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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Nous présentons ici un système de transformation efficace et stable pour l’analyse fonctionnelle du gène CcCIPK14 à titre d’exemple, fournissant une base technique pour l’étude du métabolisme de plantes non modèles.
Un système de transformation efficace et stable est fondamental pour l’étude de la fonction des gènes et la sélection moléculaire des plantes. Nous décrivons ici l’utilisation d’un système de transformation médié par Agrobacterium rhizogenes sur le pois d’Angole. La tige est infectée par A. rhizogenes porteur d’un vecteur binaire, qui a induit des callosités après 7 jours et des racines adventives 14 jours plus tard. La racine poilue transgénique générée a été identifiée par une analyse morphologique et un gène rapporteur de la GFP. Pour illustrer davantage le domaine d’application de ce système, CcCIPK14 (Calcineurin B-like protein-interacting protein kinases) a été transformé en pois d’Angole à l’aide de cette méthode de transformation. Les plantes transgéniques ont été traitées avec de l’acide jasmonique (JA) et de l’acide abscissique (ABA), respectivement, dans le but de vérifier si CcCIPK14 réagit à ces hormones. Les résultats ont démontré que (1) les hormones exogènes pouvaient réguler à la hausse de manière significative le niveaud’expression de CcCIPK14, en particulier dans les plantes de surexpression de CcCIPK14 (OE) ; (2) la teneur en génistéine dans les lignées CcCIPK14-OE était significativement plus élevée que celle du témoin ; (3) le niveau d’expression de deux gènes clés de la flavonoïde synthase en aval, CcHIDH1 et CcHIDH2, a été régulé à la hausse dans les lignées CcCIPK14-OE ; et (4) le système transgénique de la racine poilue peut être utilisé pour étudier les gènes métaboliquement fonctionnels chez les plantes non modèles.
La transformation est un outil de base pour évaluer l’expression des gènes exogènes 1,2. De nombreux aspects biologiques des plantes ressources sont communs à toutes les plantes ; par conséquent, des études fonctionnelles de certains gènes peuvent être réalisées chez des plantes modèles (comme Arabidopsis)3. Pourtant, de nombreux gènes chez les plantes sont uniques dans leur fonction et leurs modes d’expression, nécessitant des études chez leurs propres espèces ou chez des espèces étroitement apparentées, en particulier pour les plantes ressources 3,4. Les cellules végétales peuvent détecter divers signaux qui permettent aux plantes de montrer des changements spécifiques dans l’expression des gènes, le métabolisme et la physiologie en réponse à différentes conditions de stress environnemental 5,6,7. Les flavonoïdes sont des acteurs cruciaux dans le processus de signalisation des plantes qui réagissent aux stress environnementaux 5,8,9. En outre, la teneur en flavonoïdes des plantes horticoles et médicinales est également un indicateur important pour l’évaluation de la qualité10. L’identification des gènes impliqués dans la régulation de la synthèse des flavonoïdes en réponse à des signaux externes est cruciale pour comprendre le mécanisme de synthèse des flavonoïdes chez les plantes. Plusieurs études ont révélé que l’application d’hormones exogènes peut favoriser l’accumulation de flavonoïdes 6,11. Un système de transformation stable et une méthode de validation de la fonction des gènes sont essentiels pour démontrer la fonction des gènes et comprendre le métabolisme secondaire chez les plantes.
La transformation médiée par Agrobacterium est largement utilisée dans l’insertion de l’ADN 5,8,9. Agrobacterium tumefacient peut transférer des gènes en anneau dans les chromosomes des cellules végétales, et les phytohormones exogènes induisent une ou quelques cellules hôtes qui peuvent régénérer les plantes pour obtenir des transformants stables 12,13,14. Les méthodes de transformation par voie tuméfaciente d’Agrobacterium sont plus applicables aux espèces végétales aptes à la manipulation in vitro, tandis que la plupart des plantes ligneuses vivaces limitent l’application de cette méthode en raison de leur difficulté de régénération 4,15. A. rhizogenes est également capable de modifier le génome des cellules hôtes16. Dans la présente étude, nous avons développé une procédure de transformation efficace et stable médiée par A. rhizogenes. A. rhizogenes contient un deuxième plasmide binaire portant le gène non naturel de l’ADN-T en plus du plasmide Ri. La plante hôte est infectée et une plante composite peut être obtenue avec des racines poilues transgéniques émergeant de la pousse de type sauvage16,17. Les systèmes de transformation médiés par A. rhizogenes conviennent à la recherche sur les plantes ligneuses en raison de leur régénération rapide, peu coûteuse et non nécessaire. Plus de 160 types de plantes ont réussi à induire des racines poilues, et la plupart d’entre elles se trouvent dans les Solanaceae, les Compositae, les Crucifères, les Convolvulaceae, les Ombellifères, les Légumineuses, les Caryophyllacées et les Polygonacées18,19. Par rapport à A. tumefaciens, A. rhizogenes a montré une efficacité plus élevée dans la transformation médiée du pois d’Angole17,20.
Dans cette étude, le pois d’Angole a été utilisé comme exemple pour présenter le processus de transformation médié par A. rhizogenes. De l’inoculation à l’enracinement, les expériences ont duré 5 semaines. Nous avons identifié la transformation de la racine adventice par la morphologie et le gène rapporteur de la GFP, et l’efficacité de la transformation était aussi élevée que 75 %. De plus, nous avons traité la plante composite avec JA et ABA, ainsi que les transcrits et métabolites secondaires détectés par PCR réelle quantitative et HPLC (chromatographie liquide à haute performance). Il est confirmé que le niveau d’expression de CcCIPK14 répond non seulement à JA et ABA mais affecte également la biosynthèse des flavonoïdes. Ce système est adéquat pour étudier les gènes de fonction associés au métabolisme secondaire. Il fournit également une nouvelle approche pour étudier les plantes non modèles en l’absence d’un système de transformation stable suffisant 17,21,22.
REMARQUE : Le pois d’Angole est une légumineuse diploïde qui appartient à la famille des Fabaceae. Les graines de pois d’Angole utilisées dans cette expérience proviennent de l’Université forestière du Nord-Est de Chine et sont codées 87119. Les principales étapes de ce protocole sont illustrées à la figure 1A. L’incubation des plantules a été réalisée dans un environnement très humide à 25 °C sous des lampes fluorescentes à 50 photons μmol par m-2 s-1 dans une photopériode de 16 h. Les souches K599 (NCPPB2659) d’A. rhizogenes ont été conservées en laboratoire. Ils ont été stockés dans un milieu de mannitol de levure (YEP) avec 15 % de glycérol à -80 °C. Le protocole décrit dans ce travail était basé sur le protocole Meng et al.21.
ATTENTION : Déposez toutes les bactéries et plantes génétiquement modifiées dans le conteneur à déchets approprié. Utilisez tous les produits chimiques dangereux dans une hotte et jetez-les dans le conteneur à déchets dangereux.
1. Préparation des plants de pois d’Angole
2. Activation d’A. rhizogenes
REMARQUE : La souche utilisée pour la transformation d’A. rhizogenes était la K599 conservée à -80 °C. Le vecteur binaire pROK2 (pBIN438 ; http://www.biovector.net/product/428388.html) contient de la protéine fluorescente verte (GFP) comme gène indicateur et un gène de résistance à la kanamycine comme marqueur sélectionnable pour transformer A. rhizogenes.
3. Transformation des plantes à l’aide d’A. rhizogenes
REMARQUE : Sélectionnez des plantes saines pour infecter A. rhizogenes en utilisant la procédure d’injection suivante. Cette procédure entraîne la transformation des racines poilues. Pour analyser la fonction du gène CcCIPK14, un contrôle est nécessaire. Des solutions d’A. rhizogenes avec des plasmides à vecteur vide ou CcCIPK14-pROK2 ont été injectées dans des plantules pour induire des racines poilues.
4. Identification des racines poilues transformées
REMARQUE : Les racines poilues transformées peuvent être identifiées en fonction de la morphologie et du niveau génétique. Cette procédure se concentre principalement sur le test d’identification du gène rapporteur (GFP).
5. Traitement hormonal exogène
REMARQUE : Les plantes composites positives ont été traitées avec des hormones exogènes pour étudier l’effet de CcCIPK14 sur le métabolisme. Les plantes composites induites par A. rhizogenes ont été divisées en trois groupes : le groupe de traitement JA, le groupe de traitement ABA et le groupe témoin (figure 3A).
6. Collecte et conservation des échantillons
REMARQUE : Après 3 h de traitement hormonal exogène, des matières végétales de différents groupes de traitement ont été recueillies.
Transformation des racines poilues médiée par A. rhizogenes sur le pois d’Angole
Cette étude a décrit les protocoles étape par étape pour la transformation génétique des racines poilues médiée par A. rhizogenes, qui a une importance dans le domaine des molécules végétales. Il a fallu environ 5 semaines pour obtenir des racines poilues à partir de racines de pois d’Angole infectés par A. rhizog...
La caractérisation rapide de la fonction des gènes est l’objectif commun dans l’étude de la plupart des espèces, et elle est particulièrement importante pour le développement des plantes ressources. La transformation médiée par A. rhizogenes a été largement utilisée dans la culture des racines poilues. La culture des racines poilues (HRC), en tant que source unique de production de métabolites, joue un rôle central dans l’ingénierie métabolique
Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents connus ou de relations personnelles qui auraient pu sembler influencer les travaux rapportés dans cet article.
Les auteurs remercient chaleureusement la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (31800509, 31922058), le Fonds pour les jeunes talents exceptionnels de l’Université forestière de Pékin (2019JQ03009), les Fonds de recherche fondamentale pour les universités centrales (2021ZY16), la Fondation municipale des sciences naturelles de Pékin (6212023) et le Programme national de R&D clé de Chine (2018YFD1000602,2019YFD1000605-1) et le Centre d’innovation avancée de Pékin pour la sélection des arbres par conception moléculaire. Je tiens à remercier Zhengyang Hou pour ses conseils dans la rédaction de l’article et le professeur Meng Dong pour ses conseils sur l’idée de l’article.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.1 mL qPCR 8-strip tube (with optical caps) | KIRGEN, Shanghai, China | KJ2541 | |
ABA | Solarbio Life Science, Beijing, China | A8060 | |
Agar powder | Solarbio Life Science, Beijing, China | A8190 | |
Centrifuge | Osterode am Harz, Germany | d37520 | |
CFX Connect TW Optics Module | Bio-rad, US | 1855200 | |
constant temperature incubator | Shanghai Boxun Industry & Commerce Co., Ltd, Shanghai,China | BPX-82 | |
Diposable Petri dish | Corning, US | ||
Dry Bath | Gingko Bioscience Company/Coyote bioscience, China | H2H3-100C | |
Eastep Total RNA Extraction Kit50 | Promega, Beijing, China | LS1030 | |
Electronic balance | Tianjin, China | TD50020 | |
Filter pape | Hangzhou wohua Filter Paper Co., Ltd, China | ||
FiveEasy Plus | Mettler Toledo, Shanghai, China | 30254105 | |
Flowerpot 9*9 | China | ||
JA | Solarbio Life Science, Beijing, China | J8070 | |
Kan | Solarbio Life Science, Beijing, China | K8020 | |
MagicSYBR Mixture | CWBIO, Beijing, China | CW3008M | |
Mini Microcentrifuge | Scilogex, Beijing, China | S1010E | |
NaCl | Solarbio Life Science, Beijing, China | S8210 | |
NanPhotometer N50 Touch | IMPLEN GMBH, Germany | T51082 | |
Purelab untra | |||
Rifampicin | Solarbio Life Science, Beijing, China | R8010 | |
Seedling box 30*200 | China | ||
Thermal Cycler PCR | Bio-rad, US | T100 | |
Thermostatic oscillator | Beijing donglian Har lnstrument Manufacture Co.,Ltd,China | DLHE-Q200 | |
Tomy Autoclave | Tomy, Japan | SX-500 | |
Tryptone | Solarbio Life Science, Beijing, China | LP0042 | |
UEIris II RT-PCR System for First-Strand cDNA Synthesis( with dsDNase) | US Everbright INC, Jiangsu, China | R2028 | |
Yeast Extract powder | Solarbio Life Science, Beijing, China | LP0021 |
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