A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כאן, אנו מציגים שני פרוטוקולים להפוך את תפוחי האדמה צמחים. הטרנספורמציה Agrobacterium tumefaciens מוביל צמח מהונדס מלאה בעוד Agrobacterium rhizogenes מייצרת הטרנסגניים שורשים שעירים יורה פראי סוג זה יכול להיות עצמי שעבר בירושה. אנחנו מכן לזהות יזם פעילות על-ידי גאס צביעת שורשים טרנספורמציה.
Agrobacterium sp. הוא אחד מהשיטות הנפוצה ביותר כדי להשיג את הצמחים הטרנסגניים כפי זה יש את היכולת להעביר ולשלב משלו-T-DNA הגנום של הצמח. כאן, אנו מציגים שתי מערכות טרנספורמציה לשינוי גנטית צמחים תפוחי אדמה (סולנום יכולת להתקשר אלי). בשינוי tumefaciens א , עלים נגועים, התאים טרנספורמציה נבחרו, מפעל חדש טרנספורמציה מוחלטת נוצר מחדש באמצעות phytohormones ב- 18 שבועות. בשינוי rhizogenes א , נובעת נגועים על ידי הזרקת החיידקים עם מחט, חדשים המתגלים טרנספורמציה שעיר השורשים מזוהים באמצעות סמן ניאון אדום, השורשים הלא-טרנספורמציה יוסרו. ב- 5-6 שבועות, המפעל וכתוצאה מכך הוא שילוב של צילומים פראי סוג עם שורשים שעירים טרנספורמציה מפותחת. להגברת ביומסה, שורשים שעירים טרנספורמציה יכול להיות טוחנות, מופצות עצמית. אנחנו מוחלים הן Agrobacterium -מתווכת שינוי שיטות להשגת שורשים לבטא את גן מדווח גאס מונחה על ידי יזם ג'ין biosynthetic הוחלף נגזר suberin. ההליך מכתימים גאס מסופק ומאפשר תא לוקליזציה של אינדוקציה יזם. שתי השיטות, הראו השורשים תפוחי אדמה טרנספורמציה מכתים suberized endodermis, exodermis, ובנוסף, בשורשים rhizogenes א הפכה הפעילות גאס גאס זוהה גם הופעתה של השורשים הצדדיים. תוצאות אלו מראים כי rhizogenes א יכול להיות כלי אלטרנטיבי מהר ללמוד הגנים מבוטאים שורשים.
מלבד האינטרס הכלכלי, הדור של הצמחים הטרנסגניים כולל הרלוונטיות שלה במחקר כדי להדגים את הפונקציה האולטימטיבי של גנים, להבין טוב יותר את פיזיולוגיה של הצמח ופיתוח. הנפוצים ביותר שיטה עבור צמח DNA ההכנסה הוא Agrobacterium-מתווכת טרנספורמציה. Agrobacterium tumefaciens הוא מסוגל לייצר עפצים הכתר הרקמה הנגועה מיני צמחים רבים על ידי הפעולה של שלה פלסמיד (Ti) בתדר הגידול. פלסמיד מכיל אזור T-DNA עם קבוצה של גנים אשר ניתן לשלב הגנום צמח, זירוז רקמת dedifferentiation1,2. ההחלפה של גנים אלה בתוך T-DNA על ידי transgene אפשרה את הדור של שינויים צמח מסוים הימנעות אפקטים פנוטיפי3. כדי להקל את transgene שיבוט לתוך T-DNA, האזור T-DNA יש כבר חתכתם ב פלסמיד עצמאי הנקרא פלסמיד בינארי, בעוד ששאר הגנים של פלסמיד Ti (הגנים התקפה אלימה לאפשר את מנגנוני העברת והוספה של T-DNA) היה להציב אותם פלסמיד המסייע. לחקר הביוטכנולוגיה צמח, שינוי על-ידי tumefaciens א יש מספר יתרונות: זה אינו צריך מכשירים יקרים, הוא מסוגל לייצר טרנספורמציה צמח ארעית ויציבה, והן מספר נמוך של ג'ין עותקים משולבים כרומוזום4. עם זאת, רוב הצמחים, אבל לא תודרנית, הדור של transformants יציב דורשת התחדשות הצמח בודד או מספר תאים באמצעות phytohormones אקסוגני, ביצוע תהליך זה מפרך וצורכת זמן. Rhizogenes א הוא גם מסוגל לשנות את הגנום צמח, בהפקת שורשים שעירים או שורשים adventitious באתרים זיהום עקב הביטוי של גנים rol ( לוקוסיםכבסיס) המקודדת בתדר שורש (Ri) פלסמיד5. למרות פחות למד יותר tumefaciens א, א rhizogenes משמש גם לקבלת הטרנסגניים שורשים. במקרה זה, rhizogenes א מכיל את המקורי T-DNA על פלסמיד רי ו פלסמיד בינארי עם השנייה T-DNA נושא את transgene. כאשר האתר זיהום גבעולים או hypocotyls, צמח מורכב ניתן להשיג, עם שורשים חדשים שעיר הטרנסגניים הבוקע פראי סוג יורה. לחלופין, שורשים טרנספורמציה שעיר יכול לגדול באופן עצמאי במבחנה בתקשורת עם כניסות מקור פחמן. השימוש rhizogenes א במקום tumefaciens א כדי לייצר רקמות הטרנסגניים הוא צובר רלוונטיות כאשר הבסיס הוא איבר המטרה, כי התחדשות הצמח לא נדרש, מכאן זה יותר מהר ויקרות פחות. מחקרים קודמים הדגימו מתודולוגיה זו הופקעו עבור אפיון פנוטיפי שורש גנים ספציפיים6,7,8,9.
תפוחי האדמה (יכולת להתקשר אלי סולנום) הוא היבול הרביעי החשוב ביותר בעולם על פי המזון והחקלאות של האו ם (FAO) מאז פקעת יש רלוונטיות התזונתיות לצריכה אנושית על היותך מקור טוב של ויטמינים ומינרלים. מסיבה זו, תפוחי אדמה מוקם באור הזרקורים של ביוטכנולוגיה חקלאית, ונחשב גם כמו מודל ביולוגיים גנטיים, התפתחותית מחקרים10,11. תפוחי אדמה טרנספורמציה תרמה בצורה משמעותית להבנת המנגנונים המולקולריים שבבסיס הרקמות suberized דרך אפיון גנים המעורבים suberin, שעווה ביוסינטזה12,13,14 ,15,16,17, suberin מונומר התחבורה18 ו שעתוק בתקנה19. Suberin feruloyl טרנספראז הגן, לריב, הוא אחד הגנים biosynthetic הוחלף נגזר מאופיין האלה; downregulation שלה מעורר ליקוי חזקה של ההגנה periderm, אשר הוא מתואם עם ירידה חזקה אסטרים ferulate של suberin, שעוות פקעות תפו א14. / ת, שורשים, זרעים של תודרנית, הסתרה באמצעות של שלו בשם orthologue (ASFT/RWP1) הפגינו גם תפקידה בהפקת אלקיל ferulates20,suberin21. תפוחי אדמה, הקו כתב תעתיק לריב , הנוגדן לריב הראה בהתאמה כי הפעילות יזם החלבון נמצאים את exodermis, endodermis, phellogen-הנגזרים, רקמות הפצועים15.
בעבודה זו, אנחנו פירוט נוהל באמצעות rhizogenes א כדי לייצר שורשים שעירים הטרנסגניים נשמרים ביורה פראי סוג, תפוחי אדמה ללא הפרדות צבע מפעלים לייצור או טוחנות לגדול באופן עצמאי בתוך חוץ גופית. אנו מספקים גם את הפרוטוקול באמצעות tumefaciens א כדי לקבל תפוחי אדמה הטרנסגניים מלאה צמחים. כמקרה, rhizogenes א tumefaciens א טרנספורמציה עם וקטור בינארי זהה משמשים להשגת שורשים עם האמרגן לריב נהיגה גאס כתב גנים. התוצאות שדווחו, בהשוואה.
פרוטוקול טרנספורמציה rhizogenes א הותאם ושינית קרן ואח7 והיה גנוטיפ נבדק ssp יכולת להתקשר אלי ס . יכולת להתקשר אלי (cv. דזירה). פרוטוקול טרנספורמציה tumefaciens א היה הותאם שונה בנרג'י ואח22 ו אחרים שנבדקו היו יכולת להתקשר אלי ס ssp. יכולת להתקשר אלי (cv. דזירה) ואת יכולת להתקשר אלי ס ה-ssp andigena. השלבים העיקריים של נהלים לשתיהן מסוכמות באיור 1 ו- 2 איור, בהתאמה.
הערה: כל השלבים של ההליך ביצוע העברות במבחנה , לעשות זאת במהירות, במידת האפשר, לתחזק את צלחות או סירים סגור, ובכך לחסוך צמח חשיפה לאוויר כדי להימנע כמישה וזיהום. צוין אחרת, כל incubations הצמח נעשו בו ארונות בתנאים של 12 שעות של 24 ° C h אור/12 של 20 ° C כהה, 67 µmol ז-1 s-1. צוין אחרת, לבצע כל החיידקים במחרוזות, במבחנה צמח ההעברות aseptic בתנאי תא למינארי. כל שאר המתכונים מדיה עבור Agrobacterium במבחנה צמח תרבויות ניתנים שולחן S1.
התראה: להפקיד כל חיידקים מהונדסים, צמחים לגורם פסולת הופקעו.
1. Agrobacterium תרבויות המשמש לשינוי
הערה: המתח המשמש לשינוי א rhizogenes C58C1:Pri15837 (באדיבות שסופק על-ידי ד ר ברואר Inge) וזה עבור tumefaciens א היה GV2260 (לנוחיותנו מאת ד ר Salomé Prat). Rhizogenes א הפך עם וקטור בינארי PK7GWIWG2_II-RedRoot (VIB-המחלקה לביולוגיה מערכות צמח Universiteit Gent; http://gateway.psb.ugent.be) המכילה של T-DNA נושא סמן שינוי כדי לנטר את השורש שעיר צורה. כדי להשוות את השורשים טרנספורמציה שנוצר על ידי rhizogenes א tumefaciens א, הן נהפכו עם pKGWFS7 וקטור בינארי המכיל את T-DNA נושא ייצוג המקדם לריב נהיגה הגן β-glucoronidase (גאס) כתב הגן ההתנגדות Kanamycin סמן לבחירה15.
2. לשתול חומר לשינוי
3. הצמח טרנספורמציה באמצעות rhizogenes א (איור 1)
הערה: הליך זה מאפשר קבלת של טרנספורמציה שורשים שעירים. להעריך את הביטוי transgene, דרוש פקד שלילי. כדי להכין את הפקד שלילי, בצע את ההליך באמצעות זן rhizogenes א untransformed או טרנספורמציה עם הווקטור ריק הכולל את הגן סמן טרנספורמציה.
איור 1: ציר הזמן כדי לקבל תפוחי אדמה הטרנסגניים שורשים שעירים באמצעות א rhizogenes. השבועות המצטבר כדי להגיע בכל שלב של תהליך שינוי, והשלבים הבאים לצמוח שורשים שעירים מוצגים. להחליפן בתמונות של שלבים שונים מתוארים: אתחול של התהליך באמצעות בת שבוע-3 במבחנה צמחים (A), ואז זיהום של הצמחים על ידי הזרקת rhizogenes א (B), היווצרות שגשוג רקמה (C, חצים) עם שורשים שעירים המתעוררים (D), שורשים שעירים מפותחת לבטא את סמן אדום טרנספורמציה פלורסנט DsRed (E). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
4. הצמח טרנספורמציה באמצעות tumefaciens א (איור 2)
הערה: הליך זה מאפשר קבלת של צמחים טרנספורמציה. כדי להעריך את ההשפעה של transgene, דרוש פקד שלילי. אפשרות אחת היא ללכת בעקבות ההליך משתמש של tumefaciens א טרנספורמציה עם הווקטור ריק. לחלופין, ניתן להשתמש פראי סוג צמחים.
איור 2: ציר הזמן כדי להשיג את תפוחי האדמה הפכה צמחים באמצעות א tumefaciens. השבועות המצטבר כדי להגיע בכל שלב של תהליך שינוי, והשלבים הבאים כדי לגדל את הצמחים מוצגים. להחליפן בתמונות של שלבים שונים מתוארים: אתחול של התהליך באמצעות עלים מצמחים 3 - בן שבועיים במבחנה (), העברת הפצועים ואת נגוע עלים למדיה CIM (B), העלים כאשר הועבר SIM מדיה (C), את החזיית קסם סביב האזורים הפצועים לאחר 2-3 שבועות ב SIM מדיה (D), היווצרות לירות אחרי 9-11 שבועות בתקשורת SIM (E), ויורה את לאחר שהועבר למדיה MG (F). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
5. הידרופוני תרבות
6. גאס כתב פתולוגיה ג'ין assay
הערה: במקרה שלנו גאס ניתוח בוצע עם שורשים של 2-3 שבועות גדלו ב הידרופוניקה או בתוך חוץ גופית.
טבלה 1: מתכון פתרון מכתימים. גאס.
Agrobacterium rhizogenes -מתווכת תפוחי אדמה טרנספורמציה
כתב יד זה, מוצג התהליך צעד אחר צעד כדי להשיג root טרנספורמציה עם rhizogenes א . איור 1 מציג סקירה של ההליך, אשר בסך הכל לוקח כ 5-6 שבועות (מתוך הזרקה של rhizogenes ?...
תפוחי אדמה, המערכת השכיחה ביותר להשגת יציבה הצמחים הטרנסגניים מלאה משתמשת הטרנספורמציה על ידי זנים Agrobacterium tumefaciens הדורשים organogenesis באמצעות phytohormones אקסוגני. למרות שהפרוטוקולים Agrobacterium מבוסס יש פוטנציאל להשתלב וקטור הלא-T-DNA רצף25, מתודולוגיה זו זמינה עדיין הכי קל ופחות ?...
המחברים יש שאין ניגודי אינטרסים לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי y Ministerio דה Innovación Ciencia (AGL2009-13745, FPI מענק PB), Ministerio דה Economía y Competitividad פדר מימון (AGL2012-36725, AGL2015-67495-C2-1-R), ואת אוניברסיטת ז'ירונה (PhD גרנט SF, גרנט SING11/1). המחברים מודים Inge ד ר ברואר (המכון לחקר שימושי קרקע, באוניברסיטת רוסטוק, רוסטוק, גרמניה), ד ר Salomé פרת (Centro נאסיונאל דה Biotecnología, מדריד, ספרד) למתן את rhizogenes א ואת המתח tumefaciens א , בהתאמה, ד ר מקסים סולר ואת ד ר אנה פלסנסיה בעזרה ותמיכה קיבל ב ייזום הניסויים טרנספורמציה rhizogenes א (Toulouse השלישי פול סבטייה אוניברסיטת — CNRS, צמח מחקר מעבדה (LRSV), Castanet Tolosan, צרפת). המחברים תודה שרה גומז (Departament de Biologia, UdG, גירונה) שלה סיוע חשוב בביצוע העבודה מעבדה, מטפל של צמחים, ואת Ferran Fontdecaba Sánchez קרלה שעזר בחלק מהניסויים בעוד הם עושים הפרויקטים התואר הסופי שלהם.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acetone | Panreac | 1.310.071.21 | |
Acetosyringone | Acros | 115540050 | |
Aquarium pump | Prodac | MP350 | |
Autoclave | Ragpa Strelimatic | ||
Bacteriological agar | Lab Conda | 1800 | |
BAP | Duchefa | B0904 | |
Beef extract | Lab Conda | 1700 | |
Plant growing cabinet | Nuaire | ||
Carbenicillin | Duchefa | C0109 | |
Cefotaxime sodium | Duchefa | C0111 | |
DMSO | Merck | 1029310161 | |
Ecotron infors | HT | 29378 | |
Ethanol | Merck | 1,009,831,011 | |
Falcon tube | Control tecnica | CFT011500 | |
Ferricyanate | Sigma | 101001081 | |
Ferrocyanate | Sigma | 100979088 | |
Flask (8.06 cm diameter and 11.3 cm height) and plastic lid for in vitro culture | Apiglass | ref16 | |
GA3 | Sigma | G7645 | |
Gamborg B5 media | Duchefa | G0210 | |
Gelrite | Duchefa | G1101 | |
Glucosa | Sigma | G5767 | |
Kanamycin | Sigma | K1377 | |
Leukopor tape | BSN Leukopor | BDF47467 | |
Lupe | Wild-Heerbrugg | M420 | |
Magnetic shaker | Agimatic | 7000243 | |
MES hydrate | Sigma | M2933-25G | |
MgSO4 | Panreac | 131404 | |
Microscope | Olympus | ||
Minufugue centrifugue 5415R | Eppendorf | ||
Murashige and Skoog media | Duchefa | M0254.0050 | |
Na2HPO4 | Panreac | 131679 | |
NAA | Duchefa | N0903 | |
NaCl | Panreac | 131659 | |
NaH2PO4 | Sigma | 58282 | |
NightSea Stereo | SFA Moonting Adapter | ||
Parafilm | Anorsa | PRFL-001-001 | |
Peptone | Lab Conda | 1616 | |
Petri dishes (90 x 14) | Anorsa | 200200 | |
pHmetre | Crison | ||
Phytotron | Inkoa | RFTI-R5485 | |
Plant Agar | Duchefa | P1001 | |
Refrigeratot | Liebherr Medline | ||
Rifampicin | Duchefa | R0146 | |
Spectinomycin | Sigma | 59007 | |
Spectrophotometer | Shimadzu | ||
Square plates (120 x 120) | Deltalab | 200204 | |
Streptomycin | Sigma | S6501 | |
Sucrose | Panreac | 131621 | |
Surgical blades | Swann-Morton | 201 | |
Surgical needle | NIPRO | 015/0204 | |
Triptone | Lab Conda | 1612 | |
Triton | Serva | 37240 | |
Unimax 1010 shaker | Heidolph | ||
Vacuum | Dinko | ||
x-GlcA (5-Bromo-4-chloro-3-indoxyl-beta-D-glucuronic acid, sodium salt anhydrous) | Biosynth | B-7398 | |
Yeast extract | Lab Conda | 1702.00 | |
Zeatin riboside | Sigma | 1001042850 |
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