スループットを向上させると衝撃されたオオムギ糊粉層における遺伝子発現を測定

要約

粒子衝突の後大麦アリューロン細胞の構造において、記者から一時的な遺伝子発現の測定のため改良されたプロトコルが表示されます。96 ウェル プレート酵素試金研削自動穀物の組み合わせは、プロシージャの高スループットを提供します。

要約

大麦糊粉層は、植物におけるホルモン調節遺伝子発現の重要なモデル システムです。アリューロン細胞における遺伝子は発芽に必要なまたはアブシジン酸 (ABA) によるストレス反応に関連する遺伝子が活性化しながら初期苗開発はジベレリン (GA) によってアクティブ化されます。GA と ABA シグナル伝達のメカニズムは、酵素試金を使用して測定結果の一時的な式で粒子衝突によるアリューロン細胞にレポーター遺伝子コンストラクトを導入することで尋問することができます。改良されたプロトコルは部分的に自動化および穀物の均質化ステップと酵素試金が合理化される既存の方法よりもはるかに多くのスループットを許可します。穀物のサンプルの均質化が、自動組織ホモジナイザーを使用して行われ、GUS (β-グルクロニダーゼ) の試金は 96 ウェル プレート システムを使用して実行されます。代表的なプロトコルを使用して示唆されたホスホリパーゼ D の活性が転写因子 TaABF1 を ABA によるHVA1遺伝子発現の活性化に重要な役割を果たす可能性があります。

概要

オオムギ糊粉層、植物¹におけるホルモン調節遺伝子発現の研究の確立されたモデル システムです。特に、発芽や苗の早期開発のために必要な遺伝子の数はアブシジン酸 (ABA) によるストレス反応に関連する遺伝子が活性化しながらジベレリン (GA) によってアクティブ化されます。GA と ABA シグナル伝達経路が絡み合っている ABA および逆¹にいくつか GA 活性化遺伝子の発現が阻害されると。

ジョージア州/ABA シグナル伝達経路で特定俳優の役割の結果を許可する記者の構成要素の過渡式に続いて、粒子の爆撃によってエフェクター遺伝子構造の導入をされている理解のための重要な戦略下流遺伝子発現が決定されます。ガス(β-グルクロニダーゼ) などルシフェラーゼレポーター遺伝子の使用エフェクター コンストラクトを受けた細胞内遺伝子発現の高感度で定量的に計測が可能します。たとえば、転写因子 TaABF1^5,6エフェクター コンストラクトの導入確立、ABA で誘導される遺伝子HVA1などによる TaABF1、 Amy32bなどの遺伝子の ga 処理で誘導しながら追加されなくなります。粒子衝突実験的戦略としては、ジョージア州/ABA シグナル伝達経路の多様な側面を調査する複数の研究所で使用されています。このような作業は、ga 処理で誘導²の ABA 誘導遺伝子³、活性化のため重要なプロモーター同定し、蛋白質キナーゼ⁴の発見につながっているし、転写因子を調節する⁵これらの遺伝子の表現。

既存プロトコル^2,3,4,5,6パーティクルガンと一時的な遺伝子発現のそれに続く測定は、各一連の砲撃労働集約的、します。ほとんどの穀物は乳鉢と乳棒で手作業で均質化し、酵素試金は個別に実施します。この原稿は部分的に自動化および均質化手順を合理化する改善されたプロトコルを報告し、GUS のかなり多くのスループットを許可する試金の同じ実験でテストされる処置の多数を許可および/または、統計的に信頼性の高い結果を得るため、それぞれの治療のためより複製の包含。転写因子 TaABF1 および GA, ABA、およびその他の規制の分子によって規制されているHVA1やAmy32bの記者構成要素の式の代表的な結果が表示されます。

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プロトコル

1. エフェクターとレポーターの遺伝子の準備を構築します。

1. 目的の開いたリーディング ・ フレームからドライブ式に構成プロモーター (例えばトウモロコシ ユビキチン、 UBI) を採用しているエフェクターの構造を構築します。たとえば、TaABF1 の⁵ドライブ強い恒常発現するUBI::TaABF1を含んでいるプラスミッドを構築します。
2. ガスなどの開いたリーディング ・ フレームの上流側に配置その活動は測定されるプロモーターを含む記者構造を構築します。たとえば、 HVA1プロモーター^2、5からの表現を測定するHVA1::GUSを含んでいるプラスミッドを構築します。
3. 内部統制構築を構築 (例えばUBI::ルシフェラーゼ)。
4. シリカ結合列を使用して (材料の表を参照) をプロトコル、ごとに必要な遺伝子構造の高品質のプラスミッドの準備します。紫外分光法を用いた (参照材料表)、慎重にそれぞれのプラスミッドの準備の濃度を測定します。

2. 大麦の爆撃の準備

1. スプレッドシートの設定 (例については図 1を参照) は、殺到するプラスミド、適切なホルモン治療と実験の一部となる各処置のための他の関連情報を示します。
2. ヒマラヤ大麦 (実験に含まれている各治療のため 40) の穀物から胚を切ったまな板と滅菌のかみそりの刃を使用します。変色または平均より大幅に小さい粒を除外します。
3. すべての無胚穀物を 50 mL チューブに配置します。10 分の水と岩石の 40 ミリリットルを追加します。
4. 慎重に (穀物を失うことを避けるため) に水を注ぐし、10% の漂白剤の 40 mL を加えます。20 分の岩。
5. 漂白剤を注ぐ、40 mL の滅菌水を追加します。5 分間ロック。この滅菌水洗浄を 4 回繰り返します。
6. ラガータイプ ソリューション (コハク酸ナトリウム 20 ミリメートル、20 ミリメートル塩化カルシウム、pH 5.0) の 40 mL を加えて、クロラムフェニ コール原液 (10 mg/mL) の 40 μ L。
7. (クロラムフェニ コール) ラガータイプの溶液のほとんどをチューブからバーミキュ ライト プレートに転送 (材料の表を参照してください)。バーミキュ ライト プレートでろ紙の表面に粒を転送します。粒を均等に します。(しかし完全に) 部分的に穀物を維持する十分な imbibing ソリューションに注ぐが冠水しました。バーミキュ ライト板の上にふたを配置します。
8. 蛍光灯で約 48 時間の 24 の ° C で無胚穀物を孵化させなさい。必要に応じて追加のラガータイプのソリューションを追加します。
9. 90 mm プラスチック シャーレを開くし、逆の蓋に自体と 20 mL の皿にラガータイプ溶液 20 mL を注ぐ。クロラムフェニ コール (10 mg/mL) の 20 μ L をそれぞれに追加します。アルコールでそれらを浸すことによって細かい点鉗子の 2 つのペアを滅菌します。
10. シャーレの蓋に無胚穀物のいくつかを配置します。鉗子を使用して、優しく各結晶粒から種皮 (透明) を削除します。穀物の滑らかな側面から種皮を除去しながら基礎となる (アリューロン) 細胞に損傷を与えない。皮をむかれた穀物を含むラガータイプ液シャーレに転送します。
11. すべての穀物から種皮を剥離後バーミキュ ライト プレートに戻します。24 ° C で皮をむいた無胚粒は、16-20 時間インキュベートします。
12. 砲撃の粒を使用して、直前にシャーレに濾紙の間それらの動揺によって表面の水分を削除します。

3. 砲撃のプラスミッド DNA の準備

1. 1.5 mL チューブの衝突実験に含まれるそれぞれの治療のためにラベルを付けます。各管にUBIの 2.5 μ g を追加::ルシフェラーゼ内部統制プラスミド、 GUSレポーター プラスミドとエフェクター プラスミドの必要な量 (2.5 μ g に通常 0.025 μ g) の 2.5 μ g。5 μ L の総ボリュームをさせる水を追加します。
2. 1.6 μ m の金 microcarriers (材料の表を参照) を準備次プロトコル⁶を公開しました。
3. 各治療のプラスミド DNA を含む 1.5 mL チューブに中断された microcarriers の 50 μ L を追加します。製造元のプロトコル⁶によるとプラスミド DNA と microcarriers をコートします。
4. 最後のステップでプラスミド コーティング microcarriers 48 μ L 100% エタノール, 5 macrocarriers のそれぞれに中断された microcarriers のピペット 8 μ L で中断され、空気にそれらを許可するときは乾燥します。

4. パーティクルガン無胚オオムギ子実の

1. 粒子衝突装置 (材料の表を参照) を設定⁶。
2. 1550 psi 破裂ディスクにキャップを保持し、楽器でそれをマウントします。
3. (一緒に停止画面) 目的プラスミドの組み合わせを含む macrocarrier をマイクロ ・ キャリアの進水アセンブリに配置します。アセンブリを照射室の一番上のスロットに挿入します。キャップと標準距離 (6 mm)、macrocarrier カバーの蓋を保持するラプチャー ディスクの間の距離を設定し、11 mm (図 2 a) の macrocarrier 走行距離を許可する (標準) の中間位置に停止画面サポートを配置します。
4. 90 mm のシャーレの蓋にフラット ダウン テープろ紙円に (内側を指して薄く終了) とタイトな放射状パターンで 8 無胚穀物の手配 (図 2B参照)。
5. 停止画面から 6 cm の距離で照射室に穀物が付いている皿を配置します。
6. 95 kpa 照射室を避難し、サンプルを砲撃します。
7. 真空を解放した後 1 mg/ml クロラムフェニ コールを含むラガータイプ溶液 4 mL を含むラベル 60 mm のペトリ皿に衝撃された穀物を転送します。
8. 衝突のすべてが完了するまでを繰り返します。24 時間、24 の ° c の (100 rpm で動揺のプラットホーム) の孵化させなさい。

5 衝撃された穀物からの可溶性タンパク質抽出

1. 鉗子を使用すると、60 mm のペトリ皿から 8 衝撃された穀物を削除し、それらをペーパー タオルの上に乾燥しみ。それぞれ 800 μ L を含む 2 つのラベル付きの 2.0 mL チューブ (管あたり 4 粒) に穀物を分ける研削バッファー (100 mM Na リン酸塩 pH 7.2, 5 mM DTT、10 μ G/ml leupeptin、20% グリセロール) と 5 mm ステンレス鋼ビード。衝撃された穀物のすべてに対してこのプロセスを繰り返します。
2. (最大 48) 2.0 mL チューブをビード ホモジナイザーの 2 つのラックに配置 (材料の表を参照してください)。ホモジナイザーでラックをマウントします。
3. サンプルを 30 Hz で 3 分間振る。
4. ホモジナイザー ラックをホモジナイザーから外し、再度サンプルを冷却するアイス (5 分) の上に置きます。
5. 反対の方向で - ホモジナイザー戻ってラックをマウントします。3 分間、30 Hz で再度サンプルを振る。
6. 5.5 手順 5.3 を繰り返します氷の上のラックにクールします。これは揺れの 12 分の合計追加されます。
7. 10 分の 4 ° C で 16,000 x g で穀物抽出物を遠心分離します。
8. すぐに、遠心分離後マイクロ遠心チューブ用の 2 番目のセットにクリアの培養上清をデカントします。各管の迅速な渦を与えます。氷の上には、チューブを格納します。
9. 上清を転送した後洗浄および再利用できるように、スチール ビーズをペレットから回復します。

6. 穀物抽出物からルシフェラーゼ活性の測定

1. 各管に試金する穀物エキス、ルシフェラーゼ アッセイ混合物の 200 μ L を含む 12 × 75 mm ガラスの試験管を準備 (45 mM Tris 硫酸 pH 7.7、15 mM MgCl₂、20 mM DTT、1.5 ミリメートルの EDTA、1 mM ルシフェリン 1 mM ATP)。
2. 最初の試験管に最初の穀物抽出液 100 μ L を追加します。渦に迅速によく混ぜます。すぐにルミノのチューブ ホルダーに管を配置し、ドアを閉じます。測定が終了したら、ルミノ-次の管の配置のためのドアを開けっ放しからチューブを削除します。
3. このプロセスを繰り返して、すべてのサンプルが測定されています。

7. 穀物抽出物から GUS 活性の測定

1. 96 well プレートの各ウェルに GUS アッセイバッファー (50 mM Na リン酸塩 pH 7.2、2.5 mM-メチルウンベリフェリルグリコシド - D-グルクロニド、10 mM DTT、2 ミリメートルの EDTA、10 μ G/ml leupeptin、メタノール 20%、0.02% アジ化ナトリウム) の 200 μ L を追加します。
2. 各穀物の場所の 50 μ L をよく対応するのに抽出します。ミックス チップを追加した後。フィルム シールの上部をシールします。
3. 暗闇の中で 37 ° C で 96 well プレート間 20 時間インキュベートします。
4. 10 分の 4 ° C で 4,000 x g で 96 ウェル プレートを遠心し、氷の上に置きます。
5. 黒 96 well プレートの各ウェルに 0.2 M Na₂CO₃の 250 μ L を追加します。
6. 対応する各遠心ガス分析の混合物の 6.25 μ L を追加まあ (含む 0.2 M Na₂CO₃) ブラック 96 ウェル プレートします。ミックス チップを追加した後。基準として 6.25 μ 10 μ M、40 μ M、100 μ M 4-メチルウンベリフェロンと井戸があります。
7. プレート蛍光光度計に黒いプレートを置き、メチルウンベリフェロンの蛍光を読み取る。360 の励起波長での測定値を取る nm、発光波長 460 nm。40 μ M 4-メチルウンベリフェロンのも含む 6.25 μ L と 0.2 M Na₂CO₃の 250 μ L 1000 蛍光ユニットの読書を与えるような楽器のゲインを設定します。

8. データ分析

1. スプレッドシートにルシフェラーゼと GUS の試金のための値を入力します。これは遺伝子構造がアリューロン細胞に正常に配信されないことを示します、20,000 の相対発光ユニットの^-1より低いのルシフェラーゼ読んですべてのサンプルを対象から除外します。
2. 各正常に衝撃された穀物の (4 つの無胚穀物のグループを表す) を抽出し、ガスとルシフェラーゼの生データから正規化されたガス式を次のように計算: GUS を正規化 = [(空白ガス - ガス式) (2,000,000) x]/(ルシフェラーゼ式-ルシフェラーゼ空白)。
   注: これは何は 2,000,000 のルシフェラーゼ読書与えた砲撃で観察されて GUS 活性量を正規化します。
3. エフェクターの構造やエフェクターやホルモンの欠如で式のレベルを比較することによってテストされているホルモン治療の存在下で特定の報道記者構造の表現の相対的なレベルを報告します。

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結果

ここで説明する手法は、大麦アリューロン細胞に任意のテスト遺伝子コンストラクトを導入する使用ことができます。実験遺伝子の表現のレベルがあります便利な測定 (図 2)。ここで大きく説明より高いスループット プロトコルは、研削のシードと酵素試金のステップの効率を高めます。このメソッドは、ABA で誘導される遺伝子HVA1

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ディスカッション

パーティクルガンによるエフェクター遺伝子の導入構築、記者構造の過渡式続いて GA/ABA シグナル伝達経路と結果ホルモン調節遺伝子で特定の俳優の役割を解剖するための重要な戦略式です。
ただし、大麦アリューロン細胞^2,3,4,5,6でこのような実験を行うための既存?...

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資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
GeneElute HP plasmid Maxiprep kit	Sigma	NA0310-1KT
UV-vis spectrophotometer	Nanodrop	ND-1000
Himalaya barley grains	/	/	A variety of hulless barley (store in the dark at 4° C)
sodium succinate	Sigma	S2378	Reagent for Imbibing Solution
calcium chloride (dihydrate)	Fisher	C79-500	Reagent for Imbibing Solution
Imbibing Solution	home made	/	20 mM sodium succinate, 20 mM calcium chloride, pH 5.0. Sterilize by autoclaving before use.
chloramphenicol	Sigma	C0378	Prepare a 10 mg/mL stock solution in 70% ethanol.
vermiculite	Fisher	NC0430369	Used for vermiculite plates.
filter paper circles (90 mm)	Whatman	1001 090	Used for vermiculite and for pre-bombardment grain preparation
Vermiculite Plates	home made	/	Add 50 mL of vermiculite to a glass petri dish. Place a 90 mm paper circle on top of the vermiculite. Autoclave.
forceps (fine pointed)	Fisher	13-812-42	Used for removing seed coat from barley grains.
forceps (ultra fine point)	Fisher	12-000-122	Used for removing seed coat from barley grains.
gold microcarriers (1.6 μm)	BioRad	1652264
macrocarriers	BioRad	1652335
calcium chloride (dihydrate)	Fisher	C79-500	Prepare a 2.5 M stock solution and store 1 mL aliquots at -20° C.
spermidine	Sigma	S0266	Prepare a 100 mM stock solution and store 500 μL aliquots at -20° C (use within 2 months).
rupture discs (1550 psi)	BioRad	1652331
stopping screens	BioRad	1652336
macrocarrier holders	BioRad	1652322
Biolistic particle delivery system	BioRad	PDS-1000/He
sodium phosphate monobasic monohydrate	Sigma	S9638	Reagent for 1M sodium phosphate pH 7.2
sodium phosphate dibasic	Sigma	S9763	Reagent for 1M sodium phosphate pH 7.2
1M sodium phosphate pH 7.2	home made	/	Combine 6.9 g of sodium phosphate monobasic monohydrate with 7.1 g of sodium phosphate dibasic. Add water to 100 mL. Add NaOH to get pH 7.2.
dithiothrietol (DTT)	Sigma	43819	Dissolve in water to 1 M. Store at -20° in 1 mL aliquots.
leupeptin	Sigma	L2884	Dissolve in water to 10 mg/mL. Store at -20° C.
glycerol	Sigma	G5516	Prepare a 50% solution in water.
Grinding Buffer	home made	/	Combine 10 mL of 1 M sodium phosphate pH 7.2, 500 μL of 1 M DTT, 100 μL of 10 mg/mL leupeptin, and 40 mL of 50% glycerol. Add water to 100 mL.
stainlesss steel beads (5 mm)	Qiagen	69989
2.0 mL tubes	Eppendorf	22363352	This specific model of tube is recommended for use with the homogenizer.
bead homogenizer (TissueLyser)	Qiagen	85210
12mm x 75 mm glass test tubes	Fisher
luciferin	Goldbio	LUCK-100	Prepare a 25 mM stock solution and store 1 mL aliquots at -20° C.
ATP	Sigma	A7699	Prepare a 100 mM stock solution and store 250 μL aliquots at -20° C.
Tris base	Sigma	T1503	Reagent for 1M Tris sulfate pH 7.7.
sulfuric acid	Sigma	258105	Reagent for 1M Tris sulfate pH 7.7.
1M Tris sulfate pH 7.7	home made	/	Dissolve 12.1 g Tris base in 100 mL of water. Adjust pH to 7.7 with sulfuric acid.
magnesium chloride	Sigma	M9397	Dissolve in water to 2 M.
Luciferase Assay Buffer (LAB)	home made	/	Combine 3 mL of 1 M Tris sulfate pH 7.7, 500 μL of 2 M magnesium chloride, 1 mL of 1 M DTT, and 200 μL of 0.5 M EDTA. Add water to 50 mL.
Luciferase Assay Mixture	home made	/	Combine 15 mL of LAB, 800 μL of 25 mM luciferin, 200 μL of 100 mM ATP, and 4 mL of water. This makes enough assay mixture (20 mL) for 100 luciferase assays.
luminometer (Sirius)	Berthold	/
4-methylumbelliferyl-β-D-glucuronide (MUG)	Goldbio	MUG1	Dissolve in DMSO to 100 mM.
sodium azide	Sigma	S8032	Prepare a 2% stock solution in water and store 1 mL aliquots at -20° C.
96 well plates (standard)	Fisher	12565501
GUS assay buffer	home made	/	Combine 2.5 mL of MUG, 5 mL of 1 M sodium phosphate pH 7.2, 400 μL of 0.5 M EDTA, 1 mL of 1 M DTT, 100 μL of 10 mg/ml leupeptin, 20 mL of methanol, and 1 mL of 2% sodium azide. Add water to 100 mL.
TempPlate sealing film	USA Scientific	2921-1000
96 well plates (black)	Costar	3916
sodium carbonate	Sigma	S7795	Prepare a 200 mM solution in water.
4-methylumbelliferone	Sigma	M1381	Prepare a 100 μM solution in water. Freeze 1 mL aliquots at -20° C.
microplate fluouresence reader	Bio-Tek	FLX-800