Method Article
מאמר זה מתאר את השינוי הגנטי של unicellular אצה ימית Ostreococcus tauri על ידי electroporation. זה האורגניזם האיקריוטים הוא פלטפורמה מודל יעיל צמחים גבוהים יותר, possesing המורכבות גנומית הסלולר הקטינה באופן משמעותי ולהיות מקובל בקלות לתרבות הן התא וביולוגיה כימית.
בעיות נפוצות פוגע ההתקדמות המהירה במדעי הצמח כולל רקמות הסלולר, והמורכבות האורגניזם כולו, בעיקר רמה גבוהה של יתירות גנומית להשפיע על הגנטיקה פשוטים צמחים גבוהים יותר. אורגניזם מודל הרומן Ostreococcus tauri הוא הקטן ביותר החופשי חי eukaryote הידוע עד כה, ו בעל גודל הגנום הקטינה באופן משמעותי את המורכבות ואת 1,2 הסלולר, באה לידי ביטוי על ידי נוכחות של רק אחד רוב האברונים (mitochondrion, הכלורופלסט, מחסנית Golgi) לכל התא, גנום המכיל רק ~~~HEAD=NNS 8000 גנים. יתר על כן, השילוב של unicellularity והתרבות קל מספק פלטפורמה מקובל גישות וביולוגיה כימית. לאחרונה, Ostreococcus כבר מצליחים ללמוד המנגנונים הבסיסיים העומדים בבסיס מדידת זמן היממה 3-6. תוצאות של אורגניזם מודל זה השפיעו לא רק מדע הצמח, אלא גם בביולוגיה של יונקים 7. דוגמה זו מדגישה עד כמה ניסויים מהירהeukaryote פשוט משושלת ירוק יכול להאיץ מחקר באורגניזמים מורכבים יותר על ידי יצירת השערות לבדוק בדיקה בשיטות אפשרי מבחינה טכנית רק רקע זה של מורכבות מופחתת. ידיעת הגנום ואת האפשרות לשנות את הגנים הם כלים חיוניים כל מין המודל. גנומי 1, Transcriptomic 8, ומידע proteomic 9 על מין זה הוא זמין בחינם, בעוד השיטות שפורסמו בעבר 6,10 גנטית להפוך Ostreococcus ידועים במעבדות ספורות בעולם.
במאמר זה, את שיטות ניסיוניות גנטית להפוך את יצור דגם הרומן עם ביטוי יתר לבנות באמצעות electroporation מתוארים בפירוט רב, כמו גם את שיטת הכללת תאים טרנספורמציה של אחוז agarose נמוכה על מנת לאפשר בחירה של קווים ששינו שמקורם אחד הפך התא. בעקבות יישום מוצלח של Ostreococcus למחקר היממה, ההתעניינות הגוברת Ostreococcus ניתן לצפות תחומי מחקר מגוונים בתוך ומחוץ מדעי הצמח, כולל בתחומים ביוטכנולוגיים. חוקרים מגוון רחב של מדעים ביולוגיים ורפואיים שעובדים על הביוכימיים המשתמרים לשקול מחקר ב רודף Ostreococcus, ללא המורכבות גנומית האורגניזם המינים מודל גדולים יותר.
1. הכנת חומר אצות
2. Electroporation
3. הכללה של תאים בצלחות במצע חצי מוצק
4. מבחר המושבות טרנספורמציה
5. נציג תוצאות
פיצול תאים 1/100 הגיעו צפיפות של 25 מיליון תאים למיליליטר לאחר גידול של 7 ימים. Electroporation של תאים עם ההגדרות המתאימות הביא כמה זמן קבועים בין 10 ל 14 אלפיות השנייה. כאשר תאים מועברים בינוני צלוחיות תרבות, כדורית של תאים צריך טופס. כאשר מזועזע קלות אחרי שעה, התאים צריכים בקלות resuspend. הכללה של 1 מ"ל תאים הופכים אגר LMP 0.2% אמורה לגרום ג'ל חצי מוצק עקבי אבל רק. מושבות אמור להופיע לאחר 10 עד 21 ימים. כאשר למהפך 5 מיקרוגרם של ה-DNA linearised באמצעות פרוטוקול לעיל, 50-100 מושבות לכל שינויהצלחת היו אמורים בדרך כלל, לעומת אף על לוחות בקרה שליליות. ~ 80% מושבות הרים נבחרו באופן חיובי על ידי עמידות לאנטיביוטיקה במדיום נוזלי נעשה שימוש במחקרים הבאים.
ריכוז סופי | המניות פתרון | נפח של 1 ליטר | |
NANO 3 | 8.83 x 10 -4 M | 75 גר '/ ל' ד"ה 2 O | 1 מ"ל |
NH 4 Cl | 3.63 x 10 -5 M | 2.68 גר '/ ל' ד"ה 2 O | 1 מ"ל |
β-glycerophosphate | 1 x 10 -5 M | 2.16 גר '/ ל' ד"ה 2 O | 1 מ"ל |
H 2 3 SEO | 1 x 10 -8 M | 1.29 מ"ג / ל 'ד"ה 2 O | 1 מ"ל |
טריס בסיס (pH 7.2) | 1 x 10 -3 M | 121.1 גר '/ ל' ד"ה 2 O | 1 מ"ל |
K עקבות פתרון מתכת | טבלה 2 | 1 מ"ל | |
f / 2 פתרון ויטמין | לוח 3 | 0.5 מ"ל |
טבלה 1. המרכיבים בינוני לצמיחה של א ' tauri 11, 12. איפור בנפח כולל של 1 ליטר של מי ים מלאכותיים כדי מליחות של 30 ppt, ולהוסיף את המרכיבים הנ"ל מפתרונות מניות כמצוין. סנן-לעקר בינוני ושימוש בתוך שבוע. מניות של כל תרכובות מלבד פתרון ויטמין ניתן ונקווה להוסיף 6 מ"ל של פתרון זה עבור כל ליטר של המדיום.
ריכוז סופי | המניות פתרון | סכום של 1 ליטר | |
Na 2 EDTA • 2H 2 O | 1 x 10 -4 M | 41.6 גרם | |
FeCl 3 • 6 שעות 2 O | 1 x 10 -5 M | 3.15 גר ' | |
Na 2 מו 4 • 2H 2 O | 1 x 10 -8 M | 6.3 גר '/ ל' ד"ה 2 O | 1 מ"ל |
ZnSO 4 • 7H 2 O | 1 x 10 -9 M | 22.0 גר '/ ל' ד"ה 2 O | 1 מ"ל |
CoCl 2 • 6 שעות 2 O | 1 x 10 -9 M | 10.0 גר '/ ל' ד"ה 2 O | 1 מ"ל |
MnCl 2 • 4H 2 O | 1 x 10 -8 M | 180.0 גר '/ ל' ד"ה 2 O | 1 מ"ל |
CuSO 4 • 5H 2 O | 1 x 10 -8 M | 9.8 גר '/ ל' ד"ה 2 O | 1 מ"ל |
טבלה 2. עקוב אחר פתרון מתכת 11,12. לעשות עד לסך של 1 ליטר, ב ד"ה 2 O, וחום לפרק. הפתרון aliquot ומקפיאים לאחסון. הריכוזים האחרונים הצביעו מתייחסים בינוני של דבר, לא הפתרון מתכת עקבות.
ריכוז סופי | המניות פתרון | סכום של 1 ליטר | |
ויטמין B 12 | 1 x 10 מ -10 | 1 גר '/ ל' ד"ה 2 O | 1 מ"ל |
ביוטין | 1 x 10 -9 M | 0.1 גר '/ ל' ד"ה 2 O | 10 מ"ל |
תיאמין • HCl | 1 x 10 -7 M | 200 מ"ג |
לוח 3. f / 2ויטמין הפתרון 11. לעשות עד לסך של 1 ליטר ב DH 2 O, פילטר לעקר, aliquot ומקפיאים. הריכוזים האחרונים הצביעו מתייחסים בינוני של דבר, לא הפתרון ויטמין.
באיור 1. סקירה גרפית של תהליך השינוי. ייצוג סכמטי של הליך גנטית כדי להפוך Ostreococcus tauri ידי electroporation.
איור 2. תאים גדילה והתרבות. הם תת תרבות בסביבה נקייה מחיידקים, בדילול של 1/100 ב ASW טרי כל 7 ימים, גדל תחת אור קבוע גידול צמחים בחממה מצויד אור ירח כחול הסינון. עוצמת האור צריך להיות קרוב ל 20 μmol m -2 s -1 והטמפרטורה נשמרת על 20 מעלות צלזיוס תאים אינם דורשים תסיסה מתמדת, אבל הם שלhaken אחת ל -2 עד 3 ימים כדי למנוע צבירה.
איור 3. במושבה היווצרות על 0.2% LMP agarose. העברת 4 צלחות פטרי צלחת גדולה בכיכר, ואת החותם עם parafilm (למעלה משמאל). כאשר הקימו מושבות, פשוט לבחור בחינם (באופן אידיאלי בצורת conically) מושבות (מימין למעלה) ולמצוץ אותם בצלחת עם טפטפת P200. לא אמורה להיות מושבות בשלט שלילית (מימין למטה).
נייד axeny המדינה והתרבות היא בעלת חשיבות מכרעת לתהליך השינוי. למרות שתאי נשמרים בדרך כלל מחזורים של 12 שעות אור, 12 שעות חושך, יעילות השינוי בתאים הגדלים בתנאים הללו נמצאו מספיק. במהלך pelleting / resuspension צעדים חוזרים ונשנים, התאים תמיד צריך resuspend בקלות. אם תאים צבירה, או חומר דמוי ריר נוכח, עדיף להתחיל את התהליך מההתחלה שוב. בדרך כלל, ~ 50 מושבות ניתן לצפות על כל צלחת שינוי, לעומת אף על צלחת הביקורת השלילית. במקרה של יעילות הטרנספורמציה נמוכה, תנאי culturing צריכים להיות מגוונים על מנת להבטיח התאים נמצאים במצב אופטימלי. המשתנים המשפיעים על יעילות השינוי כוללים טמפרטורת הסביבה במעבדה (צריך להיות קרוב ל 20 מעלות צלזיוס) ומהירות הטיפול (נוהל מ pelleting תאים [2.3] להחלמה [2.7] צריך לקחת ~ 1 שעה). כמו כן, חשוב כי כל כמה פתרונותRe עשה טרי לפני כל שינוי. עבור הכללה צלחות, ריכוז LMP agarose הוא קריטי. תאים Ostreococcus לא יגדל ב ריכוזים גבוהים agarose, ויהיה לפזר בריכוזים נמוכים.
שלושה וקטורים שינוי עבור Ostreococcus פורסמו בעבר 6, ו וקטורים נוספים צפויים להיות שנוצר ופורסם זמן קצר. וקטור קיים פוט לוק 6 מאפשר שימוש promotor הבחירה בשילוב עם תג גחלילית בטרמינל C-בלוציפראז המאפשר בחירת הקו מהונדס מהיר בתוספת דפוסי הביטוי צייתן, בעוד וקטור Potox 6 נושא מושרה חזק 13 promotor שנלקח Ostreococcus זיקה גבוהה פוספט Transporter (HAPT) הגן ביטוי יתר של הגן של עניין. וקטור Potox לוק נובע Potox, נושא בלוציפראז סמן נוסף שניתן להשתמש בו לבחירה ישירה של קווי overexpression 14. סמנים בחירה מוצלחת על וקטורים אלו Nourseothricin ו G148. עם זאת, תאים Ostreococcus עמידות מאוד בפני אנטיביוטיקה רבים, ריכוזי חומרים הדרושים מבחר מהונדס לתאי Ostreococcus הוא גבוה יותר מאשר עבור מערכות המודל המקובל (2 מ"ג / מ"ל).
אמנם התהליך נראה בלתי יעיל, מספר גדול של תאים ו-DNA פלסמיד צורך בהליך זה אינו מהווה מכשול משמעותי. הגבלה גדולה יותר היא שכל קו שנוצר כי הוא עמיד בפני סמן לבחירה צריך להיות מנותח בנפרד כדי לבדוק את המבנה כולו משולב ב-DNA. ראינו דוגמאות שבהן ביטוי מוצלח של סמן לבחירה לא תואמות את הכניסה של הגן בפועל של עניין, כלומר אינטגרציה חלקי יכול להתרחש. ככל הנראה, הכניסה אקראי לתוך הגנום גם אומר שאין שליטה על הכניסה לאתר באמצעות שיטה זו, ושיטות בased על רקומבינציה הומולוגיים כרגע בשלבי פיתוח. עם זאת, השיטה המתוארת כאן היא, למיטב ידיעתנו, כיום השיטה מאופיינת רק כדי לייצר תאים Ostreococcus מהונדסים גנטית.
כמו Ostreococcus tauri רק לאחרונה נעשה שימוש כאורגניזם מודל ניסיוני, רוב שיטות עבודה עם תאים אלה עשוי להתפתח להיות מעודן על ידי קהילת המחקר הגוברת מעורב. פרוטוקול זה נועד לעזור לאנשים להתחיל לעבוד עם Ostreococcus, אבל בשום פנים ואופן לא מתיימר לתאר את כל מה שיש לדעת על שינוי גנטי של microalga זה. אמון המחברים כי הקוראים יוכלו להתאים את פרוטוקול לצרכים שלהם כמו הבדלים קטנים חממות (רמות האור או איכות) ופרמטרים נוספים יהיו קיימים וסביר צריך להיות מותאם במעבדה כל אדם לקבל את התרבויות בריאים הדרושים לכך פרוטוקול. לאחר שליטה בטכניקות שתוארו כאן,וקטורים ניתן לבנות ליצור זורח, פלורסנט, או קווים אחרים היתוך מתוייגים תחת שליטה של מגוון רחב של promotors. זו פלטפורמה מרגש ניסיוני הספר יהיה שימושי ללמוד כמה בעיות ביוכימיות מסובכות נפתרות ב eukaryote מורכבות מופחתת, בו גישות תרופתי הם הקלו מאוד 3.
אין ניגוד עניינים הצהיר.
SynthSys המרכז לביולוגיה אינטגרטיבית מערכות במימון BBSRC ואת הפרס EPSRC D019621. האיחוד האירופי FP6 רשת מענק מצוינות "Genomics ימית" כדי FYB מימנה פיתוח שיטות שינוי גנטי.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
בינוני מרכיבים | |||
כימי | מספר קטלוגי | ספק | |
מיידית האוקיינוס ימית מלח | מ amazon.co.uk או rocketaquatics.co.uk | ||
NANO 3 | S5506-250 גרם | סיגמא | |
NH 4 Cl | A9434-500 גרם | סיגמא | |
2-גליצרול פוספט הרכב: מימה מלח | G9422-100 גרם | סיגמא | |
H 2 3 SEO | 84920-250 | סיגמא | |
אולטרה טהורים טריס | 15504-020 | Invitrogen | |
Na 2 EDTA • 2H 2 O | BPE120-500 גרם | פישר סיינטיפיק | |
FeCl 3 • 6 שעות 2 O | 157740 | סיגמא | |
Na 2 מו 4 • 2H 2 O | 31439-100 גרם-R | סיגמא | |
ZnSO 4 • 7H 2 O | Z0251 | סיגמא | |
CoCl 2 • 6 שעות 2 O | 31277 | סיגמא | |
MnCl 2 • 4H 2 O | 203734-5G | סיגמא | |
CuSO 4 • 5H 2 O | C8027 | סיגמא | |
ויטמין B 12 (cyanocobalamin) | V2876 | סיגמא | |
ביוטין | 47868 | סיגמא | |
תיאמין • HCl | T4625 | סיגמא | |
Ampicillin | A9518-25 גרם | סיגמא | |
Neomycin | N6386 | סיגמא | |
Kanamycin | K4000 | סיגמא | |
חומרים מתכלים ל culturing | |||
פריט | מספר קטלוגי | ספק | |
תרביות רקמה קנקן T25 מתלה תרבויות פרקו עם יציקת ערוץ | 83.1810.502 | Starstedt | |
תרביות רקמה קנקן T75 מתלה תרבויות פרקו עם יציקת ערוץ | 83.1813.502 | Starstedלא | |
תרביות רקמה קנקן T175 מתלה תרבויות פרקו עם יציקת ערוץ | 83.1812.502 | Starstedt | |
הדף TPP בקבוק מסננים, 1 ליטר, להשלים | 99950T | Bioscience הלנה | |
TPP מסננים בקבוק העליון, 500 מ"ל, | 99500T | Bioscience הלנה | |
הדף TPP בקבוק מסננים, 250 מ"ל, | 99250T | Bioscience הלנה | |
הדף TPP בקבוק מסננים, 150 מ"ל, | 99150T | Bioscience הלנה | |
מליחות מטר ימית Aquarium | DSG-10 | Daeyoon |
כימיקלים לשינוי | ||
כימי | קטלוגמספר | ספק |
D-סורביטול | S6021-1 ק"ג | סיגמא |
F-68 Pluronic פתרון | P5556-100 מ"ל | סיגמא |
ClonNat | 51000 | ורנר |
נקודת התכה נמוכה agarose | 16520-050 | Invitrogen |
מתכלים לשינוי | ||
פריט | מספר קטלוגי | ספק |
תרביות רקמה קנקן T25 מתלה תרבויות פרקו עם יציקת ערוץ | 83.1810.502 | Starstedt |
תרביות רקמה קנקן T75 מתלה תרבויות פרקו עם יציקת ערוץ | 83.1813.502 | Starstedt |
תרבות Flask רקמות T175 השעיה Cultures פרקו עם יציקת ערוץ | 83.1812.502 | Starstedt |
גריינר צינורות צנטריפוגות 50 מ"ל | 227261 | GBO |
הגן Pulser / MicroPulser cuvettes, 0.2 הפער ס"מ, 50 | 165-2086 | ביו רד |
פטרי צלחת עגולה PS 3 פתחי אוורור H14.2 Φ55 | 391-0895 | VWR הבינלאומי |
פטרי צלחת מרובעת עם קלקר פתחי 4 סטרילית ידי 120mm קרינה ברורה | FB51788 | פישר סיינטיפיק |
אור ירח כחול בהיר מסנן | 183 | לי תאורה |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved