A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
פרוטוקול זה מתאר יצירת פריסת טרנספקציה אקראית באמצעות מטפל נוזלים אוטומטי, פרוטוקול בידוד פרוטופלסט לעלי תירס אטיולטי, והליך טרנספקציה של 96 בארות באמצעות מטפל בנוזלים.
תחום הביוטכנולוגיה של הצמח חווה התקדמות יוצאת דופן בשנים האחרונות, שחוללה מהפכה ביכולת לתפעל ולהנדס צמחים למטרות שונות. עם זאת, ככל שהמחקר בתחום זה גדל במגוון והופך מתוחכם יותר ויותר, ברור יותר הצורך בפתרונות סינון חולפים מוקדמים, יעילים, אמינים ובעלי תפוקה גבוהה כדי לצמצם אסטרטגיות המתקדמות לטרנספורמציה יציבה. שיטה אחת שצצה מחדש בשנים האחרונות היא ניצול פרוטופלסט צמחי, שעבורו קיימות שיטות בידוד וטרנספקציה במינים, רקמות ושלבי התפתחות רבים. עבודה זו מתארת פרוטוקול אוטומטי פשוט להכנה אקראית של פלסמיד בתוך צלחת של 96 בארות, שיטה לבידוד של פרוטופלסט עלי תירס אטיולטי, והליך טרנספקציה אוטומטי. אימוץ פתרונות אוטומטיים בביוטכנולוגיה של צמחים, המודגם על ידי פרוטוקולי טיפול בנוזלים חדשניים אלה להעברת פרוטופלסט צמחי, מייצג התקדמות משמעותית על פני שיטות ידניות. על ידי מינוף אוטומציה, חוקרים יכולים להתגבר בקלות על המגבלות של שיטות מסורתיות, לשפר את היעילות ולהאיץ את ההתקדמות המדעית.
טרנספקציה של פרוטופלסט צמחי, החדרת חומר גנטי זר לתאי צמחים נטולי דפנות תאים, היא טכניקה מרכזית, ובחצי המאה האחרונה מקיפה מינים רבים התומכים במחקר ביוטכנולוגיה של צמחים. עם זאת, השימוש בשיטות אלו יכול להיות כואב ומוגבל בהיקפו, אפילו עם מיליוני פרוטופלסטים המיוצרים בכל בידוד. שיטות מסורתיות של טרנספקציה של פרוטופלסט צמחי הן לרוב מייגעות, גוזלות זמן, נוטות לשונות ותובעניות מבחינה טכנית, מה שמוביל למערכות נישה עם יכולת שחזור נמוכה1. עם זאת, הפוטנציאל שהציגו פתרונות אוטומטיים בשנים האחרונות מאיר את האפשרות להפיח חיים חדשים בטכניקה הצעירה הזו בת 60 שנה 2,3. עם הפוטנציאל של אוטומציה של שלבים חיוניים אך חוזרים על עצמם כגון הכנת חומרים, דגירה של פולי-אתילן גליקול (PEG) וחלוקת ריאגנטים לאחר מכן, חוקרים יכולים להפחית משמעותית את דרישות הטיפול הפיזי ומקורות פוטנציאליים אחרים לטעויות אנוש4. יתר על כן, הבקרה המדויקת והאחידות המוצעות על ידי מערכות אוטומטיות לטיפול בנוזלים מבטיחות תוצאות העברה עקביות וניתנות לשחזור.
בעוד שבידוד פרוטופלסט הוא תהליך קפדני הכולל קיצוץ, עיכול, דגירה, סינון וצנטריפוגה, חלק הטרנספקציה של פרוטוקולים אלה מותאם למטפלים בנוזלים אוטומטיים. ההליך עבור רוב פרוטוקולי הטרנספקציה של פרוטופלסט הוא מתווך PEG, וערבוב הפרוטופלסט המבודד בנוכחות PEG ו-DNA פלסמיד מטוהר למשך זמן מוגדר בריכוז מדויק (תלוי במין וברקמה) מאפשר לתאים אלה לקלוט את ה-DNA של הפלסמיד5. לאחר טרנספקציה זו באה סדרה של שלבי שטיפה, ששיאם בדגירה של לילה6. לאחר תקופת הדגירה, אם הכל תוכנן ונמסר כראוי, הניסוי מביא לביטוי של מרכיב העניין ו/או הפוטנציאל להעריך רכיבים רגולטוריים שונים7. כל שלבי השאיפה, החלוקה והתסיסה/ערבוב הקשורים להליך זה יטופלו בדרך כלל על ידי פיפטה ידנית. ביצוע פרוטוקול כזה ביד, תגובה בודדת אחת בכל פעם, הוא מייגע ומציג שונות מיותרת בין הדגימות תוך הגבלת היכולת שניתן להעריך בכל זמן נתון. פרוטוקולים אוטומטיים למניפולציה של תאי יונקים או חרקים וסינתזה כימית בתעשיית התרופות קיימים כבר מספר שנים 4,8,9. ניצול פרוטופלסט ופרוטוקולים הכוללים טיפול אוטומטי בנוזלים בחומרים צמחיים נמצאים בעלייה 10,11,12,13.
אימוץ פרוטוקולי טיפול אוטומטיים בנוזלים להעברת פרוטופלסט צמחי טומן בחובו הבטחה גדולה ליישומי מחקר. חוקרים יכולים לחקור ספריות גנטיות גדולות יותר, לסנן תפקודי גנים ספציפיים בקצב מואץ, ולחקור אינטראקציות גנטיות מורכבות הקשורות ללחץצמחי באופן מקיף יותר. יכולת ההרחבה של גישות אוטומטיות המשתמשות בתרמילים של 96 בארות בשילוב עם סינון פלואורסצנטי מאפשרת ניסויים בתפוקה גבוהה ומאפשרת למדענים לייצר במהירות נתונים ותובנות שיכולים להניע התקדמות בביוטכנולוגיה של צמחים11. עם זאת, עם עלייה זו בתפוקה, המובילה ליצירת מאות, אם לא אלפי נקודות נתונים, חייבת להיות בקרת איכות נוספת הלוקחת בחשבון את כל מקורות השגיאה שעלולים לבלבל את התוצאות15. אלמנט אחד שזוהה כגורם תורם בדיסציפלינות מדעיות רבות הוא אפקט הקצה. כמה אסטרטגיות הקלה יציעו את הצלחת הטובה ביותר לשימוש או מילוי חלל בין בארות או את הבארות החיצוניות ביותר במים כדי להילחם בתופעהזו 16,17. עם זאת, אסטרטגיות אלו מוסיפות זמן, ואם חד פעמי ספציפי אינו זמין, האפשרות היחידה היא להסתפק בפחות או לדחות. לחלופין, הסתכלות על אסטרטגיות שמסבירות את האפקט הזה באמצעות סכימת חסימה אינה מקריבה את התפוקה או העיכוב לביצוע.
פרוטוקול פרוטופלסט עלי תירס אטיולי זה ושתי השיטות האוטומטיות שלו המוצגות באיור 1 מבקשים לטפל בשונות הטבועה בניסויי פרוטופלסט על ידי אוטומציה של חלקים מרובים של שיטת הפרוטופלסט הקנונית, הקצאת חומר פלסמיד לכלי המשמש לטרנספקציה והטרנספקציה עצמה. שיטות אלו מודגמות עבור פלטפורמת הפרוטופלסט של עלי תירס אטיולטים מכיוון שהיא פלטפורמת פרוטופלסט מאופיינת היטב, פשוטה ויעילה. כל השלבים המפורטים בפנים נגישים באופן מיידי לפרוטוקולי טרנספקציה של פרוטופלסט, המשתמשים בפתרונות מאגר דומים או זהים. עם זאת, יש לשקול תשומת לב מיוחדת למאפיינים הייחודיים של רקמת מקור פרוטופלסט ומינים לפני אימוץ טכניקות אלה. שיפורים אלה באמצעות אוטומציה מפשטים את הכנת החומר לניסויים בודדים ומשפרים משמעותית את התפוקה, מהעברה רציפה אחד אחד ל-96 טרנספקציות המטופלות בו זמנית. עבודה זו תראה גם הצדקה לשימוש בבלוקים אקראיים לא שלמים כדי להסביר את הטיית מיקום הצלחת.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. יצירת צלחת טרנספקציה
2. בידוד פרוטופלסט עלי תירס אטיולטי.
3. טרנספקציה אוטומטית של פרוטופלסט
הערה: שלבים 3.6 עד 3.15 מנוהלים לחלוטין על ידי המטפל האוטומטי בנוזלים, למעט שתי הפסקות המשתמש בשלבים 3.10 ו-3.13, הדורשות צנטריפוגה ידנית. צילומי מסך רלוונטיים העוקבים אחר פרוטוקול אוטומטי זה ניתן למצוא בתוספת, איור משלים 1, איור משלים 3, איור משלים 4 ואיור משלים 5.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
כדי להשיג נתונים תצפיתיים התומכים בכך שהשפעות קצה עשויות להשפיע על מדידות התגובה; מחקר פיילוט נערך כדי לאשר את החשדות הללו. עבור מחקר זה, השיטות לעיל יושמו על שלוש צלחות משוכפלות של 96 בארות עם רמת טיפול אחת בלבד; כל הפרוטופלסטים הועברו באמצעות pSYN1125019, פלסמיד ?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
כתב יד זה מתאר פרוטוקול לאוטומציה של יצירת לוחות טרנספקציה ובידוד פרוטופלסט עלי תירס עם טרנספקציה אוטומטית. להשלמה מוצלחת של חלק יצירת לוחות הטרנספקציה של הפרוטוקול, הוא דורש רובוט אוטומטי לטיפול בנוזלים המצויד בתרמיל בעל 8 ערוצים. עבור פרוטוקול הטרנספקציה, מומלץ תרמיל...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
כל המחברים מועסקים על ידי סינג'נטה, חברת ביוטכנולוגיה חקלאית בינלאומית, המשתמשת באופן שגרתי בטכנולוגיית טרנספורמציה ליצירת מוצרים מהונדסים גנטית.
המחברים רוצים להודות למדענים הרבים בסינג'נטה שתומכים בעבודה הזו ולצוות שלנו מדי יום. יש להעניק הכרה מיוחדת למשפחה ולחברים שתמיכתם הבלתי נראית לעתים קרובות היא חיונית להמשך הצלחתו של צוות הבדיקה הארעית.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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 |
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