A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
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.
האתילן אולפינים (C 2 H 4) התגלה לראשונה כהורמון צמח בשנת 1901 כאשר נצפתה כי השתילים אפונה, שגודלו במעבדה כי השתמשו במנורות גז פחם, הציג מורפולוגיה לא תקינה אשר נובעת (hypocotyls) היו קצרים, עבה והתכופף הצידה לעומת שתילי אפונה נורמלים; פנוטיפ מאוחר יותר כינה את 1,2 בתגובה המשולש. מחקרים מאוחרים יותר הראו כי אתילן הוא phytohormone חיוני המווסת תהליכים התפתחותיים רבים כגון צמיחה, תגובת הלחץ, הבשלת הפרי והזדקנות 3. ארבידופסיס thaliana, אורגניזם מודל למחקר בביולוגיה צמח, נחקרה גם לגבי תגובתה אתילן. מוטנטים בתגובת אתילן כמה בודדו על ידי ניצול פנוטיפ בתגובה המשולש שנצפה א כהה המבוגר שתילי thaliana בנוכחות אתילן 1,4,5. מבשר biosynthetic לייצור אתילן בצמחים הוא 1-אחומצת קרבוקסילית minocyclopropane (ACC) 6 והוא נפוץ במהלך assay בתגובה המשולש להגדיל ייצור אתילן אנדוגני שמוביל 1,4,5 פנוטיפ בתגובה המשולש.
למרות התגובה אתילן הוא למד נרחב בצמחים, ההשפעה של אתילן אקסוגניים על חיידקים אילתר בהרבה למרות מקירבת חיידקים עם צמחים. מחקר אחד דיווח כי זנים מסוימים Pseudomonas יכולים לשרוד באמצעות אתילן כמקור בלעדי של פחמן ואנרגיה 7. עם זאת, רק שני מחקרים הראו כי חיידקים להגיב אתילן. המחקר הראשון הראה כי זנים של Pseudomonas aeruginosa, פ fluorescens, פ putida, ופ ' syringae היו chemotactic כלפי אתילן באמצעות assay התקע agarose שבו agarose מותכת עורבב עם חיץ chemotaxis equilibrated בגז אתילן טהור 8. עם זאת, למיטב ידיעתנו, לא חל Furthדוחות אה באמצעות גז אתילן טהור לאפיין בתגובת אתילן חיידקים, ככל הנראה בשל המתקשים להתמודד עם גזים במעבדה ללא ציוד מיוחד. הדו"ח השני של תגובת אתילן חיידקים הראה כי גדל אתילן ייצור תאי חיידקי ביטוי גנים מושפע חיידק הפרות קשורים, Komagataeibacter (לשעבר Gluconacetobacter) xylinus 9. במקרה זה, במתחם שחרור אתילן, חומצה 2-chloroethylphosphonic (CEPA) שימש ליצירת אתילן באתרם בתוך המדיום התפתחות חיידקים, תוך עקיפת הצורך גז אתילן טהור או ציוד מיוחד.
CEPA מייצרת אתילן ביחס של 1: 1 יחס טוחן מעל pH 3.5 10,11 באמצעות תגובת בסיס-זרז, מסדר הראשון 12 - 14. השפלתו של CEPA מתואם חיובית עם pH וטמפרטורה 13,14 ותוצאות בייצור אתילפנטן, כלוריד ופוספט. CEPA מספקת לחוקרים המעוניינים ללמוד תגובות חיידקים אתילן עם אלטרנטיבה נוחה אתילן גזים.
המטרה הכללית של הפרוטוקולים הבאים היא לספק שיטה פשוטה ויעילה ללמוד בתגובה אתילן בקטריאלי כולל אימות של רמות רלוונטי מבחינה פיזיולוגית של ייצור אתילן מן הפירוק CEPA במדיום התפתחות חיידקים, ניתוח של pH תרבות על מנת להבטיח CEPA הפירוק אינו פגום במהלך התפתחות חיידקים, והערכת ההשפעה של אתילן על מורפולוגיה פנוטיפ חיידקים. אנו מדגימים פרוטוקולים אלה באמצעות ק xylinus, לעומת זאת, יכולים להיות מותאם הפרוטוקולים הללו ללמוד בתגובה אתילן בחיידקים אחרים על ידי שימוש במדיום הגידול המתאים פנוטיפ המנתח.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. כימיקלים
2. הפקת אתילן אימות מ- 2-Chloroethylphosphonic חומצה פירוק: Assay תגובה טריפל
איור 1:. התקנה של צלחות אגרו לשמש עבור assay בתגובה המשולש עם CEPA סכימטי ממחיש את הרביעים ספציפיים השליטה השלילית (א '), בקרה חיובית (B), וצלחות ניסוי (C). נתון זה יש הבדל בין Augimeri ו רצועת 9. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
3. ניתוח של pH לאורך התפתחות חיידקים
4. מורפולוגיה המושבה
5. מבחנים קרומיים
איור 2:. זרימה תרשים הממחיש את פרוטוקול המשמש assay קרומית וניתוח Stock בינוני SH pH 7 CEPA-השלימו (60 מ"ל) הוא aliquoted במשך שלושה חיסונים לשכפל ביולוגי נפרד שליטה סטרילי (14 מ"ל כל אחד). תרבויות אלו מכן aliquoted לשש משכפל טכנית (2 מ"ל) לתוך צלחת 24 היטב ואחר כך חתמו בזריקת הסרט פרפין. לאחר דגירה למשך 7 ימים ב 30 מעלות צלזיוס, pellicles נקצר ומאופיין על ידי קביעת משקל רטוב, עובי, משקל יבש, ואת crystallinity ידי FT-IR. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
התקנת צלחת סכמטי עבור אימות שחרור אתילן CEPA במדיום SH (pH 7) על ידי assay בתגובה המשולש מוצגת באיור 1 א - ג. זרם-תרשים המתאר את הפרוטוקול הקרומי מוצג באיור 2. Dark-מבוגר א שתילי thaliana להפגין את הפנוטיפ בתגובה המשולשת (קצר ורחב...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
השיטות שתוארו כאן מתארות את בייצור באתרו של אתילן CEPA לחקר תגובת אתילן חיידקים באמצעות האורגניזם המודל, ק xylinus. שיטה זו מאוד שימושי כמו אתילן יכול להיות מיוצר על ידי השלמת כל בתווך מימי כי יש pH גדול מ 3.5 10,11 עם CEPA מבטל את הצורך גז אתילן טהור או ציוד מעבדה מ?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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