamento condiciones rizosféricos. Tal conocimiento es necesario entender los mecanismos subyacentes involucrados en interacciones planta-microorganismo. Este papel describe un protocolo detallado para estudiar la respuesta de transcriptómicos de B. mycoides EC18, una cepa aislada de la endosphere de la patata, a exudados de raíces de papa. Con la ayuda de la reciente tecnología de secuenciación de alto rendimiento, este protocolo puede realizarse en varias semanas y produce enormes conjuntos de datos. En primer lugar, recogemos los exudados de la raíz en condiciones estériles, después de lo cual se agregan a las culturas B. mycoides . El ARN de estas culturas se aísla método de fenol/cloroformo, combinada con un kit comercial y sujeto a control de calidad por un instrumento de electroforesis automatizada. Después de la secuenciación, análisis de datos se realizaron con la tubería T-REx en la web y se identifica un grupo de genes diferencialmente expresados. Este método es una herramienta útil para facilitar nuevos descubrimientos sobre los genes bacterianos implicados en interacciones planta-microorganismo.

Microorganismos asociados a plantas pueden influir positivamente en crecimiento de las plantas y la salud. Sin embargo, los mecanismos de las interacciones complejas entre las plantas y sus simbiontes microbianos no se entienden completamente. Exudados de la raíz juegan un papel importante en la regulación de la actividad de rizobacterias y comportamiento, y generalmente se postula que la colonización microbiana de raíces inicia con la atracción de los microbios a los exudados de la ...

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Plant-Microbe Interaction: Transcriptional Response of Bacillus Mycoides to Potato Root Exudates

El objetivo del protocolo presentado aquí es estudiar la respuesta de transcriptómicos de endosphere aislado de Bacillus mycoides a exudados de raíces de papa. Este método facilita la identificación de genes bacterianos importantes implicados en interacciones planta-microorganismo y es en principio aplicable a las plantas, con ajustes menores y otros endófitos.

Interacción planta-microorganismo: Respuesta transcripcional de Bacillus Mycoides a exudados de raíces de papa

Beneficial plant-associated bacteria play an important role in promoting growth and preventing disease in plants. The application of plant ...

plant-microbe-interaction-transcriptional-response-bacillus-mycoides

Research

JoVE Journal

Biology

Plant-Microbe Interaction: Transcriptional Response of Bacillus Mycoides to Potato Root Exudates

12.4K vistas.  University of Groningen. El objetivo del protocolo presentado aquí es estudiar la respuesta de transcriptómicos de endosphere aislado de Bacillus mycoides a exudados de raíces de papa. Este método facilita la identificación de genes bacterianos importantes implicados en interacciones planta-microorganismo y es en principio aplicable a las plantas, con ajustes menores y otros endófitos.

Video: Plant-Microbe Interaction: Transcriptional Response of Bacillus Mycoides to Potato Root Exudates

Virus-induced Gene Silencing (VIGS) in Nicotiana benthamiana and Tomato

RNA interference (RNAi) is a highly specific gene-silencing phenomenon triggered by dsRNA1. This silencing mechanism uses two major classes of RNA regulators: microRNAs, which are produced from non-protein coding genes and short interfering RNAs (siRNAs). Plants use RNAi to control transposons and to exert tight control over developmental processes such as flower organ formation and leaf development2,3,4. Plants also use RNAi to defend themselves against infection by viruses. Consequently, many viruses have evolved suppressors of gene silencing to allow their successful colonization of their host5.
Virus-induced gene silencing (VIGS) is a method that takes advantage of the plant RNAi-mediated antiviral defense mechanism. In plants infected with unmodified viruses the mechanism is specifically targeted against the viral genome. However, with virus vectors carrying sequences derived from host genes, the process can be additionally targeted against the corresponding host mRNAs. VIGS has been adapted for high-throughput functional genomics in plants by using the plant pathogen Agrobacterium tumefaciens to deliver, via its Ti plasmid, a recombinant virus carrying the entire or part of the gene sequence targeted for silencing. Systemic virus spread and the endogenous plant RNAi machinery take care of the rest. dsRNAs corresponding to the target gene are produced and then cleaved by the ribonuclease Dicer into siRNAs of 21 to 24 nucleotides in length. These siRNAs ultimately guide the RNA-induced silencing complex (RISC) to degrade the target transcript2.
Different vectors have been employed in VIGS and one of the most frequently used is based on tobacco rattle virus (TRV). TRV is a bipartite virus and, as such, two different A. tumefaciens strains are used for VIGS. One carries pTRV1, which encodes the replication and movement viral functions while the other, pTRV2, harbors the coat protein and the sequence used for VIGS6,7. Inoculation of Nicotiana benthamiana and tomato seedlings with a mixture of both strains results in gene silencing. Silencing of the endogenous phytoene desaturase (PDS) gene, which causes photobleaching, is used as a control for VIGS efficiency. It should be noted, however, that silencing in tomato is usually less efficient than in N. benthamiana. RNA transcript abundance of the gene of interest should always be measured to ensure that the target gene has efficiently been down-regulated. Nevertheless, heterologous gene sequences from N. benthamiana can be used to silence their respective orthologs in tomato and vice versa8.

Virus-induced Gene Silencing VIGS in Nicotiana benthamiana and Tomato

Description of a virus-induced gene silencing (VIGS) method for knock-down of gene expression in Nicotiana benthamiana and tomato.

Inducida por el virus de silenciamiento génico (VIGS) en Nicotiana benthamiana Y tomate

RNA interference (RNAi) is a highly specific gene-silencing phenomenon triggered by dsRNA1. This silencing mechanism uses two major classes of RNA ...

Investigación

Biología

Imaging Mismatch Repair and Cellular Responses to DNA Damage in Bacillus subtilis

Both prokaryotes and eukaryotes respond to DNA damage through a complex set of physiological changes. Alterations in gene expression, the redistribution of existing proteins, and the assembly of new protein complexes can be stimulated by a variety of DNA lesions and mismatched DNA base pairs. Fluorescence microscopy has been used as a powerful experimental tool for visualizing and quantifying these and other responses to DNA lesions and to monitor DNA replication status within the complex subcellular architecture of a living cell. Translational fusions between fluorescent reporter proteins and components of the DNA replication and repair machinery have been used to determine the cues that target DNA repair proteins to their cognate lesions in vivo and to understand how these proteins are organized within bacterial cells. In addition, transcriptional and translational fusions linked to DNA damage inducible promoters have revealed which cells within a population have activated genotoxic stress responses. In this review, we provide a detailed protocol for using fluorescence microscopy to image the assembly of DNA repair and DNA replication complexes in single bacterial cells. In particular, this work focuses on imaging mismatch repair proteins, homologous recombination, DNA replication and an SOS-inducible protein in Bacillus subtilis. All of the procedures described here are easily amenable for imaging protein complexes in a variety of bacterial species.

Imaging Mismatch Repair and Cellular Responses to DNA Damage in Bacillus subtilis

A detailed protocol is described for imaging the real time formation of DNA repair complexes in Bacillus subtilis cells.

Imágenes de reparación del ADN y la respuesta celular al daño del ADN en Bacillus subtilis</em

Both prokaryotes and eukaryotes respond to DNA damage through a complex set of physiological changes. Alterations in gene expression, the redistribution ...

Using the optokinetic response to study visual function of zebrafish

Optokinetic response (OKR) is a behavior that an animal vibrates its eyes to follow a rotating grating around it. It has been widely used to assess the visual functions of larval zebrafish1-5. Nevertheless, the standard protocol for larval fish is not yet readily applicable in adult zabrafish. Here, we introduce how to measure the OKR of adult zebrafish with our simple custom-built apparatus using a new protocol which is established in our lab. Both our apparatus and step-by-step procedure of OKR in adult zebrafish are illustrated in this video. In addition, the measurements of the larval OKR, as well as the optomotor response (OMR) test of adult zebrafish, are also demonstrated in this video. This OKR assay of adult zebrafish in our experiment may last for up to 4 hours. Such OKR test applied in adult fish will benefit to visual function investigation more efficiently when the adult fish vision system is manipulated.
Su-Qi Zou and Wu Yin contributed equally to this paper.

Optokinetic response has been widely used to assess the visual functions of larval zebrafish. Nevertheless, the standard protocol for larval fish is not yet readily applicable in adults1-5. Here, we introduce how to measure the OKR of adult zebrafish using a new protocol which is established in our lab.

Usando la respuesta de optocinético para estudiar la función visual del pez cebra

Optokinetic response (OKR) is a behavior that an animal vibrates its eyes to follow a rotating grating around it. It has been widely used to assess the ...

Quantification of &gamma;H2AX Foci in Response to Ionising Radiation

DNA double-strand breaks (DSBs), which are induced by either endogenous metabolic processes or by exogenous sources, are one of the most critical DNA lesions with respect to survival and preservation of genomic integrity. An early response to the induction of DSBs is phosphorylation of the H2A histone variant, H2AX, at the serine-139 residue, in the highly conserved C-terminal SQEY motif, forming &gamma;H2AX1. Following induction of DSBs, H2AX is rapidly phosphorylated by the phosphatidyl-inosito 3-kinase (PIKK) family of proteins, ataxia telangiectasia mutated (ATM), DNA-protein kinase catalytic subunit and ATM and RAD3-related (ATR)2. Typically, only a few base-pairs (bp) are implicated in a DSB, however, there is significant signal amplification, given the importance of chromatin modifications in DNA damage signalling and repair. Phosphorylation of H2AX mediated predominantly by ATM spreads to adjacent areas of chromatin, affecting approximately 0.03% of total cellular H2AX per DSB2,3. This corresponds to phosphorylation of approximately 2000 H2AX molecules spanning ~2 Mbp regions of chromatin surrounding the site of the DSB and results in the formation of discrete &gamma;H2AX foci which can be easily visualized and quantitated by immunofluorescence microscopy2. The loss of &gamma;H2AX at DSB reflects repair, however, there is some controversy as to what defines complete repair of DSBs; it has been proposed that rejoining of both strands of DNA is adequate however, it has also been suggested that re-instatement of the original chromatin state of compaction is necessary4-8. The disappearence of &gamma;H2AX involves at least in part, dephosphorylation by phosphatases, phosphatase 2A and phosphatase 4C5,6. Further, removal of &gamma;H2AX by redistribution involving histone exchange with H2A.Z has been implicated7,8. Importantly, the quantitative analysis of &gamma;H2AX foci has led to a wide range of applications in medical and nuclear research. Here, we demonstrate the most commonly used immunofluorescence method for evaluation of initial DNA damage by detection and quantitation of &gamma;H2AX foci in &gamma;-irradiated adherent human keratinocytes9.

Quantification of &#947;H2AX Foci in Response to Ionising Radiation

Quantification of DNA double-strand streaks using &gamma;H2AX formation as a molecular marker has become an invaluable tool in radiation biology. Here we demonstrate the use of an immunofluorescence assay for quantification of &gamma;H2AX foci after exposure of cells to radiation.

La cuantificación de γH2AX focos en respuesta a la radiación ionizante

DNA double-strand breaks (DSBs), which are induced by either endogenous metabolic processes or by exogenous sources, are one of the most critical DNA ...

Single Cell Transcriptional Profiling of Adult Mouse Cardiomyocytes

While numerous studies have examined gene expression changes from homogenates of heart tissue, this prevents studying the inherent stochastic variation between cells within a tissue. Isolation of pure cardiomyocyte populations through a collagenase perfusion of mouse hearts facilitates the generation of single cell microarrays for whole transcriptome gene expression, or qPCR of specific targets using nanofluidic arrays. We describe here a procedure to examine single cell gene expression profiles of cardiomyocytes isolated from the heart. This paradigm allows for the evaluation of metrics of interest which are not reliant on the mean (for example variance between cells within a tissue) which is not possible when using conventional whole tissue workflows for the evaluation of gene expression (Figure 1). We have achieved robust amplification of the single cell transcriptome yielding micrograms of double stranded cDNA that facilitates the use of microarrays on individual cells. In the procedure we describe the use of NimbleGen arrays which were selected for their ease of use and ability to customize their design. Alternatively, a reverse transcriptase - specific target amplification (RT-STA) reaction, allows for qPCR of hundreds of targets by nanofluidic PCR. Using either of these approaches, it is possible to examine the variability of expression between cells, as well as examining expression profiles of rare cell types from within a tissue. Overall, the single cell gene expression approach allows for the generation of data that can potentially identify idiosyncratic expression profiles that are typically averaged out when examining expression of millions of cells from typical homogenates generated from whole tissues.

Single cell expression profiling allows the detailed gene expression analysis of individual cells. We describe methods for the isolation of cardiomyocytes, and preparing the resulting lysates for either whole transcriptome microarray or qPCR of specific targets.

Perfiles de transcripción de los organismos unicelulares de los cardiomiocitos de ratón adulto

While numerous studies have examined gene expression changes from homogenates of heart tissue, this prevents studying the inherent stochastic variation ...

Using Flatbed Scanners to Collect High-resolution Time-lapsed Images of the Arabidopsis Root Gravitropic Response

Research efforts in biology increasingly require use of methodologies that enable high-volume collection of high-resolution data. A challenge laboratories can face is the development and attainment of these methods. Observation of phenotypes in a process of interest is a typical objective of research labs studying gene function and this is often achieved through image capture. A particular process that is amenable to observation using imaging approaches is the corrective growth of a seedling root that has been displaced from alignment with the gravity vector. Imaging platforms used to measure the root gravitropic response can be expensive, relatively low in throughput, and/or labor intensive. These issues have been addressed by developing a high-throughput image capture method using inexpensive, yet high-resolution, flatbed scanners. Using this method, images can be captured every few minutes at 4,800 dpi. The current setup enables collection of 216 individual responses per day. The image data collected is of ample quality for image analysis applications.

This protocol describes a process for rapid collection of images of Arabidopsis seedlings responding to a gravity stimulus using commercially-available flatbed scanners. The method allows for inexpensive, high-volume capture of high-resolution images amenable for downstream analysis algorithms.

El uso de escáneres planos para recopilar de alta resolución de duración transcurrido Imágenes de la gravitrópica Respuesta Arabidopsis Root

Research efforts in biology increasingly require use of methodologies that enable high-volume collection of high-resolution data. A challenge laboratories ...

Agroinfiltration and PVX Agroinfection in Potato and Nicotiana benthamiana

Agroinfiltration and PVX agroinfection are two efficient transient expression assays for functional analysis of candidate genes in plants. The most commonly used agent for agroinfiltration is Agrobacterium tumefaciens, a pathogen of many dicot plant species. This implies that agroinfiltration can be applied to many plant species. Here, we present our protocols and expected results when applying these methods to the potato (Solanum tuberosum), its related wild tuber-bearing Solanum species (Solanum section Petota) and the model plant Nicotiana benthamiana. In addition to functional analysis of single genes, such as resistance (R) or avirulence (Avr) genes, the agroinfiltration assay is very suitable for recapitulating the R-AVR interactions associated with specific host pathogen interactions by simply delivering R and Avr transgenes into the same cell. However, some plant genotypes can raise nonspecific defense responses to Agrobacterium, as we observed for example for several potato genotypes. Compared to agroinfiltration, detection of AVR activity with PVX agroinfection is more sensitive, more high-throughput in functional screens and less sensitive to nonspecific defense responses to Agrobacterium. However, nonspecific defense to PVX can occur and there is a risk to miss responses due to virus-induced extreme resistance. Despite such limitations, in our experience, agroinfiltration and PVX agroinfection are both suitable and complementary assays that can be used simultaneously to confirm each other&#39;s results.

Agroinfiltration and PVX Agroinfection in Potato and Nicotiana benthamiana

Agroinfiltration and PVX agroinfection are routine functional assays for transient ectopic expression of genes in plants. These methods are efficient assays in effectoromics strategies (rapid resistance and avirulence gene discovery) and crucial to modern research in molecular plant pathology. They meet the demand for robust high-throughput functional analysis in plants.

Agroinfiltración y PVX Agroinfección en Papa y Nicotiana benthamiana

Agroinfiltration and PVX agroinfection are two efficient transient expression assays for functional analysis of candidate genes in plants. The most ...

Collection and Analysis of Arabidopsis Phloem Exudates Using the EDTA-facilitated Method

The plant phloem is essential for the long-distance transport of (photo-) assimilates as well as of signals conveying biotic or abiotic stress. It contains sugars, amino acids, proteins, RNA, lipids and other metabolites. While there is a large interest in understanding the composition and function of the phloem, the role of many of these molecules and thus, their importance in plant development and stress response has yet to be determined. One barrier to phloem analysis lies in the fact that the phloem seals itself upon wounding. As a result, the number of plants from which phloem sap can be obtained is limited. One method that allows collection of phloem exudates from several plant species without added equipment is the EDTA-facilitated phloem exudate collection described here. While it is easy to use, it does lead to the wounding of cells and care has to be taken to remove contents of damaged cells. In addition, several controls to prove purity of the exudate are necessary. Because it is an exudation rather than a direct collection of the phloem sap (not possible in many species) only relative quantification of its contents can occur. The advantage of this method over others is that it can be used in many herbaceous or woody plant species (Perilla, Arabidopsis, poplar, etc.) and requires minimal equipment and training. It leads to reasonably large amounts of exudates that can be used for subsequent analysis of proteins, sugars, lipids, RNA, viruses and metabolites. It is simple enough that it can be used in both a research as well as in a teaching laboratory.

Collection and Analysis of Arabidopsis Phloem Exudates Using the EDTA-facilitated Method

Knowledge of the composition of the phloem sap as well as the mechanism of its loading and long-distance transport is essential for the understanding of long-distance signaling in plant development and stress/pathogen response and of assimilate transport. This manuscript describes the collection of phloem exudates using the EDTA-facilitated method.

Recopilación y análisis de<em&gt; Arabidopsis</em&gt; Floema exudados mediante el método de EDTA-facilitado

The plant phloem is essential for the long-distance transport of (photo-) assimilates as well as of signals conveying biotic or abiotic stress. It ...

Methods to Discover Alternative Promoter Usage and Transcriptional Regulation of Murine Bcrp1

Gene expression in different tissues is often controlled by alternative promoters that result in the synthesis of mRNA with unique &#8212; usually untranslated &#8212; first exons. Bcrp1 (Abcg2), the murine orthologue of the ABC transporter Breast Cancer Resistance Protein (BCRP, ABCG2), has at least four alternative promoters that are designated by the corresponding four alternative first exons produced: E1U, E1A, E1B, and E1C. Herein, in-silico protocols are presented to predict alternative promoter usage for Bcrp1. Furthermore, reporter assay methods are described to produce reporter constructs for alternative promoters and to determine the functionality of putative promoters upstream of the alternative first exons that are identified.

With the murine ABC transporter Bcrp1 (Abcg2) as an example, in-silico protocols are presented to detect alternative promoter usage in genes expressed in mouse tissues, and to evaluate the functionality of the alternative promoters identified using reporter assays.

Métodos para descubrir uso promotor alternativo y la regulación transcripcional de murino BCRP1

Gene expression in different tissues is often controlled by alternative promoters that result in the synthesis of mRNA with unique &#8212; usually ...

High-throughput CRISPR Vector Construction and Characterization of DNA Modifications by Generation of Tomato Hairy Roots

Targeted DNA mutations generated by vectors with clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/Cas9 technology have proven useful for functional genomics studies. While most cloning strategies are simple to perform, they generally use multiple steps and can require several days to generate the ultimate constructs. The method presented here is based on DNA assembly and can produce fully functional CRISPR vectors in a single cloning reaction. Vector construction can also be pooled, further increasing the efficiency and utility of the process. A modification of the method is used to create CRISPR vectors with multiple gene targets. CRISPR vectors are then transformed into tomato hairy roots to generate transgenic materials with targeted DNA modifications. Hairy roots are a useful system for testing vector functionality as they are technically simple to generate and amenable to large-scale production. The methods presented here will have wide application as they can be used to generate a variety of CRISPR vectors and be used in a wide range of plant species.

Using DNA assembly, multiple CRISPR vectors can be constructed in parallel in a single cloning reaction, making the construction of large numbers of CRISPR vectors a simple task. Tomato hairy roots are an excellent model system to validate CRISPR vectors and generate mutant materials.

De alto rendimiento CRISPR vector de la construcción y caracterización de las modificaciones del ADN mediante la generación de raíces peludas tomate

Targeted DNA mutations generated by vectors with clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/Cas9 technology have proven useful for ...