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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

Abbiamo sviluppato un protocollo semplice ed efficiente per la preparazione di grandi quantità di protoplasti di soia studiare i complessi meccanismi di regolamentazione e di segnalazione in cellule vive.

Abstract

Soia (Glycine max (L.) Merr.) è una specie di coltura importante ed è diventato un modello di legumi per gli studi delle vie genetiche e biochimiche. Pertanto, è importante stabilire un sistema di espressione genica transitoria efficiente in soia. Qui, segnaliamo un semplice protocollo per la preparazione dei protoplasti di soia e la sua applicazione per l'analisi funzionale transitorie. Abbiamo trovato che le foglie giovani unifoliate da piantine di soia ha provocato grandi quantità di protoplasti di alta qualità. Grazie all'ottimizzazione di un metodo di trasformazione PEG-calcio-mediata, abbiamo raggiunto l'efficienza di trasformazione alta utilizzando protoplasti unifoliate soia. Questo sistema fornisce un modello efficiente e versatile per l'esame dei complessi meccanismi di regolamentazione e di segnalazione in cellule di soia dal vivo e può aiutare per meglio comprendere diversi processi cellulari, inerente allo sviluppo e fisiologici dei legumi.

Introduzione

Protoplasti sono cellule vegetali che hanno rimosse le pareti cellulari. Come mantengono la maggior parte delle caratteristiche e attività di cellule vegetali, protoplasti sono un sistema di buon modello di osservare e valutare diversi eventi cellulari e sono strumenti preziosi per studiare ibridazione somatica1 e impianto di rigenerazione2. Protoplasti sono stati anche ampiamente utilizzati per impianto trasformazione3,4,5, poiché le pareti cellulari altrimenti bloccherebbe il passaggio del DNA nella cellula. Protoplasti possiedono alcune delle risposte fisiologiche e processi cellulari di piante intatte, offrendo quindi un valore fondamentale nella ricerca di base per lo studio di proteine sottocellulari localizzazione6,7,8, interazioni proteina-proteina9,10e promotore attività11,12,13 in cellule vive.

L'isolamento di protoplasti di pianta in primo luogo è stato segnalato nel 196014 e i protocolli per l'isolamento e la trasformazione dei protoplasti sono stati sviluppati e ottimizzati. Una procedura standard di isolamento del protoplasto comporta il taglio delle foglie e la digestione enzimatica delle pareti cellulari, seguita dalla separazione dei protoplasti rilasciati da detriti del tessuto non digerito. Strategie di trasformazione include elettroporazione15,16, microinjection17,18e base di polietilenglicole (PEG)4,5,19 metodi. Una vasta gamma di specie sono stati segnalati successo per l'isolamento di protoplasti, compresi agrumi20, Brassica21, Solanaceae22 e altre piante ornamentali famiglie23,24. Mentre i tipi di tessuti diversi sono utilizzati in varie specie, un sistema di espressione transiente in protoplasti di Arabidopsis mesofillo (TEAMP) isolato dalle foglie della pianta modello Arabidopsis thaliana è stato affermata25 e ampiamente adottato per diverse applicazioni.

Soia (Glycine max (L.) Merr.) è una delle proteine più importanti e olio colture26. A differenza di Arabidopsis e riso, ottenimento di piante di soia transgenica è noto per essere piuttosto difficile e basso rendimento. Agrobacterium tumefaciens-mediata infiltrazione è stato popolarmente utilizzato per studi di espressione transiente in cellule epidermiche in tabacco27 e piantine in Arabidopsis28,29, considerando che Agrobacterium rhizogenes è stato utilizzato per la trasformazione delle radici pelosi in soia30. Approcci di silenziamento genica indotta da virus sono stati utilizzati per downregulation di destinazione geni31,32 e transitori espressione33 in maniera sistematica. Protoplasti forniscono una preziosa e versatile alternativa a questi approcci. Protoplasti possono essere ottenuti da materiali aboveground di soia e consentono l'espressione del transgene rapido e sincronizzato. Tuttavia, poiché l'isolamento iniziale successo dei protoplasti di soia nel 198334, ci sono stati rapporti limitati sull'applicazione dei protoplasti in soia35,36,37, 38, principalmente a causa della relativamente basse rese dei protoplasti di soia.

Qui, descriviamo un protocollo semplice ed efficiente per l'isolamento di protoplasti di soia e la sua applicazione per studi di espressione genica transitoria. Utilizzando foglie giovani unifoliate da piantine di soia, siamo stati in grado di ottenere grandi quantità di protoplasti vitali entro poche ore. Inoltre, abbiamo ottimizzato un metodo di trasformazione di PEG-calcio-mediata che è semplice e a basso costo per trasportare DNA in protoplasti di soia con alta efficienza.

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Protocollo

1. la crescita delle piante

  1. Seminare i semi di soia 5-10 (Williams 82) in un vaso di 13 cm in serra in condizioni di giorno lungo (16 h luce alle 1.500 µmol m-2 s-1) a 25 ° C sul mix di terreno personalizzato per la soia (1:1:1 rapporto di sabbia del suolo, la perlite e la torpedine).

2. preparazione del DNA del plasmide

  1. Utilizzando una pipetta sterile o uno stuzzicadenti, scegli una singola Colonia o glicerolo congelati stock di e. coli che trasportano il plasmide contenente il gene di interesse e inoculare esso in 20 mL di terreno liquido di Luria-Bertani (LB) con gli antibiotici adatti in un pallone da 50 mL.
  2. Incubare la beuta a 37 ° C durante la notte su un agitatore. Raccogliere i batteri da centrifugazione la sospensione a 12.000 x g a temperatura ambiente per 5 minuti e scartare il surnatante. Estrarre e purificare il plasmide seguendo la procedura del produttore di un kit di preparazione del plasmide.

3. isolamento di protoplasti

  1. Tagliare foglie unifoliate recentemente ampliate da piantine di soia 10 - giorno di vita (Figura 1).
    Nota: Selezione di foglie in una fase inerente allo sviluppo appropriata è la chiave per il successo per la preparazione di protoplasti di soia. Utilizzare solo foglie appena ampliati alle prime fasi dello sviluppo. Come lascia maturo, pareti cellulari diventano più difficile da digerire.
  2. Con una lama di rasoio fresca, togliere la foglia unifoliata e quindi tagliare i resti in 0,5-1 mm strisce la nervatura centrale.
    Nota: Due foglie unifoliate digeriti in 10 mL di soluzione di enzima darà protoplasti sufficienti per più di 10 trasformazioni.
  3. Usando un paio di pinze, trasferimento la foglia strisce immediatamente e delicatamente in 10 mL di soluzione enzimatica preparata al momento (tabella 1) in una provetta da 15 mL. Vuoto si infiltra in foglia strisce per 15 min a temperatura ambiente.
  4. Incubare le strisce di foglia nella soluzione enzimatica con agitazione delicata (40 giri) sotto luce bassa per 4-6 h a temperatura ambiente. Assicurarsi che la soluzione di enzima diventa giallo-verde come protoplasti vengono rilasciati. Verificare la soluzione di enzima/protoplasti al microscopio (X10).
    Nota: I protoplasti rilasciati sono sferici a forma, mentre le cellule non digerite hanno forma ovale o irregolare.
  5. Trasferire i 10 mL di soluzione di enzima/protoplasti in una provetta da 50 mL versando delicatamente e aggiungere 10 mL di soluzione di W5 (tabella 1) a temperatura ambiente per interrompere la digestione. Capovolgere delicatamente la provetta un paio di volte. Versare delicatamente la soluzione enzima/protoplasti su una maglia di nylon pulito 75 µm posizionata sopra un tubo da 50 mL per rimuovere i tessuti della foglia non digerito.
  6. Centrifugare la soluzione di flusso continuo enzima/protoplasti a 100 x g nel tubo 50 mL per 1-2 min a temperatura ambiente. Rimuovere delicatamente il supernatante utilizzando una pipetta sierologica 10ml senza disturbare il pellet di protoplasti.
  7. Risospendere i protoplasti e contando il numero di protoplasti su un emocitometro sotto il microscopio (x10), diluire ad una concentrazione di 2 x 105 mL-1 in soluzione di W5 refrigerati a 4 ° C. Mantenere i protoplasti su ghiaccio per 30 min.
  8. Centrifugare la sospensione a 100 x g per 1-2 min a temperatura ambiente e rimuovere delicatamente la soluzione W5 utilizzando una pipetta da 1 mL senza disturbare il pellet di protoplasti. Risospendere i protoplasti nella soluzione MMG (tabella 1) ad una concentrazione di 2 x 105 mL-1 a temperatura ambiente.

4. trasformazione di protoplasti

  1. Fai aliquote di 100 µ l dei protoplasti (2 x 104 protoplasti a 2 x 105 mL-1) in 1,5 mL bassa adesione per microcentrifuga utilizzando puntali per pipette uncut 200 µ l. Mettere un'aliquota da parte per servire come controllo negativo. Aggiungere 10 µ l di plasmide (10-20 µ g) in ciascuna dell'aliquota resto dei protoplasti.
  2. Aggiungere lentamente 110 µ l di soluzione preparata di PEG (tabella 1) sulla parete interna del tubo per microcentrifuga da 1,5 mL e quindi capovolgere delicatamente e ruotare il tubo fino a quando la soluzione diventa omogenea.
  3. Incubare la miscela di trasformazione a temperatura ambiente per 15 min.
  4. Per fermare la trasformazione, lentamente aggiungere 400 µ l di soluzione di W5 per la provetta da 1,5 mL a temperatura ambiente e capovolgere delicatamente la provetta fino a quando la soluzione diventa omogenea. Centrifugare la provetta a 100 g per 1-2 min a temperatura ambiente e scartare il surnatante con una pipetta.
  5. Aggiungere 1 mL di soluzione WI (tabella 1) al tubo e risospendere pipettando delicatamente 1 - 2 volte. Aggiungere 1 mL di siero di vitello sterile (vol/vol) 5% in ogni pozzetto di una piastra di coltura del tessuto 6 pozzetti per rivestire la superficie ed evitare i protoplasti di attaccarsi alla piastra.
  6. Dopo pochi secondi, scartare il siero di vitello utilizzando una pipetta. Trasferire i protoplasti sedimento in un pozzetto della piastra di coltura. Coprire la piastra con un coperchio.

5. protoplasti incubazione e raccolta

  1. Incubare i protoplasti a temperatura ambiente per 1-2 giorni al buio.
    Nota: Abbiamo trovato che due-giorni di incubazione produce più forte segnale di proteina fluorescente in generale rispetto ad un giorno incubazione, e che il segnale di proteina fluorescente può durare fino a 3-4 giorni.
  2. Trasferire la soluzione di protoplasti di un tubo del microcentrifuge bassa adesione di 1,5 mL. Centrifugare la provetta a 100 x g per 1-2 min a temperatura ambiente per raccogliere protoplasti. Rimuovere il surnatante con una pipetta e trasferire 10 protoplasti µ l su una lastra di vetro.
  3. Osservare il segnale fluorescente sotto fluorescenza o microscopia confocale. Utilizzare non trasformate protoplasti come controllo negativo (non dovrebbe essere osservato nessun segnale).

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Risultati

Diversi organi di soia 10 - giorno-vecchio sono stati testati per la preparazione del protoplasto (Figura 1) e i rendimenti sono stati osservati al microscopio (Figura 2). Pareti cellulari da ipocotile ed epicotyl erano appena digeriti, e alcune cellule siamo stati attaccati alla vicenda (Figura 2B, 2C). Nel cotiledone (Figura 2D) e radice (

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Discussione

Questo protocollo per l'isolamento di protoplasti di soia e l'applicazione di studi di espressione transitoria è stato accuratamente testato e funziona molto bene nel nostro laboratorio. Le procedure sono semplici e facili e richiedono apparecchiature ordinarie e minimo costo. Il nostro protocollo produce grandi quantità di protoplasti di uniforme, di alta qualità rispetto ai metodi precedentemente segnalati34,35,36,

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Divulgazioni

Gli autori dichiarano di non avere nessun concorrenti interessi finanziari.

Riconoscimenti

Questo lavoro è stato supportato dal programma di ricerca del genoma di pianta dalla National Science Foundation (NSF-PGRP-IOS-1339388).

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Materiali

NameCompanyCatalog NumberComments
MESSigma AldrichM8250-100G
Cellulase CELFWorthington Biological CorporationLS002611
Pectolyase Y-23BioWorld9033-35-6
CELLULASE "ONOZUKA" R-10yakult10g
MACEROZYME R-10yakult10g
MannitolICN Biomedicals152540
CaCl2FisherC79-500g
BSANEBR3535S
DTTSigma AldrichD5545-5G
NaClSigma AldrichS7653-1kg
KClFisherP217-500g
MgCl2Sigma AldrichM8266-100g
PEG4000Fluka81240
nylon meshcarolina652222N
Tissue Culture PlatesUSA ScientificCC7682-7506
Razor BladesFisher12-640
hemacytometerhausserscientific1483
QIAprep Spin Miniprep KitQiagen27104
EZNA plasmid miniprep kitOmegaD6942-01
GeneJET Plasmid Miniprep KitThermo ScientificK0502
Centrifuge 5810eppendorf5811000827
Centrifuge 5424eppendorf22620401
Jencons Powerpette Plus Pipet ControllerJencons14526-202
Zeiss 710 Confocal MicroscopeZeissN/A
Nonstick, RNase-free Microfuge Tubes, 1.5 mLAmbionAM12450
15 mL Centrifuge TubesDenvilleC1018-P
50 mL Centrifuge TubesDenvilleC1060-P
Newborn Calf SerumThermo Scientific16010159
SoilIngram's Nursery
perliteVigoro100521091
Torpedo SandJKS Ventures
LB Broth, Lennox (Powder)FisherBP1427-500

Riferimenti

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