Method Article
* これらの著者は同等に貢献しました
本研究の目的は、漂白剤や塩素ガス滅菌滅菌メディア上に成長した範囲のシロイヌナズナ遺伝子型の種子発芽の効果を決定するためだった。最適化された殺菌のプロトコルは、満足のいく種子の生存を提供しながら汚染微生物の増殖を防ぐために開発されています。
シロイヌナズナ(シロイヌナズナ) 苗は、しばしば無菌メディア上に成長させる必要があります。微生物汚染種子表面に存在の成長を防ぐために事前の種子滅菌が必要です。シロイヌナズナの種子を殺菌する現在、ラボで若干異なります、標準化されていない条件で 2 つの異なる殺菌技術を使用して、しばしばのみ部分的に効果的な滅菌や過剰シード死亡率の結果します。これらのメソッドのほとんどはまた多数の多様な品種の種子のラインへの拡張が容易ではありません。シロイヌナズナの高スループット分析のための技術が増殖するのにつれ、多数の異なった遺伝子型の種子を殺菌する為の標準化された技術はこれらのタイプの実験を行うために不可欠になっています。シロイヌナズナ行数の 2 つの異なる殺菌手法への応答は、発芽率および種子混入微生物や他の病原体のレベルに基づいて評価されました。治療には、滅菌剤とシロイヌナズナ種子の殺菌のための最適条件を決定するために結合、露出回数の異なる濃度が含まれています。最適化されたプロトコルは、2 つの異なる滅菌法の開発されている: 漂白剤 (液相) と塩素 (Cl2) ガス (気相)、発芽率の高い種子と最小限の微生物汚染の両方の結果します。これらのプロトコルのユーティリティは、発芽電位の範囲で野生型と変異種の両方のテストによって示されました。その種子滅菌することが効果的に過剰な種子死亡なしのいずれかの方法を使用してがより最適な発芽の可能性も低い種子の殺菌の弊害がみが分かった。さらに、数式は気密の容器のサイズが異なるに標準化された塩素ガス滅菌条件を適用する研究者を有効に開発されました。ここで説明したプロトコルでは、シロイヌナズナの線の数が多いため簡単に、効率的かつ安価な種子殺菌を許可します。
シロイヌナズナ(シロイヌナズナ) は植物生物学1,2,3の基礎・応用研究のプライム モデル生物です。シロイヌナズナ成長のための標準条件は、よく確立された4をされているが、種子の生存率に種子殺菌効果は厳しくテストされていません。板やボックスで固体媒体は分離の人口での初期のシュートと根の表現型の観察でホモ接合体致死突然変異体の同定など、多くの実験的アプリケーション シロイヌナズナ実生植物の成長を促進する使用します。無料の病原体組織、苗の組織、発芽1,2,3,4 を形質転換体や薬剤耐性植物の選択および評価の大量のコレクションの分離の段階.温室で育つ植物から採取した種子または成長室が時折微生物やほこりで汚染されました。滅菌メディアのさまざまな種類のシロイヌナズナの幼植物の生育には、菌など細菌の種の表面に微生物汚染物質を除去する前の種子滅菌が必要です。効果的な種子滅菌政権の使用は、高発芽、最小の汚染と活発な植物成長のバランスにとって重要です。
シロイヌナズナ種子の殺菌のために使用される 2 つの最も一般的な方法は、市販の漂白剤 (液相)、塩素ガス (気相) に基づいています。両方液相滅菌1,4,5,6,7,8,9のさまざまな手順が採用されています。,10と気相滅菌シロイヌナズナの種子8,10、11,12,13,14,15 、16。ただし、これらのプロシージャは利用の遺伝子型の種子滅菌を達成するために効果的なされている、異なった遺伝子型の種で異なる殺菌治療の効果の詳細に分析しない報告されています。したがって、効率的な殺菌は高い発芽率と組み合わされ条件を定義するこれらの滅菌手順の最適化が必要です。
A) 内部的に適用する品質管理手順のコレクションと b) 利用で、ユーザーからのフィードバックに応えてさまざまな異なった遺伝子型の種子の生存率をテストするのには、シロイヌナズナ生物学的リソース センター (ABRC) も地の利種子の発芽についてここで示した実験の目的は、シロイヌナズナの範囲の遺伝子型の種子発芽に及ぼす様々 な滅菌方法を決定するあった。漂白剤や塩素のガス殺菌のため最小限の病原体汚染を維持しながら高い種子の発芽率は、最適化された滅菌の手順が掲載されています。
1。 培地、培 (MS) 媒体 x 1 の準備
0.8 L 蒸留水と溶解する攪拌を含むビーカーに2。漂白剤とシロイヌナズナ種子の滅菌
3。塩素ガスによるシロイヌナズナ種子の滅菌
4。MS 板でシロイヌナズナの成長
オープン フィールド、温室効果や成長室から採集されたシロイヌナズナ種子は、カビや細菌の1,4のような様々 な微生物によって汚染されて時。したがって、種子供給が限られている場合は特に、生殖不能メディアに及ぼす発芽、特にプレートの汚染のために挑戦されます。結果を以下に示します、漂白剤や塩素のガス殺菌のための最適化されたプロトコルはこの問題を最小限に抑え、高スループットのアプリケーションに必要な種子の生存率が維持されます。
シロイヌナズナ Col 0 種子の発芽に漂白剤殺菌処理の影響
漂白剤は、最も一般的に使用される多数の植物で種子殺菌剤です。滅菌剤と露光時間の最適な濃度は、種によって異なります。シロイヌナズナの種子1,4,5,6,7,8,9の殺菌のため漂白剤を使用してプロトコル数を採用されています。,10. 4 濃度の異なる期間がテストされた 5 つの異なる露光時間で漂白剤と結果がで表示されます図 1。治療は、コロンビア野生型 (コル-0) 種に適用されました。漂白剤濃度と殺菌の時間の間の重要な相互作用によって示されているように、殺菌の時間に応じて様々 な漂白剤濃度 Col 0 種子の発芽に及ぼす影響 (図 1、 P < 0.001、分散-分散分析)。
5 〜 10 分間滅菌時間と実験、すべて漂白剤濃度の処理結果 Col 0 種子 (図 1) の同様に高い発芽率。高発芽率は 40% と 50% の世帯の漂白剤濃度の常時殺菌のも認められました。80% と 100% の漂白剤とトリートメント 10 分よりも長い期間が大幅に結果の増減浸漬時間の短縮と比較して発芽率 (P < 0.01, ANOVA)。さらに、80%、100%、20 分のトリートメントを漂白剤の発芽は低下した適切な 40% および 50% の漂白剤の治療法と比較して (P < 0.001、ANOVA)。
種子には、漂白や shriveling 高い漂白剤濃度 15 分以上を使用するときのさまざまなレベルが表示されます。さらに比較的高 (最大 32%) 種子死亡、発達の停止の結果として頻繁の子葉と胚軸伸長、展開し失敗に反映成長欠陥を示したこれらの条件で滅菌発芽。ほとんどの治療 (14 のうち 20) 完全にあった金型フリー、全体的な金型レベル平均 0.21% ± 0.003 の (表 1) の結果します。
50% の漂白剤と 10 分間の浸漬時間による治療は、表面の病原体成長の抑制が良い高発芽率が低下するため、最高の滅菌体制として選ばれました。この治療法は、以下のように異なる突然変異系統の漂白殺菌効果をテストに選ばれました。
Col 0 種子の発芽に対する塩素ガス殺菌処理の影響
塩素ガス滅菌条件を最適化するには、(表 2) の 2 つの期間の Col 0 種子を殺菌する塩素ガスの 3 つの異なる濃度が使用されました。ガス濃度は濃塩酸の量、次の方程式を使用して滅菌コンテナー量に基づいて計算されます。
この方程式は、12.3 M HCl、23 ° C の温度、標準気圧 101.3 kPa の理想気体の法則を使用して派生しました。
時間と集中係数との間の重要な相互作用によって示されるように、殺菌の時間に依存する Col 0 種子の発芽に対する塩素ガス濃度の効果を示した (図 2 a、 P < 0.01, ANOVA).塩素ガス濃度 1 時間殺菌を受ける Col 0 種子の発芽に影響がなかった。この滅菌時間、塩素ガスの濃度をすべて推進同様に高レベルの 85% 以上の発芽 (P > 0.05、ANOVA)。その一方で、3 h の長い殺菌結果 2 つの低いガス濃度と比較して塩素ガスの最高濃度の発芽率が大幅に低下 (P < 0.05、ANOVA)。シロイヌナズナ種子、1 時間テストされた塩素ガス濃度のいずれか、3 h の 16.5% 以下のガス濃度のトリートメントが発芽率が大きい常にので、種子の生存を維持する均等に有効であることが示唆します。82%。しかし、16.5% のガスで 3 h のための種子を滅菌は種子の発芽に支障をきたす。
カビの発生率は、ガス濃度と曝露時間に依存しても。カビの生育は 3 時間 (図 2 b) すべてのガスの濃度と 1 h 長期治療のための 6.1%、16.5% の塩素ガスの比較的高濃度で効果的に抑制されました。
これらの結果に基づき、1 h (表 2) の 6.1% のガス濃度と治療選択された最高の気相滅菌条件としてそれ結合高発芽率 (ので別の突然変異系統のガス殺菌効果をテストするのには85%) カビ汚染 (0.02%) の非常に低いレベルで。
潜在的な別の発芽種子に漂白剤や塩素ガス殺菌処理の影響
統計分析は滅菌方法発芽応答が行の発芽の可能性に依存していたことを示した (図 3 a、 P < 0.01, ANOVA)。漂白剤も塩素のガス滅菌は、高発芽潜在的な (グループ 4 および 5) 種子の発芽率を減少します。どちらの治療が最低の発芽とグループの既に低発芽率に及ぼす影響可能性 (グループ 1)。対照的に、塩素ガス滅菌は約 12-18% の大幅な削減結果 (P < 0.01, ANOVA) 発芽の可能性 (グループ 2 および 3) 種子の発芽。漂白殺菌も発芽率 13% 減のグループ 2、グループ 3 の発芽率は減少しなかった。発芽・ グループのガス治療漂白剤と塩素の発芽率に有意差はない (図 3 a、 P > 0.442, ANOVA)、種子殺菌漂白剤を使用したやや高いがガス滅菌の種子発芽のすべてのグループでより発芽率。
滅菌処置が大幅に変更 (P < 0.001、ANOVA) 金型 (図 3 b) により影響を受ける種の割合。両方の塩素ガスと漂白剤の殺菌が少ないカビで起因した (P < 0.05、ANOVA) ない殺菌と比較して。グループのガスと漂白剤の殺菌の間検出金型レベルで差はありませんでした (図 3 b、 P > 0.4 ANOVA)。
図 1: シロイヌナズナ Col 0 種子の発芽に及ぼす漂白剤濃度と殺菌時間。値は、平均 ± SD 実験 5 独立したレプリケーションから得られます。* 漂白剤濃度の範囲のデュレーションを浸漬 5 分を基準にして有意差を示す (P < 0.01, ANOVA)。#80%、40%、20 分の 50% を基準にして 100% の漂白剤の濃度の差を示す期間 (P < 0.01, ANOVA)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2: 塩素の効果ガス濃度と殺菌時間シロイヌナズナ Col 0 種。(A) 発芽率および (B) 金型レベル。誤差範囲を表す平均 ± SD 5 生物学的実験の 5 技術的なレプリケーションから得られました。手紙を共有しないことを意味が大幅に異なる (P < 0.05、ANOVA)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3: 潜在的な別の発芽種子に漂白剤や塩素のガス殺菌効果。(A) 発芽率および (B) 金型レベル。100 のソーク T-DNA 行は、潜在的な発芽させ発芽率がない場合は、滅菌剤として定義されている 5 段階のグループに分類されました。発芽率に基づくグループは次のとおり: グループ 1 (0-20%)、グループ 2 (21-50%)、グループ 3 (51 ~ 70%)、グループ 4 (71-90%)、グループ 5 (91-100%)。行はランダムに選ばれ、発芽の潜在的な遺伝子型には依存しなかった。値は、平均 ± SD 実験の 3 つの独立したレプリケーションから得られます。上記の各値の文字 ("a"、"ab"、"c"、等) は、カテゴリという統計グループを示します。手紙を共有しないことを意味が大幅に異なる (P < 0.05、ANOVA)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
殺菌時間 (分) | 漂白剤濃度 (%) | |||
40 | 50 | 80 | 100 | |
5 | 0.00% | 0.00% | 0.00% | 2.13% |
8 | 0.00% | 0.00% | 0.00% | 0.00% |
10 | 0.00% | 0.50% | 0.00% | 0.36% |
15 | 0.00% | 0.00% | 0.00% | 0.68% |
20 | 0.19% | 0.28% | 0.00% | 0.00% |
表 1: 金型 Col 0 種の漂白殺菌のレベルです。
漂白剤 | ICM | 時間 | % 塩素ガス (mol Cl2/mol 総ガス) |
(mL) | (mL) | (h) | |
25 | 1 | 1 | 2.1 |
25 | 1 | 3 | 2.1 |
100 | 3 | 1 | 6.1 |
100 | 3 | 3 | 6.1 |
200 | 9 | 1 | 16.5 |
200 | 9 | 3 | 16.5 |
表 2:塩素 (Cl2) 7 L コンテナーを使用してコロンビア野生型種子の殺菌治療をガスします。
補足表 1:コンテナーと % の Cl2の別のボリュームの計算を実行するようにプログラム スプレッドシート。このファイルをダウンロードするここをクリックしてください。
シロイヌナズナ種子滅菌メディアに成長している、殺菌のいくつかのフォームが適用されなければなりません。漂白剤や塩素のガス殺菌処置は、似たような発芽率と金型生長阻害の結果します。どちらも殺菌法ポテンシャル高い発芽と種子の発芽率の重要な減少を原因します。ただし、漂白殺菌は低い発芽電位 (20-70%)、小型のためラインの推奨とはいえ非重要、(図 3 a) ガス殺菌に比べて発芽率の向上。
10 分の 40-100% から漂白剤濃度とシロイヌナズナの種子を滅菌良好な発芽率および効果的なカビ抑制を提供します。ただし、漂白剤濃度が 40% 未満の場合 40% の濃度またはも重く汚染された種子の多くの高い保証の効果的な滅菌を使用してほとんどの種子ロットのため十分な滅菌を提供します。死亡率高い種子種苗開発の欠陥を避けるために 80% 以上の漂白剤濃度等を使用する場合、滅菌の 10 分を超えることが重要です。
6.1% または高発芽率および十分なカビ除去の 1 h の結果の 16.5% の塩素ガス濃度とシロイヌナズナの種子を扱います。低塩素ガス濃度 (2.1%) は、3 h に殺菌の持続時間を増やすことで正常に使用できます。
数行を滅菌する場合、10 分の 50% の漂白剤の解決策で液体殺菌をお勧めします。以来、行数が少ない操作で迅速かつ容易に滅菌することがラインの大きい数のため 1 時間 6.1% のガス濃度とガス滅菌は良いオプションです。
我々 の結果は、異なる遺伝子型の種子の数が多いと潜在的な低い発芽と種子を殺菌する為の標準化された条件を提供します。これらの滅菌技術の唯一の制限は種子発芽率により広範な種の死亡率 20% 未満に適用できません。超音波処理など17滅菌の不在で発芽率を高めるための代替方法は、これらのケースで有益かもしれない。
著者が明らかに何もありません。
実験材料の準備で彼女の援助の Gauri ダッタに感謝したいと思います。また、原稿の批判的検討のベッティーナ郷土料理とジェームス ・ マンに感謝しております。この作品は、NSF の補助金 DBI 1049341 と MCB 1143813 によって支持されました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.65 mL Microcentrifuge tubes | GeneMate | C-3260-5 | Tube in which Arabidopsis thaliana seeds are placed to perform sterilization |
1.7 mL Microcentrifuge tube | GeneMate | C-3262-1 | Tube in which Arabidopsis thaliana seeds are placed to perform sterilization |
7 L plastic container | Sistema | 1016265438 | Container in which gas sterilization is performed |
Concentrated HCl | Sigma-Aldrich | 320331 | Chemical used in the process of creating chlorine gas |
Disposable sterile inoculating loop | Fisher Scientific | 22-363-603 | Loop is used to spread or position Arabidopsis seeds on MS plates |
Gamborg’s vitamin solution | Sigma-Aldrich | G1019 | Vitamin solution used in the process of making MS media |
Household bleach | Clorox | Regular-Bleach | Chemical used in the process of creating chlorine gas and liquid sterliziation |
MES hydrate | Sigma-Aldrich | M2933 | Chemical used in the process of making MS media |
Micropore surgical tape | 3M | 1530-1 | Microporous surgical paper tape used to seal MS plates |
Murashige and Skoog basal salt mixture (MS) | Sigma-Aldrich | M5524 | Chemical used in the process of making MS media |
Parafilm M | Bemis Company | #PM996 | Parraffin film used to seal sterilization container |
Petri dish 100 X 15 mm | Fisher Scientific | FB0875713 | Petri dishes in which MS media is poured for the purpose of growing Arabidopsis thaliana |
pH indicator strips | Whatman | 2613991 | Used to check pH of neutralizied chlorine and sodium bicarbonate solution |
Phytoagar | Fisher Scientific | 50-255-212 | Used to aid in the suspension of Arabidopsis seeds in the process of plating seeds |
Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | S5761 | Chemical used in the process of neutralizing chlorine gas reaction |
Sucrose | Sigma-Aldrich | S0389 | Chemical used in the process of making MS media |
Tween 20 | Fisher BioReagents | BP337-100 | Chemical used in the process of liquid sterilization |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | CS70000 (Col-0) | Arabidopsis wild-type seeds |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_037606C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
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