Method Article
Segnaliamo un metodo semplice e versatile per l'esecuzione di live-imaging fluorescente di Arabidopsis thaliana foglie per un periodo prolungato di tempo. Usiamo una piante transgeniche di Arabidopsis che esprimono un gene reporter fluorescente sotto il controllo di un promotore di immunità-correlati come esempio per acquisire spatiotemporal comprensione delle risposte immunitarie pianta.
La risposta immunitaria di impianto connessa con un genoma di riprogrammare trascrizionale è iniziata presso il sito di infezione. Così, la risposta immunitaria è regolata spazialmente e temporalmente. L'uso di un gene fluorescente sotto il controllo di un promotore di immunità-relative in combinazione con un microscopio a fluorescenza automatizzato è un modo semplice per capire spatiotemporal regolazione dell'immunità di pianta. In contrasto con i tessuti di radice che sono stati utilizzati per un numero di vari esperimenti di imaging fluorescenti videomicroscopia, esistono alcuni esempi di vivere-imaging fluorescenti per i tessuti della foglia che incontrano una matrice delle infezioni microbiche nell'aria. Di conseguenza, abbiamo sviluppato un metodo semplice per montare le foglie delle piante di Arabidopsis thaliana per l'imaging di cellule vive per un periodo prolungato di tempo. Abbiamo utilizzato piante transgeniche di Arabidopsis esprimenti la proteina fluorescente gialla (YFP) genefused per il segnale di localizzazione nucleare (NLS) sotto il controllo del promotore di un gene marcatore correlate a difesa, Pathogenesis-Related 1 ( PR1). Abbiamo infiltrato una foglia transgenica con Pseudomonas syringae pv. pomodoro DC3000 (avrRpt2) ceppo (Pst_a2) ed eseguito imaging in vivo time-lapse del segnale per un totale di 40 h utilizzando uno stereomicroscopio automatizzato fluorescenza YFP. Questo metodo può essere utilizzato non solo per gli studi sulle risposte immunitarie di pianta, ma anche per l'analisi dei vari eventi dello sviluppo e risposte ambientali che si verificano nei tessuti fogliari.
Risposta immunitaria pianta comporta una dinamica riprogrammare trascrizionale regolata dalla trascrizione multipli fattori così come fitormoni1. L'accumulo di dati del trascrittoma fornisce opportunità per raccogliere informazioni sul sistema immunitario pianta: ad esempio, la struttura di rete di segnalazione a cascata2. Tuttavia, la nostra conoscenza del dinamismo spaziale e temporale dell'immunità pianta rimane ancora limitato3,4,5.
Negli studi precedenti, spatiotemporal regolazione dell'espressione genica correlate a defense è stato analizzato principalmente tramite l'ibridazione in situ e un β-glucuronidasi (GUS) reporter dosaggio6,7,8. Questi metodi consentono di visualizzare l'attivazione trascrizionale di diversi geni di interesse in situ. Tuttavia, queste procedure richiedono fissazione chimica degli esemplari e quindi causare la perdita di tutte le informazioni temporali. Eventi biologici, quali l'immunità, progressi nel tempo. L'uso della luciferasi come reporter ha permesso la cattura di dinamica temporale del promotore di interesse3. Tuttavia, basato su luciferase assay richiede un substrato costoso e altamente sensibile detector. Per aumentare la nostra comprensione degli aspetti spaziotemporali della risposta immunitaria pianta utilizzando una semplice procedura, abbiamo generato transgenici Arabidopsis thaliana piante esprimenti la proteina fluorescente gialla (YFP) gene fusa per la segnale di localizzazione nucleare (YFP-NLS) sotto il controllo del promotore del gene marcatore correlate a difesa, Pathogenesis-Related 1 (PR1)9. Abbiamo usato autofluorescence di clorofilla, un marcatore delle cellule viventi, di catturare il processo di morte cellulare programmata (PCD), che spesso si verifica durante attivato effettrici dell'immunità (ETI), una forma di immunità pianta indotta dal patogeno specifico infezione9 , 10. monitoraggio la dinamica temporale dell'intensità del segnale di fluorescenza in liberamente oggetti in movimento, come ad esempio living foglie di Arabidopsis , richiede un'immagine complessa elaborazione software integrato internamente o disponibile in commercio. In alternativa, impedendo lo spostamento di esemplari è un metodo semplice per risolvere il problema. Qui, abbiamo sviluppato un metodo semplice e versatile per il montaggio vivono foglie di una pianta Arabidopsis transgenica per l'osservazione a lungo termine sotto uno stereomicroscopio automatizzato fluorescenza. Il metodo permette di catturare il promotore dinamiche all'interno del terreno coltivato pianta intatta foglie sopra un paio di giorni.
Nota: È importante prevenire sonno movimento di vita foglia campioni durante imaging time-lapse. Per ridurre al minimo lo stress meccanico sulle foglie, gentle fissazione delle foglie è necessaria. Campioni di foglia adeguatamente preparati solo producono time-lapse immagini adatte per diverse analisi di immagine. Un protocollo utilizzando piante transgeniche di Arabidopsis esprimenti YFP-NLS fusione sotto il controllo del promotore del gene PR1 (pPR1-YFP-NLS piante) e Pseudomonas syringae pv. pomodoro Dc3000 ceppo (avrRpt2) (Pst_a2) è descritto di seguito come esempio.
1. preparazione di piante e patogeni
2. inoculazione del patogeno
3. montaggio la foglia inoculata
4. microscopica osservazione time-lapse
Qui, abbiamo usato Pst_a2-indotto ETI come esempio per l'imaging di time-lapse. Time-lapse dati sono stati ottenuti come una serie di immagini, alcune delle quali sono mostrate in Figura 3Be come un filmato time-lapse (Supplemental Movie 1)9. Negli esperimenti di successo utilizzando pPR1-YFP-NLS durante Pst_a2-indotto ETI, attivazione transitoria di pPR1 è stato osservato, come evidente da YFP esprimendo i fuochi, in parecchi strati delle cellule che circondano il dominio PCD (Figura 3B) 9. l'attivazione di pPR1 in cellule che circondano il dominio PCD solitamente inizia a circa 5 ore post l'inoculazione (hpi), picchi a circa 12 hpi e dura fino a 40 hpi (Figura 3B)9. Poiché le immagini sono state acquisite utilizzando un sistema di epi-fluorescente, i segnali YFP ottenuti qui sono stati generati da diversi strati di cellule adassiale, compreso le cellule del mesofillo epidermica, così come superiore.
Figura 1 : Metodo utilizzato per l'infiltrazione di agente patogeno batterico nella Arabidopsis thaliana foglia. (A) due a tre-week-old Arabidopsis piante sono state coltivate in un vassoio di spina di cella. (B) One-cell spina contenente l'impianto selezionato per essere utilizzato per l'inoculazione e l'osservazione è stato tagliato e caricata nel vassoio spina cella vuota per mantenere l'equilibrio. (C) Il terzo, quarto e quinto lascia (#3, #4 e #5, rispettivamente) sono adatti per l'analisi di immagine. (D) infiltrazione della sospensione dell'agente patogeno in una foglia selezionata usando una siringa senza ago. L'area infiltrata può essere riconosciuto basato il suo colore verde più scuro che la foglia rimanente. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2 : Metodo utilizzato per il montaggio l'infiltrato Arabidopsis foglia per time-lapse imaging. (A) fotografia della pianta Arabidopsis con una lastra di vetro fissata sotto la foglia inoculata. La foglia di infiltrato è stata posizionata al centro del vetrino. La doppia freccia indica la lunghezza dei distanziali con nastri in plastica. (B) preparazione del nastro di plastica distanziali e ponte. Doppia - nastro di plastica a più livelli è stato tagliato in due pezzi (1 e 2) per i distanziali e un altro pezzo (3, indicato con una linea rossa tratteggiata) è stato tagliato per preparare un ponte. Le lunghezze delle frecce a due punte sono quasi identiche alla lunghezza della freccia a due punte in (A). Uno dei quattro angoli delle parti 1 e 2, indicato con le frecce, sono stati tagliati. (C), due pezzi di nastro di plastica a due strati (numerati come 1 e 2) sono stati accuratamente incollati sul vetro scorrevole lungo il picciolo utilizzando un paio di pinzette bene, senza contatto diretto con la lama di picciolo e foglia. (D) un pezzo aggiuntivo di doppio-strato di nastro di plastica (numerato come 3), che è stato preparato da (B), è stato posto su entrambi i distanziatori basali (1 e 2) per formare un ponte sopra il picciolo, garantendo nel contempo per non prendere il picciolo tra nastri 1 e 2 alle posizioni indicate con le frecce. (E) una fotografia che mostra il picciolo nastrato. È importante non prendere tessuto vegetale direttamente tra i pezzi di nastro di plastica alle posizioni indicate con le frecce. (F), un piccolo pezzo di nastro chirurgico (numerato come 4) è stato incollato delicatamente il vetrino intorno alla punta del lembo fogliare. Solo l'area delineata dalla linea rossa tratteggiata è stato premuto saldamente sul vetrino. (G), un altro piccolo pezzo di nastro chirurgico (numerato come 5) delicatamente è stato incollato al bordo del picciolo e pezzi di nastro di plastica. Solo l'area delineata dalla linea rossa tratteggiata è stato premuto per fissare il picciolo dolcemente sul vetrino vetro e pezzi di nastro di plastica. Puntali monouso (H), due sono stati usati per impedire il movimento nel campo di vista dello stereomicroscopio foglie vicine. I puntali sono stati inseriti direttamente nel terreno in posizioni appropriate. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3 : Rappresentante i risultati utilizzando il Arabidopsis foglia metodo di montaggio. Immagini di stereomicroscopia fluorescente (A) di una foglia transgenica di Arabidopsis (pianta pPR1-YFP-NLS). Una porzione della foglia è stata infiltrata con Pst_a2 (108 CFU/mL) sulla sua superficie abbagliai, e immagini sono state catturate 22 ore post inoculazione (hpi). I nuclei in cui è stato attivato il promotore di pPR1 sono stati rilevati utilizzando il filtro YFP, e morte cellulare programmata (PCD) è stata rilevata basato sulla perdita di clorofilla autofluorescence utilizzando il filtro di Texas Red (TXR). Barra della scala = 2,5 mm. (B) alcuni time-lapse immagini selezionate da una collezione di 800 immagini ottenute mediante il protocollo descritto qui. Questi dati forniscono una panoramica in vivo delle dinamiche spazio-temporale di attività pPR1 per 40 hpi. Immagini unite di YFP e TXR immagini sono mostrati. Barra della scala = 2,5 mm. (C) Mock infiltrazione di una foglia transgenica (pianta pPR1-YFP-NLS). In finto infiltrazione, 10mm MgCl2 è stato infiltrato nel lato abbagliai della foglia, seguita da formazione immagine di time-lapse. Trattamento finto non ha causato ectopico pPR1 attività e non ha interferito con clorofilla autofluorescence alle 13 hpi. Una freccia indica la posizione di infiltrazione finto. Barra della scala = 2,5 mm. Queste immagini sono state modificate da un precedente studio9. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Tabella 1: Time-lapse programma di imaging utilizzata in questo studio.
Supplementare Movie 1: filmato time-lapse che mostra la dinamica spazio-temporale del pPR1 attivazione in un transgenico Arabidopsis foglia di immunità seguenti attivato effettrici (ETI) indotta da Pst_a2 inoculazione. Con Pst_a2 si è infiltrata in una parte del lato abbagliai di una foglia transgenica che trasportano il costrutto pPR1-YFP-NLS (108 CFU/mL). Immagini sono state acquisite a intervalli di 3 minuti per un totale di 40 h. Il timestamp mostrato è in dd:hh:mm:ss.sss il formato. Questo film è stato modificato da un precedente studio9. Per favore clicca qui per vedere questo video. (Tasto destro per scaricare.)
Qui, segnaliamo un metodo semplice per montare un vivente Arabidopsis foglia che esprimono un gene reporter fluorescente sotto il controllo di un promotore di interesse per l'osservazione a lungo termine utilizzando uno stereomicroscopio fluorescente automatizzato. Time-lapse imaging di un reporter fluorescente è stata eseguita frequentemente nei tessuti della radice; Tuttavia, solo pochi studi simili sono stati condotti nei tessuti fogliari. Questo è probabilmente perché le foglie sono in grado di muoversi liberamente nello spazio, considerando che le radici sono spesso sepolto e fissate nel terreno agar solido.
In questo rapporto, ci siamo concentrati sulla dinamica spazio-temporale di pPR1 attività durante ETI indotto da Pst_a2. Oltre la fissazione delicata della foglia descritta sopra, è importante visualizzare chiaramente la dinamica spazio-temporale degli eventi cellulari come attivazione del promotore e PCD. Se la distinzione tra cellule che mostrano attività pPR1 e PCD non è nitida, assicurarsi che tutti gli spazi intercellulari in zona infiltrato sono completamente riempiti con la sospensione dell'agente patogeno (Vedi punto 2.4). Questo è fondamentale quando si utilizza grandangolari stereomicroscopi poiché questi microscopi catturano tutti i segnali rilevabili lungo la stessa posizione verticale dell'esemplare. Autofluorescenza clorofilla dalle cellule sopravvissute di sopra o di sotto le cellule nel dominio PCD maschera facilmente le cellule morte che esibiscono nessun autofluorescence. Questo vale anche per il segnale YFP.
Condizioni per l'imaging di time-lapse necessario stabilire attentamente attraverso diversi esperimenti preliminari in diverse condizioni sperimentali. Parametri per l'imaging di time-lapse dipendono da diversi fattori quali il sistema microscopico, piante transgeniche e patogeni. Per ottenere questi parametri, abbiamo prima analizzato diversi tempi di esposizione per l'intensità del segnale YFP nella foglia infiltrata a 7 hpi, che quasi coincide con l'attivazione iniziale di pPR1. Un'esposizione di s 5 è stata determinata come appropriato per catturare YFP segnale con lo stereomicroscopio utilizzato in questo studio. Un test simile è stato effettuato per l'imaging autofluorescence di clorofilla. Esposizione dell'esemplare alla luce tra gli intervalli di 3 minuti è stato programmato nel time-lapse programma imaging come formazione immagine normale campo luminoso con tempo di esposizione massimo. Il nostro sistema (Tabella materiali) ci ha permesso di avere 2,5 min oltre YFP, TXR e campo chiaro imaging. Questo vincolo è stato il motivo principale per scegliere un intervallo di 3 min. Successivamente, abbiamo confermato che questa condizione di time-lapse non causato nessun danno apparente per i campioni di pianta e non ha indotto ectopico fotoattivazione sollecit-relativi di pPR1 (Figura 3B, C). Ciò ha condotto allo sviluppo del programma utilizzato in questo studio. Così, gli intervalli di 3 minuti di formazione immagine di fluorescenza sono stati ritenuti sufficienti per catturare pPR1 dinamiche durante Pst_a2-mediata ETI9.
Costruzioni del promotore-reporter, soprattutto con il reporter fluorescente fuso a NLS, sono stati utilizzati da molti gruppi e sono facilmente reperibile dalla comunità di ricerca; Abbiamo usato il costrutto pubblicato da Kubo et al. 13. così, il protocollo descritto qui può essere utilizzato in qualsiasi studio di biologia vegetale esaminando tessuti fogliari, se appropriati piante transgeniche sono disponibili. Il nostro protocollo semplice e facile fornisce una grande opportunità per i ricercatori che sono interessati ad analizzare la dinamica spazio-temporale di tutti gli eventi biologici che si verificano foglie, come la risposta immunitaria. È plausibile che il nostro metodo usando pezzi di nastro induce un lieve stress fisico sugli esemplari. Tuttavia, questo problema può essere controllato mediante l'inclusione di appropriati controlli positivi e negativi, come i trattamenti finti, negli esperimenti (Figura 3C). Le condizioni sperimentali possono essere ulteriormente modificate e ottimizzate analizzando questi controlli in condizioni diverse.
Negli ultimi anni, il rapido sviluppo di tecniche e strumenti di imaging ha stimolato l'interesse dei ricercatori per i complessi aspetti spaziotemporali eventi biologici. In ogni analisi di imaging, appropriato montaggio e fissaggio degli esemplari sono tra le questioni più importanti. Il metodo semplice e versatile di montaggio viventi che Arabidopsis lascia sviluppato in questo studio possa essere applicato e ottimizzato per vari esperimenti di imaging.
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Questo lavoro è stato supportato dal Japan Science and Technology Agency [PRESTO117665 a S.B., ERATOJPMJER1502 di N.N.] e dalla società per la promozione della scienza (localizzativi per l'avvio di attività di ricerca [22880008 a S.B.] e per giovani scienziati (B) [Giappone 23780040 a S.B.]). Ringraziamo r. Senzaki, Y. Suzuki, Y. Sugisawa ed E. Betsuyaku per l'eccellente assistenza tecnica, J. Parker per fornire il ceppo Pst_a2 e T. Demura per fornire il vettore di pBGYN.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Bacto Agar | BD biosciences | 214010 | |
Bacto Protease Peptone No. 3 | BD biosciences | 211693 | |
Bacto Yeast Extract | BD biosciences | 212750 | |
BM2 soil | Berger | ||
Glycerol | nacalai tesque | 17017-35 | |
Kanamycin sulfate | Wako | 113-00343 | |
Leica M205FA with DFC365FX, LED_MCI and Leica EL6000 (Las X software-regulated) | Leica Microsystems | Yellow fluorescent protein (YFP) and Texas Red (TXR) filters installed | |
Magnesium Chloride Hexahydrate | Wako | 135-00165 | |
Micro Slide Glass (Size: 76 mm × 26 mm, Thickness: 1.0–1.2 mm) | MATSUNAMI | S1112 | |
Micropore Surgical Tape (1.25 cm × 9 m) | 3M | 1530-0 | |
Needleless 1 ml plastic syringe | Terumo | SS-01T | |
Plastic cell plug tray (cell size: 44 mm × 44mm × 44 mm) | Tanaka sangyo, Japan | htray-bk72 | Any tray with similar sized cells can be used |
Rifampicin | nacalai tesque | 30259-81 | |
Plastic Tape (0.2 mm thick × 19 mm wide × 10 m long) | Yamato | No0200-19-1 | Any plastic/vinyl tape with similar thickness can be used |
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