È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Method Article
Questo protocollo descrive la creazione di un layout di trasfezione randomizzato utilizzando un gestore di liquidi automatizzato, un protocollo di isolamento di protoplasti per foglie di mais eziolate e una procedura di trasfezione a 96 pozzetti utilizzando un gestore di liquidi.
Il campo della biotecnologia vegetale ha assistito a notevoli progressi negli ultimi anni, rivoluzionando la capacità di manipolare e ingegnerizzare le piante per vari scopi. Tuttavia, poiché la ricerca in questo campo aumenta in termini di diversità e diventa sempre più sofisticata, è più evidente la necessità di soluzioni di screening transitorio precoci, efficienti, affidabili e ad alto rendimento per restringere le strategie che procedono verso una trasformazione stabile. Un metodo che è riemerso negli ultimi anni è l'utilizzo di protoplasti vegetali, per i quali sono disponibili metodi di isolamento e trasfezione in numerose specie, tessuti e stadi di sviluppo. Questo lavoro descrive un semplice protocollo automatizzato per la preparazione randomizzata di plasmidi all'interno di una piastra a 96 pozzetti, un metodo per l'isolamento di protoplasti di foglie di mais eziolati e una procedura di trasfezione automatizzata. L'adozione di soluzioni automatizzate nelle biotecnologie vegetali, esemplificata da questi nuovi protocolli di manipolazione dei liquidi per la trasfezione di protoplasti vegetali, rappresenta un progresso significativo rispetto ai metodi manuali. Sfruttando l'automazione, i ricercatori possono facilmente superare i limiti dei metodi tradizionali, migliorare l'efficienza e accelerare il progresso scientifico.
La trasfezione di protoplasti vegetali, l'introduzione di materiale genetico estraneo in cellule vegetali prive di pareti cellulari, è una tecnica cardine e, nell'ultimo mezzo secolo, ha coinvolto numerose specie a supporto della ricerca sulle biotecnologie vegetali. Tuttavia, l'utilizzo di questi metodi può essere doloroso e di portata limitata, anche con milioni di protoplasti prodotti per isolamento. I metodi tradizionali di trasfezione dei protoplasti vegetali sono spesso laboriosi, dispendiosi in termini di tempo, soggetti a variabilità e tecnicamente impegnativi, portando a sistemi di nicchia con bassa riproducibilità1. Tuttavia, le potenzialità introdotte dalle soluzioni automatizzate negli ultimi anni illuminano la possibilità di dare nuova vita a questa tecnica giovane di 60 anni 2,3. Con il potenziale di automatizzare passaggi cruciali ma ripetitivi come la preparazione del materiale, l'incubazione del polietilenglicole (PEG) e la successiva dispensazione dei reagenti di trasfezione, i ricercatori possono ridurre significativamente i requisiti di manipolazione fisica e altre potenziali fonti di errore umano4. Inoltre, il controllo preciso e l'uniformità offerti dai sistemi automatizzati di manipolazione dei liquidi garantiscono risultati di trasfezione coerenti e riproducibili.
Mentre l'isolamento dei protoplasti è un processo meticoloso che coinvolge il taglio, la digestione, l'incubazione, la filtrazione e la centrifugazione, la parte di trasfezione di questi protocolli è fatta su misura per i gestori automatizzati di liquidi. La procedura per la maggior parte dei protocolli di trasfezione dei protoplasti è mediata da PEG e la miscelazione del protoplasto isolato in presenza di PEG e DNA plasmidico purificato per una durata specificata a una concentrazione precisa (dipendente dalla specie e dal tessuto) consente a queste cellule di assorbire il DNA plasmidico5. Questa trasfezione è seguita da una serie di fasi di lavaggio, che culminano in un'incubazione notturna6. Dopo il periodo di incubazione, se tutto è stato progettato e consegnato correttamente, l'esperimento si traduce nell'espressione della componente di interesse e/o nella possibilità di valutare diverse componenti regolatorie7. Tutte le fasi di aspirazione, dispensazione e agitazione/miscelazione associate a questa procedura sarebbero normalmente gestite da una pipetta manuale. L'esecuzione manuale di un tale protocollo, una singola reazione alla volta, è laboriosa e introduce variazioni non necessarie tra i campioni, limitando anche la capacità che può essere valutata in un dato momento. I protocolli automatizzati per la manipolazione di cellule di mammiferi o insetti e la sintesi chimica nell'industria farmaceutica sono in pratica da diversi anni 4,8,9. L'utilizzo di Protoplast e i protocolli che coinvolgono la gestione automatizzata dei liquidi dei materiali vegetali sono in aumento 10,11,12,13.
L'adozione di protocolli automatizzati di manipolazione dei liquidi per la trasfezione di protoplasti vegetali è molto promettente per le applicazioni di ricerca. I ricercatori possono esplorare librerie genetiche più ampie, esaminare funzioni geniche specifiche a un ritmo accelerato e studiare in modo più completo le complesse interazioni genetiche correlate allo stress delle piante14. La scalabilità degli approcci automatizzati che utilizzano pod a 96 pozzetti, combinati con lo screening a fluorescenza, consente la sperimentazione ad alto rendimento e consente agli scienziati di generare rapidamente dati e approfondimenti che possono alimentare i progressi nella biotecnologia vegetale11. Tuttavia, con questo aumento della velocità effettiva, che porta alla generazione di centinaia, se non migliaia di punti dati, è necessario un ulteriore controllo di qualità che tenga conto di eventuali fonti di errore che possono confondere i risultati15. Un elemento che è stato identificato come un fattore che contribuisce a numerose discipline scientifiche è l'effetto limite. Alcune strategie di mitigazione suggeriranno la piastra migliore da utilizzare o riempire lo spazio tra i pozzetti o i pozzi più esterni con acqua per combattere questo fenomeno16,17. Tuttavia, queste strategie aggiungono tempo e, se uno specifico usa e getta non è disponibile, l'unica opzione è accontentarsi di meno o posticipare. In alternativa, l'analisi di strategie che tengono conto di questo effetto tramite uno schema di blocco non comporta alcun sacrificio di throughput o ritardo nell'esecuzione.
Questo protocollo di protoplasti di foglie di mais eziolati e i suoi due metodi automatizzati illustrati nella Figura 1 cercano di affrontare la variabilità inerente agli esperimenti sui protoplasti automatizzando porzioni multiple del metodo canonico dei protoplasti, l'allocazione del materiale plasmidico al recipiente utilizzato per la trasfezione e la trasfezione stessa. Questi metodi sono dimostrati per la piattaforma di protoplasti di foglie di mais eziolata in quanto è una piattaforma di protoplasti ben caratterizzata, semplice ed efficiente. Tutti i passaggi descritti all'interno sono immediatamente accessibili ai protocolli di trasfezione dei protoplasti, che utilizzano soluzioni tampone simili o uguali. Tuttavia, prima dell'adozione di queste tecniche, è necessario prestare particolare attenzione alle caratteristiche uniche dei tessuti e delle specie di protoplasti. Questi miglioramenti attraverso l'automazione semplificano la preparazione del materiale per i singoli esperimenti e migliorano significativamente la produttività, passando dalla trasfezione sequenziale una per una a 96 trasfezioni gestite simultaneamente. Questo lavoro mostrerà anche la giustificazione per l'utilizzo di blocchi incompleti randomizzati per tenere conto del bias posizionale su piastra.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Creazione della piastra di trasfezione
2. Isolamento di protoplasti di foglie di mais eziolate
3. Trasfezione automatizzata di protoplasti
NOTA: I passaggi da 3.6 a 3.15 sono gestiti completamente dal gestore automatico di liquidi, ad eccezione delle due pause utente ai passaggi 3.10 e 3.13, che richiedono la centrifugazione manuale. Gli screenshot pertinenti che seguono insieme a questo protocollo automatizzato sono disponibili nel supplemento, nella Figura supplementare 1, nella Figura supplementare 3, nella Figura supplementare 4 e nella Figura supplementare 5.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Ottenere dati osservazionali a sostegno di tali effetti di bordo che possono influenzare le misure di risposta; È stato condotto uno studio pilota per confermare questi sospetti. Per questo studio, i metodi di cui sopra sono stati applicati a tre piastre replicate da 96 pozzetti con un solo livello di trattamento; tutti i protoplasti sono stati trasfettati utilizzando pSYN1125019, un plasmide che esprime costitutivamente ZsGreen, con l'obiettivo di mostrare che e...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Questo manoscritto descrive un protocollo per automatizzare la creazione di piastre di trasfezione e l'isolamento di protoplasti di foglie di mais eziolate con una trasfezione automatizzata. Per completare con successo la parte del protocollo relativa alla creazione della piastra di trasfezione, è necessario un robot automatizzato per la manipolazione dei liquidi dotato di un pod a 8 canali. Per il protocollo di trasfezione, si consiglia una capsula a 96 pozzetti per una trasfezione com...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Tutti gli autori sono impiegati da Syngenta, un'azienda internazionale di biotecnologie agricole, che impiega abitualmente tecnologie di trasformazione per la generazione di prodotti transgenici (GM).
Gli autori desiderano ringraziare i numerosi scienziati di Syngenta che supportano quotidianamente questo lavoro e il nostro team. Un riconoscimento speciale deve essere dato alla famiglia e agli amici, il cui supporto, spesso invisibile, è fondamentale per il continuo successo del team di analisi transitorie.
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.
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon