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Method Article
Ce protocole décrit la création d’un schéma de transfection aléatoire à l’aide d’un manipulateur de liquide automatisé, d’un protocole d’isolement du protoplaste pour les feuilles de maïs étiolées et d’une procédure de transfection à 96 puits à l’aide d’un manipulateur de liquide.
Le domaine de la biotechnologie végétale a connu des progrès remarquables ces dernières années, révolutionnant la capacité de manipuler et d’organiser des plantes à diverses fins. Cependant, à mesure que la recherche dans ce domaine gagne en diversité et devient de plus en plus sophistiquée, le besoin de solutions de dépistage transitoire précoces, efficaces, fiables et à haut débit pour affiner les stratégies menant à une transformation stable est plus évident. Une méthode qui a réapparu ces dernières années est l’utilisation du protoplaste végétal, pour lequel des méthodes d’isolement et de transfection sont disponibles dans de nombreuses espèces, tissus et stades de développement. Ce travail décrit un protocole automatisé simple pour la préparation aléatoire d’un plasmide dans une plaque de 96 puits, une méthode pour l’isolement du protoplaste de feuille de maïs étiolée et une procédure de transfection automatisée. L’adoption de solutions automatisées en biotechnologie végétale, illustrée par ces nouveaux protocoles de manipulation des liquides pour la transfection des protoplastes végétaux, représente une avancée significative par rapport aux méthodes manuelles. En tirant parti de l’automatisation, les chercheurs peuvent facilement surmonter les limites des méthodes traditionnelles, améliorer l’efficacité et accélérer les progrès scientifiques.
La transfection de protoplastes végétaux, l’introduction de matériel génétique étranger dans des cellules végétales dépourvues de parois cellulaires, est une technique essentielle et, au cours du dernier demi-siècle, elle a englobé de nombreuses espèces à l’appui de la recherche en biotechnologie végétale. Cependant, l’utilisation de ces méthodes peut être douloureuse et de portée limitée, même avec des millions de protoplastes produits par isolement. Les méthodes traditionnelles de transfection de protoplastes végétaux sont souvent laborieuses, longues, sujettes à la variabilité et techniquement exigeantes, ce qui conduit à des systèmes de niche à faible reproductibilité1. Cependant, le potentiel introduit par les solutions automatisées ces dernières années met en lumière la possibilité de donner un nouveau souffle à cette technique vieille de 60 ans 2,3. Grâce à la possibilité d’automatiser des étapes cruciales mais répétitives telles que la préparation des matériaux, l’incubation du polyéthylène glycol (PEG) et la distribution ultérieure de réactifs par transfection, les chercheurs peuvent réduire considérablement les exigences de manipulation physique et d’autres sources potentielles d’erreur humaine4. De plus, le contrôle précis et l’uniformité offerts par les systèmes automatisés de manipulation des liquides garantissent des résultats de transfection cohérents et reproductibles.
Alors que l’isolement des protoplastes est un processus méticuleux qui implique le hachage, la digestion, l’incubation, la filtration et la centrifugation, la partie transfection de ces protocoles est conçue sur mesure pour les manipulateurs de liquides automatisés. La procédure pour la plupart des protocoles de transfection de protoplastes est médiée par le PEG, et le mélange du protoplaste isolé en présence de PEG et d’ADN plasmidique purifié pendant une durée spécifiée à une concentration précise (en fonction de l’espèce et du tissu) permet à ces cellules d’absorber l’ADN plasmidique5. Cette transfection est suivie d’une série d’étapes de lavage, qui aboutissent à une incubation d’une nuit6. Après la période d’incubation, si tout a été conçu et livré correctement, l’expérience aboutit à l’expression de la composante d’intérêt et/ou au potentiel d’évaluation des différentes composantes réglementaires7. Toutes les étapes d’aspiration, de distribution et d’agitation/mélange associées à cette procédure seraient normalement gérées par une pipette manuelle. L’exécution d’un tel protocole à la main, une réaction individuelle à la fois, est laborieuse et introduit des variations inutiles entre les échantillons tout en limitant la capacité pouvant être évaluée à un moment donné. Les protocoles automatisés de manipulation de cellules de mammifères ou d’insectes et de synthèse chimique dans l’industrie pharmaceutique sont en pratique depuis plusieurs années 4,8,9. L’utilisation de Protoplast et les protocoles impliquant la manipulation automatisée de liquides de matières végétales sont en hausse 10,11,12,13.
L’adoption de protocoles automatisés de manipulation de liquides pour la transfection de protoplastes végétaux est très prometteuse pour les applications de recherche. Les chercheurs peuvent explorer de plus grandes bibliothèques génétiques, dépister des fonctions génétiques spécifiques à un rythme accéléré et étudier plus complètement les interactions génétiques complexes liées au stress des plantes14. L’évolutivité des approches automatisées utilisant des pods de 96 puits combinée au criblage par fluorescence permet des expériences à haut débit et permet aux scientifiques de générer rapidement des données et des informations qui peuvent alimenter les progrès de la biotechnologie végétale11. Cependant, avec cette augmentation du débit, conduisant à la génération de centaines, voire de milliers de points de données, il doit y avoir un contrôle qualité supplémentaire qui tient compte de toutes les sources d’erreur susceptibles de fausser les résultats15. L’effet de bord est un élément qui a été identifié comme un facteur contributif dans de nombreuses disciplines scientifiques. Certaines stratégies d’atténuation suggéreront la meilleure plaque à utiliser ou à remplir l’espace entre les puits ou les puits les plus extérieurs avec de l’eau pour lutter contre ce phénomène16,17. Cependant, ces stratégies ajoutent du temps, et si un jetable spécifique n’est pas disponible, la seule option est de se contenter de moins ou de reporter. Par ailleurs, l’examen des stratégies qui tiennent compte de cet effet via un schéma de blocage ne sacrifie pas le débit ou le délai d’exécution.
Ce protocole de protoplaste de feuille de maïs étiolée et ses deux méthodes automatisées illustrées à la figure 1 cherchent à répondre à la variabilité inhérente aux expériences de protoplaste en automatisant plusieurs parties de la méthode canonique des protoplastes, l’allocation de matériel plasmidique au récipient utilisé pour la transfection et la transfection elle-même. Ces méthodes sont démontrées pour la plate-forme de protoplaste de feuille de maïs étiolée, car il s’agit d’une plate-forme de protoplaste bien caractérisée, simple et efficace. Toutes les étapes détaillées ici sont immédiatement accessibles aux protocoles de transfection protoplaste, qui utilisent des solutions tampons similaires ou identiques. Cependant, une attention particulière aux caractéristiques uniques des tissus et des espèces sources de protoplastes doit être prise en compte avant l’adoption de ces techniques. Ces améliorations grâce à l’automatisation simplifient la préparation du matériel pour des expériences individuelles et améliorent considérablement le débit, passant d’une transfection séquentielle une par une à 96 transfections traitées simultanément. Ce travail montrera également la justification de l’utilisation de blocs incomplets randomisés pour tenir compte du biais de position des plaques.
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1. Création de plaques de transfection
2. Isolement des protoplastes de feuilles de maïs étiolées
3. Transfection automatisée de protoplastes
REMARQUE : Les étapes 3.6 à 3.15 sont entièrement gérées par le manipulateur de liquides automatisé, à l’exception des deux pauses de l’utilisateur aux étapes 3.10 et 3.13, qui nécessitent une centrifugation manuelle. Des captures d’écran pertinentes qui suivent ce protocole automatisé se trouvent dans le supplément, la figure supplémentaire 1, la figure supplémentaire 3, la figure supplémentaire 4 et la figure supplémentaire 5.
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Pour obtenir des données d’observation soutenant que les effets de bord peuvent affecter les mesures de réponse ; Une étude pilote a été menée pour confirmer ces soupçons. Pour cette étude, les méthodes ci-dessus ont été appliquées à trois plaques répétées de 96 puits avec un seul niveau de traitement ; tous les protoplastes ont été transfectés à l’aide de pSYN1125019, un plasmide qui exprime constitutivement ZsGreen, dans le but de montre...
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Ce manuscrit décrit un protocole permettant d’automatiser la création de plaques de transfection et l’isolement des protoplastes de feuilles de maïs étiolées avec une transfection automatisée. Pour mener à bien la partie du protocole consacrée à la création de plaques de transfection, il faut un robot automatisé de manipulation de liquides équipé d’une nacelle à 8 canaux. Pour le protocole de transfection, une nacelle de 96 puits est recommandée pour une transfection...
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Tous les auteurs sont employés par Syngenta, une société internationale de biotechnologie agricole, qui utilise régulièrement des technologies de transformation pour la génération de produits à caractères transgéniques (GM).
Les auteurs tiennent à remercier les nombreux scientifiques de Syngenta qui soutiennent ce travail et notre équipe au quotidien. Une reconnaissance particulière doit être accordée à la famille et aux amis dont le soutien, souvent invisible, est essentiel au succès continu de l’équipe d’analyse transitoire.
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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 |
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