Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Мы представляем подробный протокол для системы глушения микроРНК (VbMS) на основе вируса картофеля X (PVX) для функциональной характеристики эндогенных микроРНК (миРНК) в картофеле. Целевые мимические (ТМ) молекулы интересующей миРНК интегрированы в вектор PVX и временно экспрессируются в картофеле, чтобы заглушить целевое семейство миРНК или миРНК.
Глушение микроРНК на основе вирусов (VbMS) является быстрым и эффективным инструментом для функциональной характеристики микроРНК (миРНК) в растениях. Система VbMS была разработана и применена для различных видов растений, включая Nicotiana benthamiana, помидоры, арабидопсис, хлопчатник и монокотные растения, такие как пшеница и кукуруза. Здесь мы описываем подробный протокол, использующий векторы VbMS на основе PVX для подавления эндогенных миРНК в картофеле. Чтобы сбить экспрессию специфической миРНК, разрабатываются целевые мимикрирующие (ТМ) молекулы интересующей миРНК, интегрируются в векторы вирусов растений и экспрессируются в картофеле путем инфильтрации Agrobacterium для непосредственного связывания с эндогенной миРНК, представляющей интерес, и блокирования ее функции.
МикроРНК растений (миРНК) характеризуются как 20-24 нуклеотидные, ядерно-кодируемые регуляторные РНК1 и играют фундаментальную роль почти во всех аспектах растительных биологических процессов, включая рост и развитие2,3, фотосинтез и метаболизм4,5,6,7, синтез и передачу сигналов гормонов8,9, биотические и абиотические реакции10, 11,12,13, регулирование питательных веществ и энергии14,15. Регуляторные роли растительных миРНК хорошо запрограммированы и выполняются, как правило, на посттранскрипционных уровнях путем либо расщепления, либо трансляционного подавления целевых мРНК.
Огромный прогресс был достигнут в области идентификации, транскрипционного профилирования и целевого прогнозирования микроРНК в картофеле16,17,18,19,20,21. Однако функциональная характеристика микроРНК в растениях, включая картофель, отстает от других организмов из-за отсутствия эффективных и высокопроизводительных генетических подходов. Выполнить функциональный анализ отдельных миРНК путем стандартного анализа потери функции сложно, поскольку большинство микроРНК относятся к семействам со значительной генетической избыточностью22. Кроме того, одна миРНК может контролировать несколько генов-мишеней23, а несколько различных миРНК могут совместно модулировать один и тот же молекулярный путь24,25. Эти свойства затрудняют характеристику функции конкретной миРНК или семейства миРНК.
Большая часть функционального анализа микроРНК в значительной степени опирается на подходы с усилением функции, которые имеют очевидные ограничения. Метод искусственной миРНК (амиРНК) использует эндогенные первичные транскрипты (примиРНК) для производства миРНК на высоком уровне, что приводит к ингибированию экспрессии генов-мишеней26,27,28,29. Однако активационная маркировка и гиперэкспрессия миРНК с использованием сильного конститутивного промотора 35S часто приводят к повышенной экспрессии миРНК, которые не являются репрезентативными для состояний in vivo и, следовательно, могут не отражать эндогенную функцию miRNAs30. Был разработан альтернативный подход, включающий экспрессию устойчивых к миРНК форм генов-мишеней, которые содержат непроницаемые мутации в сайтах связывания и/или расщепления31,32,33. Но этот подход также может потенциально вызвать неправильную интерпретацию фенотипа, полученного из микроРНК-резистентного целевого трансгена из-за трансгенных артефактов. Поэтому выводы из этих исследований усиления функции следует делать с осторожностью34. Другим существенным ограничением вышеописанных подходов является то, что они требуют трансформации, которая является трудоемкой и трудоемкой. Кроме того, трансген-зависимые подходы вряд ли применимы к трансформно-непокорным видам растений. Поэтому важно разработать быстрый и эффективный подход к потере функции для разгадки функции микроРНК.
Чтобы обойти предпосылку процедуры трансформации, было установлено подавление микроРНК на основе вируса (VbMS) путем объединения стратегий мишенной имитации (TM) с векторами, полученными из вируса. В системе VbMS искусственно разработанные молекулы ТМ временно экспрессируются из вирусной основы, предлагая мощный, высокопроизводительный и экономящий время инструмент для рассечения функции эндогенных микроРНК растений35,36. VbMS был первоначально разработан в N. benthamiana и помидорах с вирусом табачной погремушки (TRV)35,36,37 и был распространен на арабидопсис, хлопок, пшеницу и кукурузу с использованием различных других систем экспрессии вируса, включая вирус картофеля X (PVX)38, вирус смятия листьев хлопчатника (ClCrV)39, вирус мозаики огурцов (CMV)40,41,42, вирус китайской мозаики пшеницы (CWMV)43 , и вирус ячменной полосатой мозаики (BSMV)44,45.
Картофель (Solanum tuberosum) является четвертой по важности продовольственной культурой и наиболее широко выращиваемой нецереальной культурой в мире, прежде всего из-за его высокой питательной ценности, высокого производства энергии и относительно низких потребностей в ресурсах46. Несколько особенностей картофеля делают его привлекательным двудольным модельным растением. Это вегетативно размножаемая полиплоидная культура с высокой скоростью ауткроссирования, гетерозиготностью и генетическим разнообразием. Однако на сегодняшний день нет отчета, характеризующего функцию миРНК в картофеле с использованием VbMS. Здесь мы представляем адаптированный к лигированию (LIC) подход VbMS на основе PVX картофеля для оценки функции миРНК в растениях картофеля38. Мы выбрали семейство miR165/166 для иллюстрации анализа VbMS, потому что семейство miR165/166 и их целевые мРНК и факторы транскрипции гомеодомена/молнии класса III (HD-ZIP III) были широко охарактеризованы22,47,48. Гены HD-ZIP III являются ключевыми регуляторами развития меристемы и полярности органов, а подавление функции miR165/166 приводит к увеличению экспрессии генов HD-ZIP III, что приводит к плеотропным дефектам развития, таким как снижение апикального доминирования и аберрантные паттерны полярности листьев22,35,38,41 . Легко оцениваемые фенотипы развития, коррелирующие с глушением miRNA165/166, позволяют точно оценить эффективность анализа VbMS на основе PVX.
В этом исследовании мы демонстрируем, что система VbMS на основе PVX может эффективно блокировать функцию миРНК в картофеле. Поскольку система глушения генов на основе PVX(VIGS) была создана в ряде сортов картофеля49,50,51,52, этот подход VbMS на основе PVX, вероятно, может быть применен к широкому кругу диплоидных и тетраплоидных видов картофеля.
1. Выращивайте растения картофеля.
2. Построение векторов VbMS.
3. Выполните анализ VbMS на основе PVX на растениях картофеля.
4. Выполните анализ выражений.
На фиг.2 показаны растения картофеля PVX-STTM165/166 (Катахдин) с эктопическим ростом тканей листьев с абаксиальной стороны листовой пластинки вдоль жилок. Также наблюдались более серьезные фенотипы, такие как образование листьев в форме трубы. Напротив, в контрольных установ?...
Представлена система глушения миРНК на основе PVX для характеристики функции эндогенных миРНК в картофеле путем интеграции конструкции STTM в вектор PVX. Система VbMS оказалась эффективной в подавлении miRNA165/166 в картофеле, высококонсервативном семействе miRNA среди видов растений.
Никакой.
Мы благодарим доктора Юле Лю из Университета Цинхуа за предоставление вектора PVX-LIC. Эта работа была поддержана стартовым фондом от Texas A&M AgriLife Research и Hatch Project TEX0-1-9675 от Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США до JS.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100 µM dATP and 100 µM dTTP | Omega Bio-tek, Inc., Norcross, Norcross, GA 30071 , USA | TQAC136 | |
3 M Sodium acetate, pH 4.0. | Teknova, Hollister, CA 95023, USA | #S0297 | |
Acetosyringone | TCI America, Portland, OR 97203, USA | D2666-25G | |
Agrobacterium tumefaciens strains: GV3101, GV2260 or EHA105. | |||
Chloroform | VWR Corporate, Radnor, PA 19087-8660, USA | VWRV0757-950ML | |
Dimethyl sulfoxide, DMSO | TCI America, Portland, OR 97203, USA | D0798-25G | |
DTT | VWR Corporate, Radnor, PA 19087-8660, USA | VWRV0281-25G | |
E. coli DB3.1 | for maintenance of PVX-LIC and pTRV2e containing the ccdB gene | ||
E. coli DH5α | for the destination constructs generated by LIC cloning | ||
Fertilizer: Peters Peat Lite Special 15-0-15 Dark Weather Feed | ICL Specialty Fertilizers, Summerville, SC 29483, USA | G99260 | |
High fidelity PCR reagents: KAPA HiFi DNA Polymerase with dNTPs | Roche Sequencing and Life Science, Kapa Biosystems, Wilmington, MA, USA | 7958960001 | |
Isoamyl alcohol | VWR Corporate, Radnor, PA 19087-8660, USA | VWRV0944-1L | |
Koptec Pure Ethanol – 200 Proof | Decon Labs, King of Prussia, PA 19406 , USA | V1005M | |
MES | TCI America, Portland, OR 97203, USA | M0606-250G | |
MgCl2 | ThermoFisher, Waltham, MA 02451, USA | MFCD00149781 | |
M-MuLV Reverse Transcriptase | New England BioLabs, Ipswich, MA 01938-2723 USA | M0253L | |
Nano-drop spectrometer: NanoDrop OneC Microvolume UV-Vis Spectrophotometer with Wi-Fi | ThermoFisher, Waltham, MA 02451, USA | ND-ONEC-W | |
PCR machine: Bio-Rad MyCycler PCR System | Bio-Rad, Hercules, California 94547, USA | 170-9703 | |
PCR machine: Eppendorf Mastercycler pro | Eppendorf, Hauppauge, NY 11788, USA | 950030010 | |
pH meter | Sper Scientific, Scottsdale, AZ 85260, USA | Benchtop pH / mV Meter - 860031 | |
Phenol:chloroform:isoamyl alcohol (25:24:1), pH 6.7/8.0. | VWR Corporate, Radnor, PA 19087-8660, USA | VWRV0883-400ML | |
Phytagel: Gellan Gum | Alfa Aesar, Tewksbury, MA 01876, USA | J63423-A1 | |
PVX VIGS vector: PVX-LIC | Zhao et al., 2016 | ||
Real-time PCR machine: QuantStudio 6 Flex Real-Time PCR System | ThermoFisher, Waltham, MA 02451, USA | 4485697 | |
Real-time PCR reagent: KAPA SYBR® FAST qPCR Master Mix (2x) Kit | Roche Sequencing and Life Science, Kapa Biosystems, Wilmington, MA 01887, USA | 7959389001 | |
Restriction enzyme: SmaI | New England BioLabs, Ipswich, MA 01938-2723 USA | R0141S | |
Reverse transcription reagents: qScript cDNA SuperMix | Quanta BioSciences, Gaithersburg, MD 20877 , USA | 95107-100 | |
RNA extraction Kit: E.Z.N.A. Plant RNA Kit | Omega Bio-tek, Inc., Norcross, Norcross, GA 30071 , USA | SKU: D3485-01 | |
RNase Inhibitor Murine | New England BioLabs, Ipswich, MA 01938-2723 USA | M0314L | |
RNAzol RT | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO 63103, USA | R4533 | |
Soil: Metro-Mix 360 | Sun Gro Horticulture, Agawam, MA 01001-2907, USA | Metro-Mix 360 | |
T4 DNA polymerase and buffer | New England BioLabs, Ipswich, MA 01938-2723 USA | M0203S |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены