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Method Article
이 프로토콜은 자동화된 liquid handler를 사용한 무작위 transfection 레이아웃, etiolated maize leaf에 대한 protoplast 분리 프로토콜 및 liquid handler를 사용한 96-well transfection 절차의 생성을 설명합니다.
식물 생명 공학 분야는 최근 몇 년 동안 놀라운 발전을 목격하여 다양한 목적을 위해 식물을 조작하고 엔지니어링하는 능력에 혁명을 일으켰습니다. 그러나 이 분야의 연구가 다양해지고 점점 더 정교해짐에 따라 안정적인 혁신으로 나아가는 전략을 좁히기 위해 조기에 효율적이고 신뢰할 수 있으며 처리량이 많은 과도 스크리닝 솔루션의 필요성이 더욱 분명해지고 있습니다. 최근 몇 년 동안 다시 등장한 한 가지 방법은 식물 원형질체(protoplast)를 활용하는 것으로, 이를 위해 수많은 종, 조직 및 발달 단계에서 분리 및 형질주입 방법을 사용할 수 있습니다. 이 연구는 96웰 플레이트 내에서 플라스미드를 무작위로 준비하기 위한 간단한 자동화 프로토콜, 에티올레이트 옥수수 잎 프로토플라스트의 분리 방법 및 자동화된 transfection 절차를 설명합니다. 식물 생명공학에서 자동화 솔루션의 채택은 식물 원형질체 형질주입을 위한 이러한 새로운 액체 처리 프로토콜로 대표되며, 이는 수동 방법에 비해 상당한 발전을 나타냅니다. 자동화를 활용함으로써 연구원들은 기존 방법의 한계를 쉽게 극복하고 효율성을 높이며 과학적 발전을 가속화할 수 있습니다.
세포벽이 없는 식물 세포에 외부 유전 물질을 도입하는 식물 원형질체 형질주입(transfection)은 중추적인 기술이며, 지난 반세기 동안 식물 생명공학 연구를 지원하기 위해 수많은 종을 포괄하고 있습니다. 그러나 이러한 방법의 활용은 고통스럽고 범위가 제한적일 수 있으며, 분리당 수백만 개의 원형질체가 생성되더라도 가능합니다. 기존의 식물 원형질체 transfection은 종종 힘들고, 시간이 많이 걸리고, 변동성이 발생하기 쉽고, 기술적으로 까다롭기 때문에 재현성이 낮은 틈새 시스템을 만들 수 있습니다1. 그러나 최근 몇 년 동안 자동화된 솔루션이 도입한 잠재력은 60년 된 이 기술에 새로운 생명을 불어넣을 수 있는 가능성을 보여줍니다 2,3. 재료 준비, 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 배양 및 후속 트랜스펙션 시약 분주와 같은 중요하지만 반복적인 단계를 자동화할 수 있는 잠재력을 통해 연구원들은 물리적 취급 요구 사항 및 기타 인적 오류의 잠재적 원인을 크게 줄일 수 있습니다4. 또한 자동화된 액체 취급 시스템이 제공하는 정밀한 제어와 균일성은 일관되고 재현 가능한 transfection 결과를 보장합니다.
원형질체 분리는 절단, 분해, 배양, 여과 및 원심분리를 포함하는 세심한 공정이지만, 이러한 프로토콜의 transfection 부분은 자동화된 liquid handler를 위해 맞춤 제작되었습니다. 대부분의 protoplast transfection 프로토콜에 대한 절차는 PEG 매개 절차이며, PEG와 정제된 plasmid DNA가 있는 상태에서 분리된 protoplast를 정확한 농도(종 및 조직에 따라 다름)로 지정된 기간 동안 혼합하면 이러한 세포가 plasmid DNA를 흡수할 수 있습니다5. 이 형질주입 후에는 일련의 세척 단계가 이어지며, 하룻밤 동안의 배양6으로 절정에 이릅니다. 잠복기 후 모든 것이 적절하게 설계되고 전달되면 실험은 관심 성분의 발현 및/또는 다른조절 성분을 평가할 수 있는 잠재력 7을 나타냅니다. 이 절차와 관련된 모든 흡인, 분주 및 교반/혼합 단계는 일반적으로 수동 피펫으로 처리됩니다. 이러한 프로토콜을 한 번에 하나의 개별 반응으로 수동으로 실행하는 것은 힘들고 샘플 간에 불필요한 변동을 유발하는 동시에 주어진 시간에 평가할 수 있는 용량을 제한합니다. 제약 산업에서 포유류 또는 곤충 세포의 조작 및 화학 합성을 위한 자동화된 프로토콜은 수년 동안 실제로 사용되어 왔습니다 4,8,9. 식물 물질의 자동화된 액체 취급과 관련된 원형질체 활용 및 프로토콜이 증가하고 있습니다 10,11,12,13.
식물 프로토플라체 transfection을 위한 자동화된 액체 취급 프로토콜의 채택은 연구 응용 분야에 큰 가능성을 제시합니다. 연구자들은 더 큰 유전자 라이브러리를 탐색하고, 빠른 속도로 특정 유전자 기능을 스크리닝하고, 식물 스트레스와 관련된 복잡한 유전적 상호 작용을 보다 포괄적으로 조사할 수 있다14. 형광 스크리닝과 결합된 96웰 포드를 활용하는 자동화된 접근 방식의 확장성을 통해 고처리량 실험이 가능해지고 과학자들은 식물 생명공학 발전을 촉진할 수 있는 데이터와 통찰력을 신속하게 생성할 수 있습니다11. 그러나 이러한 처리량 증가로 인해 수천 개는 아니더라도 수백 개의 데이터 포인트가 생성됨에 따라 결과를 혼동시킬 수 있는 오류 원인을 설명하는 추가 품질 관리가 있어야 합니다15. 수많은 과학 분야에서 기여 요인으로 확인된 한 가지 요소는 엣지 효과(edge effect)입니다. 일부 완화 전략은 이러한 현상을 방지하기 위해 우물 간 공간 또는 가장 바깥쪽 우물을 사용하거나 채우는 데 가장 적합한 플레이트를 제안할 것입니다16,17. 그러나 이러한 전략은 시간을 추가하며, 특정 일회용품을 사용할 수 없는 경우 유일한 옵션은 더 적은 것으로 만족하거나 연기하는 것입니다. 또는 차단 체계를 통해 이러한 효과를 설명하는 전략을 살펴보는 것은 처리량을 희생하거나 실행을 지연시키지 않습니다.
이 etiolated maize leaf protoplast 프로토콜과 그림 1 에 예시된 두 가지 자동화된 방법은 canonical protoplast 방법의 여러 부분, transfection에 사용되는 vessel에 plasmid 물질의 할당 및 transfection 자체를 자동화하여 protoplast 실험에 내재된 가변성을 해결하려고 합니다. 이러한 방법은 에티올레이트 옥수수 잎 프로토플라스트 플랫폼에 대해 입증되었는데, 이는 잘 특성화되고 간단하며 효율적인 프로토플라스트 플랫폼이기 때문입니다. 여기에 자세히 설명된 모든 단계는 유사하거나 동일한 완충액을 사용하는 protoplast transfection 프로토콜에 즉시 액세스할 수 있습니다. 그러나 이러한 기술을 채택하기 전에 원형질체 출처 조직 및 종의 고유한 특성에 대한 특별한 주의를 기울여야 합니다. 자동화를 통한 이러한 개선은 개별 실험을 위한 재료 준비를 단순화하고 1:1 순차 transfection에서 동시에 처리되는 96개의 transfection에 이르기까지 처리량을 크게 향상시킵니다. 이 작업은 또한 플레이트 위치 편향을 설명하기 위해 무작위 불완전 블록을 사용하는 것에 대한 정당성을 보여줄 것입니다.
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1. Transfection 플레이트 생성
2. Etiolated 옥수수 잎 protoplast 격리
3. 자동화된 protoplast transfection
참고: 3.6단계부터 3.15단계까지는 수동 원심분리가 필요한 3.10단계와 3.13단계에서 두 번의 사용자 일시 중지를 제외하고 자동 액체 처리기에 의해 완전히 관리됩니다. 이 자동화된 프로토콜과 함께 제공되는 관련 스크린샷은 보충 자료, 보충 그림 1, 보충 그림 3, 보충 그림 4 및 보충 그림 5에서 확인할 수 있습니다.
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에지 효과가 반응 측정에 영향을 미칠 수 있음을 뒷받침하는 관찰 데이터를 얻기 위해; 이러한 의심을 확인하기 위해 파일럿 연구가 수행되었습니다. 이 연구를 위해 위의 방법은 단일 처리 수준으로만 3개의 복제 96웰 플레이트에 적용되었습니다. 모든 프로토플라스트는 ZsGreen을 구성적으로 발현하는 플라스미드인 pSYN1125019를 사용하여 형질주입되었으?...
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이 원고는 자동 transfection을 통해 transfection plate 생성 및 etiolated maize leaf protoplast isoliation을 자동화하기 위한 프로토콜을 설명합니다. 프로토콜의 transfection plate 생성 부분을 성공적으로 완료하려면 8채널 포드가 장착된 자동화된 액체 처리 로봇이 필요합니다. transfection 프로토콜의 경우, 완전하고 균일한 96-well plate transfection을 위해 96-well pod가 권장됩니다. transfection 분석?...
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모든 저자는 국제 농업 생명 공학 회사인 Syngenta에 고용되어 있으며, 유전자 변형(GM) 형질 제품 생성을 위해 정기적으로 변형 기술을 사용합니다.
저자는 이 연구를 지원하는 Syngenta의 많은 과학자들과 우리 팀에게 매일 감사의 뜻을 전합니다. Transient Assay Team의 지속적인 성공에 결정적인 역할을 하는 가족과 친구들에게 특별한 감사를 표해야 합니다.
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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 |
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