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O método Ice Cap-permite cultivar plantas em placas de 96 poços e não-destrutiva do tecido raiz colheita de cada muda. DNA extraído dessa raiz tecido pode ser usado para reações de genotipagem. Descobrimos que Ice Cap-funciona bem para Arabidopsis thaliana, Tomate, mudas e arroz.
Está se tornando comum para os cientistas de plantas para desenvolver projetos que requerem a genotipagem de grande número de plantas. O primeiro passo em qualquer projeto de genotipagem é coletar uma amostra de tecido de cada planta individual. A abordagem tradicional para essa tarefa é para as plantas uma amostra-at-a-tempo. Se alguém deseja centenas genótipo ou milhares de indivíduos, no entanto, usando esta estratégia resulta em um gargalo significativo no pipeline genotipagem. O método Ice Cap-que descrevemos aqui oferece uma solução de alto rendimento a este desafio, permitindo que um cientista para coletar o tecido de vários milhares de mudas em um único dia, 1,2. Este nível de vazão é tornada possível pelo fato de que o tecido é colhido a partir de plantas 96-at-a-tempo, ao invés de um-em-um-tempo.
O método Ice Cap-fornece uma plataforma integrada para a realização de um crescimento de mudas, a colheita de tecidos e extração de DNA. A base para Ice Cap-se o crescimento de seedlings em um par empilhadas de placas de 96 poços. Os poços da placa superior contêm fichas de ágar em que o crescimento de mudas individuais germinar. As raízes crescem para baixo através dos meios de ágar, sair da placa superior através de um buraco, e passar para uma água mais baixo da placa que contém. Para a colheita de tecidos para a extração de DNA, a água na parte inferior da placa contendo tecido raiz é rapidamente congelado, enquanto as mudas na placa superior permanecer em temperatura ambiente. A placa superior é, então, descoladas da placa inferior, resultando em um prato com 96 amostras de raízes tecido congelado em gelo e uma placa com 96 mudas viáveis. A técnica é chamada de "Ice Cap-" porque usa gelo para capturar o tecido radicular. A placa de 96 poços contendo as mudas pode, então, embrulhados em papel alumínio e transferidos para baixa temperatura. Este processo suspende um maior crescimento das mudas, mas não afeta a sua viabilidade. Pois a análise de genótipo foi concluída, as mudas com o genótipo desejado pode ser transferido do p de 96 poçostarde para o solo para a propagação ainda mais. Temos demonstrado a utilidade do método de Ice Cap-usando Arabidopsis thaliana, tomate, arroz e mudas. Esperamos que o método deve também ser aplicável a outras espécies de plantas com sementes pequenas o suficiente para caber nas cavidades da placas de 96 poços.
1. Prepare Placas Ice Cap-Mudas com o Media Crescimento Agar
Meio de crescimento fundido (0.5X Murashige e Skoog (MS) mistura de sal basal, 2 mM Morpholinoethanesulfonic ácido (MES), ágar 0,6% (w / v), pH 5,7) é dispensada em Placas de Mudas autoclavado utilizando um dispensador de microplacas micropartículas. Um litro de mídia é necessária por 18 Chapas de Mudas.
2. Semear em placas Ice Cap-Mudas e Sementes Germinar
Nós já descreveu um método semi-automatizado para dispensar sementes de Arabidopsis em Placas de mudas utilizando um dispositivo de carga de sementes (2). Embora este dispositivo pode ser útil para alguns lotes de sementes, descobrimos que a variabilidade no tamanho das sementes exibidos por diferentes lotes de sementes de Arabidopsis limita a utilidade geral deste dispositivo. Estamos no processo de desenvolvimento de um método alternativo de distribuição automatizadas para semente, but no momento descobrimos que a estratégia mais eficaz para a distribuição de sementes para as Placas de mudas é para realizar esse passo a mão, como descrito abaixo.
3. Transferência Placas de Mudas para Ice Cap-Fonte
Após as Placas de mudas foram sob a luz durante quatro dias, a transferência das placas de mudas para a fonte Ice Cap-. Para Arabidopsis, as mudas são normalmente deixadas no chafariz Cap Ice por 10 a 14 dias.
4. Tecido Root colheita
Tecidos da raiz é colhida através do congelamento de água na Placa Root e depois descascar a Placa de Mudas de distância da placa de raiz.
5. Loja Placa de mudas em baixa temperatura in the Dark
Após a colheita de tecidos, as placas de mudas podem ser armazenadas no escuro em temperatura baixa, o que irá manter a viabilidade das mudas, enquanto análise do genótipo é executada. As mudas podem ser armazenados nestas temperaturas por várias semanas sem afetar a viabilidade.
6. Extração de DNA
DNA adequada para reações de PCR pode ser facilmente extraído das amostras de tecidos da raiz. O rendimento de DNA total recuperado de amostras de tecido de Arabidopsis raiz é ca. 400 ng, em média, 2.
7. Mudas de transferência com o genótipo desejado para o solo
Quando a análise é o genótipo completo, mudas com o genótipo desejado pode ser transferido do SeedlingPlacas para o solo.
8. Resultados representativos:
Um exemplo de mudas de Arabidopsis cresceu usando o sistema de Ice Cap-é mostrado na Figura 4A. Essas mudas foram na fonte Ice Cap-há duas semanas quando a foto foi tirada e estavam prontos para a colheita de tecidos. Tecidos da raiz destas mudas mesmo é mostrado na Figura 4B. A quantidade total de DNA extraído de uma amostra de tecido da raiz Arabidopsis é tipicamente na faixa de 100 a 700 ng ng 2. Este cálculo de rendimento é baseado no uso de apenas uma porção do extrato de raiz de crude. Porque só ca. 10% do extrato bruto da raiz é normalmente utilizado para o processo de extração de DNA, é possível obter DNA genômico significativamente mais para a análise a jusante retendo mais do extrato bruto. A quantidade total de DNA genômico obtidos com o Ice-Processo de limitação é suficiente para executar centenas de reações de PCR 2.
Figura 1: Fluxograma do processo de Ice Cap-. A) Placa de Mudas contendo ágar em que o crescimento de mudas germinam. Raízes penetram no agar e crescer em direcção ao fundo do prato. Buracos no fundo dos poços da placa são selados com filme adesivo. B) A Placa de mudas é empilhados em cima de uma água contendo Placa Root e uma bola de metal. Raízes de saída dos furos no fundo dos poços da placa de Mudas e crescer no cavidades da Placa Root. C) espetos de madeira são inseridas entre a Placa de Mudas e da Prata Root no dia anterior as placas empilhadas Ice Cap são colocados em uma termobloco em um banho de gelo / etanol seco. D) Uma vez que a água na Placa Root tem congelado, a Placa de mudas é descascado longe da Placa Root, produzindo uma Placa de Raiz com 96 amostras de tecidoe uma Placa de mudas com 96 mudas viáveis. Os espetos de madeira facilitar a separação das duas placas durante esta etapa.
Figura 2: Fotografias de uma Placa de Mudas e uma Placa de raiz. A) A Placa de Mudas e uma placa Root visto separadamente. B) A Placa de Mudas empilhados em cima de uma placa de raiz. As bolas de aço utilizado para a extração de DNA pode ser visto nos poços da placa de raiz. Faixas elásticas são usadas para proteger as duas placas em conjunto.
Figura 3: The Fountain Ice Cap-. The Fountain Ice Cap-é usado para manter um nível constante de água na altura exata dos topos dos poços das Placas Root. Este sistema de rega contínua garante que a água nos poços das placas de raiz não se esgotam devido à evaporação ou transpiração. A) A home-made de rackque suporta a assadeira em que o gelo empilhadas Cap-Placas sentar. B) Um close-up de um dos 1 "porcas que fornece um meio para ajustar com precisão o nível da assadeira para que a lâmina d'água uniforme é obtido através da superfície da fonte. C) Esta imagem mostra todos os peças necessárias para construir o home-made rack para uma fonte de gelo Cap-. D) O montado Fountain Ice Cap-. Uma bomba submersível fonte constantemente se move a água do reservatório inferior para a folha de cookie, que repousa no topo da home-made rack. Um grampo de mola é usado para conectar a mangueira à borda da assadeira.
Figura 4: Arabidopsis mudas cultivadas utilizando o processo de Ice Cap-. A) Vista de cima olhando para baixo em dois poços de uma placa de Mudas. Cada poço contém uma muda Arabidopsis. B) Vista lateral de dois poços de uma placa de raiz. Raízes podem ser vistos torçãoem torno da superfície interna dos poços. As mudas nesta foto tinha sido na Fonte Ice Cap-para ca. duas semanas e estão em fase de crescimento, onde a colheita de tecido, normalmente, seria realizada.
O método Ice Cap-apresentada aqui permite que um cientista para coletar amostras de tecido de centenas ou mesmo milhares, de plantas individuais em um único dia e eficiente extrair o DNA genômico das amostras para uso em reações de genotipagem. Dando um cientista individual a capacidade de genótipo milhares de mudas em um curto período de tempo, o método Ice Cap-tem o potencial para facilitar uma série de experiências genéticas que não seriam práticos para executar. Vários exemplos são fornecidos abaixo.
A idéia por trás iTILLING é produzir uma população mutante efêmera, que contrasta com as populações duráveis mutante criado para projetos de Tilling tradicionais. Para iTILLING, sementes de uma população bulked M2 são semeadas em 5-10 blocos Ice Cap, e DNA é extraído utilizando o método de Ice Cap-. Arabidopsis mudas são então colocadas a 4 ° C, enquanto triagem de mutação é realizada utilizando o DNA Ice Cap- preps. Mudas de tomate são armazenadas a 12 ° C.. Uma vez que mudas de portadores de mutações desejadas tenham sido identificadas, elas são recuperadas das placas Ice Cap-e transferidos para o solo. iTILLING não se destina a fornecer uma população mutante de longa duração para uma comunidade de pesquisa toda a tela. Em vez disso, iTILLING fornece uma estratégia pela qualum cientista pode tela de uma população mutante personalizado para mutações em um punhado de genes com rapidez, eficiência e com um custo relativamente baixo.
Foram encontradas Ice Cap-de ser um método eficaz para o cultivo e genotipagem Arabidopsis, tomate e arroz. Esperamos que outras espécies de plantas devem também ser passíveis de Ice Cap-. Uma limitação na variedade de espécies que podem ser acomodados por Ice-Cap é o tamanho das sementes. Apenas as plantas com sementes pequenas o suficiente para caber em poços de uma placa de 96 poços será compatível com Ice Cap-na sua configuração actual.
Não há conflitos de interesse declarados.
Este trabalho foi financiado por uma bolsa da National Science Foundation (conceder número MCB-0447750).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome do reagente | Companhia | Número de catálogo | Comments (opcional) |
GenoGrinder | Spex / CertiPrep, Metuchen, NJ | 2000 Geno / Grinder | Máquina para agitar Placas Root para a extração de DNA |
ABgene Thermo-Sealer | ABgene EUA | AB-0384 | Manual da máquina de vedação térmico utilizado para Placas Root antes de rompimento do tecido |
Centrífuga equipado com portadores de microplacas balançando | Beckman Coulter | Allegra 25R | Qualquer centrífuga com as operadoras de microplacas balançando seria adequado |
Micropartículas Dispenser de microplacas | Biotek www.biotek.com | AF1000A | Dispensador de líquido automatizado para microplacas enchimento |
Bialetti marca17x11 polegadas assadeira comerciais de grande porte | Alvo Department Store | www.bialetti.com | Esta folha de cookie específico tem a profundidade ideal para Ice Cap- |
Custom Made rack de metal | Loja de hardware | Veja o texto para descrição completa | |
33 caixa de armazenamento Litro de plástico | Alvo Department Store | Sterilite Marca | Para Ice Cap-Fountain. Caixa de armazenamento de plástico grande o suficiente para segurar a assadeira 17x11 cm |
30 litros por hora Bomba Fountain | Sunterra | 104506 | Bomba submersível pequena fonte disponível em lojas da fonte do jardim |
Mangueira para bomba da fonte | Qualquer empresa de fornecimento de laboratório | Mangueira compatível com a bomba da fonte | |
Braçadeira de plástico | Loja de hardware | Braçadeira para segurar mangueira para cookiesfolha | |
Limpar as tampas de plástico da Falcon fundo Microtest plana de 96 poços placas de poliestireno | BD Falcon www.bdbiosciences.com | 351172 | Limpar as tampas de plástico para cobrir Placas Ice Cap-Mudas |
3M esparadrapo micropore | Fisher Scientific | 19-027-761 | |
3/32-inch diâmetro esferas de aço inoxidável | Hartford Technologies, Rocky Hill, CT | 034-006-1K | Usada para romper o tecido da raiz após a colheita |
3 polegadas elásticos de cabelo | Mercearia local | Usado para proteger Placa de raiz para Placa de Mudas | |
4 milímetros de diâmetro espetos de madeira | Mercearia local | Estes espetinhos são tipicamente usados para preparar espetinhos | |
Fisher Scientific Nunc marca de 1 ml placas de filtro sem fritas | Fisher Scientific | 278012 | Placas de 96 poços de Mudas com furos no fundo. |
Fisherbrand 96-Bem Chimney Tall-Placa PCR | Fisher Scientific | 14-230-242 | Placas de 96 poços Root |
Agar - cultura de células testados | Sigma-Aldrich | A1296 | |
4 Morpholinoethanesulfonic ácido (MES) | Sigma-Aldrich | M2933 | |
Murashige e Skoog (MS) mistura de sal basal | Sigma-Aldrich | M-5524 | |
Calor Peel fácil vedação folha | ABgene EUA | AB-0745 | Filme calor de vedação para vedação placas Root antes de rompimento do tecido |
Duck Tape Embalagem Marca Extra Wide, 3,00 "x 54,6 m | OfficeMax www.officemax.com | Item no. 21242139 | Fita adesivavedação de microplacas contendo extratos de DNA para o armazenamento |
Rolo de vedação | Bio-Rad | MSR-0001 | Mão ferramenta de rolamento para pressionar fita de vedação adesiva para microplacas |
De 96 poços bloco de metal térmica | Cole-Parmer | 36400-66 | Usado para congelar as Placas de raiz para a colheita de tecidos |
Papel de filtro Whatman | Whatman Internacional | 1002 090 | Usado para esterilização de sementes de superfície |
Descartáveis Pasteur Pipeta | Fisher Scientific | 13-678-6A | 5 ¾ "descartáveis pipeta Pasteur utilizado para a transferência de sementes para Placa de Mudas |
Pyrex assadeira (20 cm x 30 cm) | Alvo Department Store | Usado para construir um banho de gelo / etanol seco. |
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