BLISS, lignification dinamikleri, eğitim için bir çift etiketleme iletişim kuralı geliştirilmiştir. Sentetik monolignol kullanarak gazetecilere ve SPAAC ve CuAAC bioorthogonal sıralı bir arada tepkiler, bu metodoloji açıyor lignins planta içindeBiyogenez düzenleyen faktörler derinlemesine analiz için yolu tıklatın.
Lignin gezegendeki en yaygın biyopolimer ve lignocellulosic biyokütle önemli bir bileşeni biridir. Bu fenolik polimer geliştirme ve hayat daha yüksek bitkilerin önemli bir yapısal ve koruyucu rol oynar. Her ne kadar kuvvetle lignification süreçleri içinde vivo düzenleyen karmaşık mekanizmalar endüstriyel valorization birçok bitki elde edilen ürünlerin etkisi, bilimsel topluluk hala onları deşifre etmek için gitmek için uzun bir yol var. Basit bir üç adım akışında aktif bölgeleri bitki dokuların lignifying bioimaging çalışmaları burada sunulan çift etiketleme iletişim kuralı sağlar. İlk adım iki bağımsız kimyasal gazetecilere, lignin H ve G birimleri ortaya çıkmasına iki yerli monolignols vekilleri metabolik birleşmesiyle oluşur. Lignin polimerler büyüyen içine birleşme sonra her muhabir sonra özellikle kendi floresan sonda bioorthogonal SPAAC/CuAAC tıklayın reaksiyonlar sıralı kombinasyonu ile taşır. Lignin autofluorescence ile birlikte, bu yaklaşım ve lignin bitki hücre duvarları içinde üç renkli yerelleştirme haritaların üretimi confocal floresan mikroskopi tarafından yol açar ve etkin durumunda kesin mekansal bilgi sağlar lignification makine bitki doku, hücre ve farklı hücre duvarı katmanları ölçekte.
Son iki yılda, kimyasal muhabir strateji dynamics ve sigara-genetik olarak kodlanmış biomolecules fonksiyonlarını araştırmak için güçlü iki aşamalı metodoloji ortaya çıkmıştır. 1 , 2 , 3 bu strateji küçük modülasyon- kimyasal muhabir -ilgiyle biomolecule sentetik bir analog ilk canlı organizma ve sonra kimyasal bir sonda metabolize (örn., bir fluorophore floresan için confocal mikroskobu görüntüleme) kovalent anonim muhabiri bioorthogonal tıklayın kimya yoluyla bağlanır. Sonda hızla ve özellikle tepki gerekir herhangi bir biomolecules yaşam sistemde, inert olurken tanıtılan kimyasal değişiklik ile. Birçok yönden, bu yöntem çok özel tıklayın kimya d böylece metabolitleri veya önceden ulaşılmaz biomacromolecules izlemek için fırsat sağlayan kullanımı ile ortak bioconjugation teknikleri ile ilgili sınırlamalar üstesinden gelir yaşayan sistemler4,5,6.
Bakteri ve hayvan hücrelerinde güçlü Bu yöntem hızlı büyüyen popülerlik rağmen şaşırtıcı derecede az ve çok7arasında,8,9,10kullanımı bitki Biyoloji açıklayan raporlar, 11,12. Bu strateji lignin, gezegendeki en yaygın biyopolimer biri ve lignocellulosic biyokütle önemli bir bileşeni oluşumu eğitim tesislerinde uygulama özellikle ilgilenmişlerdir. 13 , 14 lignin geliştirme ve hayat daha yüksek bitkilerin önemli bir yapısal ve koruyucu rol oynar Bakalit bir polimerdir.
Genellikle üç 4-hydroxyphenylpropanoid moieties oluşmaktadır: H (p- hydroxyphenyl), G (guaiacyl) ve S (syringyl) birimler sırasıyla üç türetilmiş olan 'monolignols' (p- coumaryl, coniferyl ve sinapyl alkoller) (şekil 1) hücrenin sitoplazmada phenylpropanoid yolu üzerinden sentezledim. Hücre duvarı ihraç edilmekte, monolignols okside peroxidases veya laccases sonra onlar kimyasal radikal kaplin tepkiler lignin polimerler için polimerize geçmesi radikaller için bir işlemi olarak lignification. 15 , 16 lignins güçlü birçok bitki kaynaklı sanayi valorization etkisi rağmen ürünler, bilimsel topluluk hala vardır lignification düzenleyen karmaşık mekanizmaları deşifre etmek için gitmek için uzun bir yol.
Şekil 1: bitki hücreleri lignification işleminde. Monolignols uzarlar fenilalanin sitozol içinde gelen vardır. Hücre duvarı ihraç edilmekte, monolignols okside peroxidases veya laccases sonra onlar kimyasal radikal kaplin tepkiler lignin polimerler için polimerize geçmesi radikaller için bir işlemi olarak lignification. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Bioorthogonal reaksiyonlar kullanım için glycan analiz raporları çeşitli olmakla birlikte,2,3,17 biomolecules diğer türleri için kendi uygulama örnekleri daha az. Bioorthogonal kimya lignin bioimaging amaçlar için kullanımı ancak son zamanlarda Tobimatsu ve ark. tarafından öncülük 8 ' Arabidopsis thaliana nereye G birimleri, böylece kavram kanıtı gösteren8,9 formları lignin polimer alkol vekilleri coniferyl birleşme hakkında bilgi sağlamak için bu kimyasal muhabir stratejileri bu bağlamda geçerlidir. CuAAC kullanımı da farklı coniferyl alkol türev kullanarak bir kaç ay sonra Bukowski ve arktarafından betimlenir. 9 lignin ancak, ayrıca H ve S birimleri içerir ve lignification işlemi daha derin bir anlayış nasıl tüm monolignols polimer dahil edilmiştir hakkında daha fazla bilgi gerektirir ve ne faktörler kompozisyonunu kontrol edebilirsiniz. Bu alandaki yeni gelişmeler şu anda birden fazla kimyasal gazetecilere aynı anda yaşayan sistemler içinde izlemek için etkili yöntemler geliştirilmesi bağlıdır. Glukanlardir üzerinde bir kaç makale son yıllarda18,19',zemin koydu olsa bile20,21,22, yaklaşımlar etiketleme çift kalır içinde büyük bir meydan okuma bioorthogonal Kimya. Bir tekrarlanabilir tek etiketleme tıklayın Protokolü geliştirmek zor, o zaman çift karşılıklı iki tandem optimizasyonu gerektirir yaklaşımlar etiketleme ise iki ayrı kimyasal gazetecilere uyumlu bioorthogonal reaksiyonlar daha da zor. Bu yönü öncülük birkaç örnekler zorlanma terfi azid-ALKİN cycloaddition (SPAAC) ve alkene-tetrazine ters elektronik talep Diels-Alder (DAInv) reaksiyonları glukanlardir hayvan hücrelerinde çalışırdım. Ancak, biz DAinv tepki bioorthogonality (oluşan elektron-fakirlerle tepki verebilir yerine konan cinnamyl türü-elektron zengini monomerleri lignin ve yapısal özellikleri sayesinde bu uygulamada garanti değil olduğunu düşündüm Hava Dienes DAinv tepkileri kullanılan tetrazine sondalar gibi) ve bu belirsiz etiketleme oluşturabilir. Ayrıca, erişim, hem de için hantal ve böylece olasılığını yükseltmek lipofilik sentetik zor olan kimyasal kolları DAInv tepki gerektirir bu birleşme, taşıma ve/veya kimyasal yerelleştirilmesini oranı muhabir vivo içinde etkilenip etkilenmedikleri sınanmamıştır. Biz ikinci yönü özellikle lignification çalışmak için bir tıklama kimya yaklaşım söz konusu olduğunda ilgili olarak kabul olarak, farklı yönde seçti ve bir Bioorthogonal tüp ligasyonu Imaging sıralı strateji (mutluluk) kullanılarak geliştirilmiş bir Strain-Promoted azid ALKİN Cycloaddition (SPAAC) ve bakır katalizörlük azid ALKİN Cycloaddition (CuAAC) içinde vivo. 23
Bu iki tepkiler gerçekten iki ana bioorthogonal'ı tıklatın bugüne kadar kullanılan reaksiyonlar ve lignin ve birkaç örnek daha özellikle bu Imaging Yayınlandı son zamanlarda vardır. 8 , 9 çift etiketleme stratejimiz sağlar bir azid yan bir monolignol muhabiri ve terminal ALKİN diğer i) biyolojik ilgili yapıların doğru tepkisizdir ve II) çok küçük boyutlu (Şekil 2 iki kimyasal işleme ). Sonuç olarak, sentetik modifikasyonlardan altında eğitim biomolecule fizikokimyasal özellikleri üzerinde etkisi böylece taşıma açısından doğal olmayan ve doğal monolignol yüzeyler arasındaki olası tutarsızlıkları azaltmak küçültülür ve metabolization gore metabolik birleşme adım sırasında. SPAAC ve CuAAC ile birlikte ilk bakışta çok sezgisel görünüyor, bizim bilgi yapıları glukanlardir dışında bu strateji ve ilk uygulamasını kullanarak ikili işaretleme sadece ikinci örneği olsa da. 12 , 23
Şekil 2: BLISS strateji etiketleme ikili. Kimyasal gazetecilere HAZ ve GALK yerel H ve G monolignols tagged analogları vardır. Onlar ilk eksojen (Adım 1) besleme tarafından hücre duvarları büyüyen lignin polimerler dahil edilmiştir. Cyclooctyne - ve azid-floresan problar o zaman sırayla bakmaksızın anonim gazetecilere bioorthogonal tarafından functionalized kimya tıklatın: SPAAC reaksiyon (Adım 2) HAZ birimlerinin çok özel ve bir CuAAC reaksiyon (tarafından takip edilir 3. adım) GALK birimleri (Adım 3), belirli böylece her iki gazeteci belirli yerelleştirme izin bağımsız olarak aynı örnek. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Biz öncelikle tasarlanmış ve azid öğesini monolignol muhabir HAZ (vekil p- coumaryl alkol) ve lignin H birimleri habercisi doğrulanmış ve BLISS çift etiketleme stratejisi içinde kullanılan ile tandem tasarladı daha önce ALKİN öğesini GALK,9 (vekil coniferyl alkol) ve lignin G birimleri habercisi bildirdi. Geliştirilen ve keten içinde test tekrarlanabilir bu protokol için bir ekonomik açıdan önemli bitki türleri, HAZ ve GALK çift metabolik birleşme lignin içine ilk sıralı SPAAC/CuAAC önce elde edilir etiketleme. Burada, tagged HAZ birimleri ilk özellikle yolu ile etiketlenmiş GALK CuAAC-aracılı ligasyonu ikinci bir floresan inceleyebilirsek tarafından takip bir cyclooctyne functionalized fluorophore SPAAC ligasyonu etiketlenir birimleri. Bu yöntem lignification süreçleri bitki hücre duvarları içinde dinamikleri araştırmak için kullanılan ve kesitler, fidan farklı bitki türlerinin yanı sıra kaynaklanıyor yaşayan durdurması için uygulanan vivo içinde olabilir.
Not: Sıvı ve katı ½ MS medya ek tablo 1' de açıklandığı gibi önceden hazırlanmış olması gerekir.
1. bitki kültürü
2. metabolik kimyasal gazetecilere birleşmesiyle
Not: Üç modeller aşağıda sunulmuştur: i) metabolik etiketleme kök kesit, II) bütün kaynaklanıyor ve III) bitki fidesi. Her iletişim kuralı için bir biyolojik REPLICATE sunulur ve miktarları gerekli biyolojik çoğaltır sayıya adapte edilebilir. Monolignol çözümler deneme önce Tablo 2 ' de açıklandığı gibi yapılır stok çözümlerinden hazırlanır. Hisse senedi çözümleri-20 ° C'de birkaç ay saklanabilir HAZ: GALK veya H:G oranlarını tüm özel yapım deneysel tasarımlar uyacak şekilde ayarlanabilir.
3. çift floresan bitki kesit örnekleri SPAAC ve CuAAC tarafından etiketlerine göre
Not: Protokolü etiketleme BLISS tüm 3 deneysel modeller (Bölüm 2) için aynıdır.
4. mikroskop örnekleri montajı slaytlar
5. resim alma tarafından Confocal Floresans mikroskobu
Sentetik monolignol analogları ve bioorthogonal ilgili sunulan BLISS protokolünü kullanarak kimya tıklatın, yaşayan bitkiler lignification sürecinde dinamikleri görselleştirmek mümkündür. (Histochemical boyama, immunolocalization veya autofluorescence gibi), bu 'çift tıklayın' protokolü sadece görselleştirme lignin için kurulan teknikleri aksine metabolik birleşme sırasında üretilen lignin de novo hedefler adım ve confocal Floresans mikroskobu (şekil 3) üç kanallı hücresel görüntüleme ile örnek önceden varolan lignin dan ayırır. H AZ-birimleri DBCO-PEG4-5 uyarma ve emisyon dalga boylarında kullanarak algılanır/6-özellikle azid fonksiyonları tıklandığında carboxyrhodamine 110 dahil HAZ molekülleri SPAAC adım (λex sırasında 501 nm /λem 526 nm, yeşil kanal), oysa GALK-birimleri aynı şekilde özel olarak G anonim terminal ALKİN Etiketler tıklandığında azidefluor 545 inceleyebilirsek karakteristik dalga boylarında, tespit ALK CuAAC adımı (λex 546 nm /λem 565 nm, kırmızı kanal); Üçüncü kanal 405 kendi içsel autofluorescence kullanarak algılanır önceden varolan lignin karşılık gelen nm (mavi kanal). Bu yaklaşım üç renkli yerelleştirme haritalar ve lignin varlığı kesin mekansal bilgi sağlar bitki hücre duvarları içinde ya da aktif lignification makine yokluğu nesil bir organ (şekil 3A farklı dokular arasında açar. ), farklı hücre tipleri aynı doku (şekil 3B-C) ve (şekil 3D) aynı hücrenin farklı duvar katmanları arasında. Başka bir deyişle, bu metodoloji bize vurgulayın ve özellikle 'etkin' lignification siteleri (HAZ ve GALK kanalları) yerelleştirmek onları nerede lignin bir önceki kuruldu bölgelerdeki ayırt sağlar bitki gelişiminin (autofluorescence kanal) aşamasında. Buna ek olarak, teknik duyarlılığını autofluorescence için karşılaştırıldığında önemli ölçüde geliştirilmiş ve çok daha küçük miktarda taze sentezlenmiş lignin olabilir (şekil 3B) algıladı.
Şekil 3: keten kaynaklanıyor anonim monolignol kimyasal gazetecilere Imaging. (A)bir el yapımı enine bölümünü keten bir kök yeniden oluşturulan resmi yarısı. (B) xylem ayırt ilk katmanları Close-up. Paneli yaptı: lignin autofluorescence (mavi, 405 nm), Orta paneli: birleştirilmiş lignin autofluorescence (mavi) ve HAZ floresan (yeşil, 526 nm) kanallar, doğru kapı aynası: birleştirilmiş lignin autofluorescence (mavi) ve GALK floresan (kırmızı, 565 nm) kanalları. Ok autofluorescence ile karşılaştırıldığında BLISS artan duyarlılık gösteren cambium ilk etiketli hücre duvarından gösterir. (C) etiketleme farklı hücre farklı katmanları aynı hücre duvarı etiketleme değişimler gösteren ikincil xylem hücreleri üzerinde ikincil xylem ve (D) yakın çekim. Paneli yaptı: birleştirilmiş lignin autofluorescence (mavi) ve HAZ floresan (yeşil, 526 nm) kanallar, Orta paneli: birleştirilmiş lignin autofluorescence (mavi) ve GALK floresan (kırmızı, 565 nm) kanallar, sağ Panel: birleştirilmiş lignin autofluorescence (mavi), HAZ (yeşil) ve GALK (kırmızı) floresan kanalları. HAZ ve GALK co yerelleştirme sarı renk ile tasvir edilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Burada sunulan BLISS yöntemi veya daha önce Tobimatsu vd tarafından Yayınlanan tek etiketleme yordamlar gibi kimyasal muhabir stratejileri 8 bu nedenle IMMUNO - veya histochemical uygulanması çok kolay olurken boyama gibi daha önce erişilebilir yöntemlerine göre çok ince bir çalışma izin verebilirsiniz. Örneğin, şekil 4 göstermektedir HAZsinyal yoğunluğu /GALK birleşmesiyle keten ikincil xylem fiber tracheids/damarlarının (FT) cambium gelen ilk birkaç hücre duvarları içinde çok yüksek ama büyük hücrelerde giderek azalır. Bu profil bu autofluorescence karşısında ve en çok o lignification çok hızlı bir şekilde cambium gelen ilk 2-3 FT hücre katmanlarında ulaşıldığında gösterir. Buna ek olarak, daha sonraki aşamaları için lignification olarak HAZonların gelişimi devam etmek için ray (R) hücreleri görünür /GALK birleşme olduğunu çok daha sürekli cambium ilik için hücre duvarlarında. Bu hücre türleri farklı biyolojik rolleri ile ilişkili farklılıklar kendi gelişim programında beri FT ve R hücre türleri tezat lignification dinamikleri, görüntüler şaşırtıcı değil. FTs olgun ve hızlı bir şekilde ölmek gerçekten uzun tüpler, kalın lignified duvarlı R dar satırlarının hücreleri ise bu mekanik destek ve su ve mineraller, dikey taşıma önemli rol oynarlar bırakarak ölü boş hücreler xylem oluşturmak ışınları olgun ve fonksiyonel durumlarında kalın lignified duvarlar kalmadan hayattasın.
Şekil 4: hücre özgü monolignol muhabir birleşme keten xylem. Keten bir kök serbest bir kesitin parçası Bright-alan confocal mikroskobu görünümünü(a). Pembe (ray parankimi hücreleri, R) ve sarı (fiber tracheid hücreleri, FT) okları gösterir vektörler ilik doğru cambial bölgeden yayılan ve lignin autofluorescence 405, taranan nm (B), HAZ Floresans 526, nm (C) ve G ALK Floresan, 565 nm (D). İkincil xylem (E) görünümü. Paneli yaptı: birleştirilmiş lignin autofluorescence (mavi), HAZ (yeşil) ve GALK (kırmızı) floresan kanalları. HAZ ve GALK co yerelleştirme sarı renk ile tasvir edilir. Doğru kapı aynası: keten kök ikincil xylem yapısındaki şematik gösterimi. V, gemi; FT, fiber tracheid; R, ray parankimi hücre. Bu rakam aslan ve ark. değiştirildi 23 Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Buna ek olarak, iki farklı kimyasal gazeteciler için H - ve G-birimleri BLISS protokolündeki iki bioorthogonal reaksiyonlar ile karşılık gelen kullanımı daha fazla nicel sonuçları elde sağlar. BLISS ek anlayışlar birleşme oranları çeşitli koşullarda monolignol kontrolünü sağlayabilir ve zor lignification işleminin deşifre için katkıda bulunabileceğini gibi stratejileri etiketleme multiplexed. Lignins H, G ve S monolignols, göreli yüzdelerini gerçekten çok tür, doku, yaş veya bitki çevre koşullarına göre değişken ise, bu kompozisyon düzenleyen karmaşık mekanizmaları hala tamamen anlaşılır. Çift etiketleme teknolojisi lignin kompozisyon düzenleyen parametrelerden bazıları soruşturma güçlü bir şekilde temsil eder. Örneğin, HAZdeğişen: GBLISS ileALK oranı bize lignin kompozisyon ikincil xylem dokularda monolignol durumu hücre duvarları içinde yerine üzerine doğrudan bağlı olduğunu göstermek için izin peroksidaz/Lakkaz özgüllük (şekil 5).
Şekil 5: farklı yüzde oranları ile keten kök bölümlerini HAZ ve GALKkuluçka etkisi. HAZ: GALK% oranları rakamlar her sütun verilmiştir. Top: HAZ ve GALK kanalları birleştirilir. Alt: HAZ ve GALK farklı % oranları için ortalama Floresans yoğunluğunu gösteren çubuk grafikler. Değerleri gri düzeyleri ± SD ölçek ortalama Floresans şiddeti ortalaması olarak ifade edilen çubuk 100 µm. = bu rakam aslan ve ark. değiştirildi 23 Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Keten, tekstil, lüks evrak ya da çevre dostu kompozit malzemeler üretimi için kullanılan lif için (BF) büyüyor. Onların endüstriyel valorization önemli bir yönünü lignin bir son derece kalın S2/G ikincil katman19,24tarafından karakterize onların hücre duvarları içinde çok az düzeyde içermesidir. BLISS lignification dynamics farklılıklar aynı hücre duvarı farklı katmanları arasında vurgulayabilirsiniz. Şekil 6A HAZ ve GALK muhabir birleşme hücre köşe ve ancak tüm lif orta lamel/birincil hücre duvarı ile sınırlı olduğunu göstermektedir. Hypolignified durumlarına moleküler ortamı için uygun olmamasından ortaya çıkar ortaya lignification monolignol kimyasal gazetecilere exogenously olduğunda bile kalın bast fiber ikincil hücre duvar katmanını içinde toplam yokluğunda verilen enzimatik aracılı oksidasyon ve monolignols birleşmesiyle büyüyen polimer zinciri içine ve sadece monolignol biyosentezi genlerin transkripsiyon düzenlenmesi nedeniyle daha önce olmadığına25bildirdi. Bu gözlem de o keten peroksidaz gen up-lignified lif26sahip keten kimyasal lbf1 mutant dış kök dokularda düzenlenmiştir de gerçeği ile ilişkilendirir.
Şekil 6: BLISS hücre duvarı altyapı veya katman özel farklılıkları vurgulamaktadır. (A)sol kapı aynası: keten kök bölümüne alan parlak görüntü. Daire bir lif paket gösterir. Doğru kapı aynası: lif üzerinde yakın. Birleştirilmiş HAZ ve GALK kanalları (ve alan parlak olmayan) o lignification hücrenin köşeler için sınırlı olduğunu gösteren () ve orta lamel/birincil hücre duvarına bir lif. BF, bast fiber; Par, parankimi hücre; M, orta lamel; P, birincil hücre duvarı; S1, ikincil hücre duvarı ilk katman; İkincil hücre duvarı S2/G, ikincil katman/jelatinimsi tabakası. (B) 2D dilim ve 3D confocal z-yığın zum keten kök endodermis bölgesinin inşası. Casparian Şerit (
) sadece autofluorescence görüntüler ve HAZ veya GALKdahil değil. İlişkili fluorogram GALK/HAZ Anti-korelasyon gösterir: yüksek yeşil Floresans düşük kırmızı sinyal (korteks) ve tersi (endodermis) ilişkili. Pericycle (P), Endodermis (E), Cortex (C). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Son olarak, bu iki renkli metodoloji da değerli bilgiler hücre duvarı ayarlamış 'lignification durumu' üzerinde çeşitli gelişim aşamalarında ve kök dışındaki bitki organlarında sağlayabilir. Örneğin, keten kökleri endodermis Radyal ve enine hücre duvarları Casparian grupta varlığını geliştirme erken aşamalarında karakterizedir. Hidrofobik biyopolimer, suberin ve/veya lignin, yapılan grup su ve solutes apoplast ile pasif girmesini kök tarafından alınan önler ve böylece katkıda bir symplastic yol ile plazma zarı geçmek güçleri Seçici alımını kapasiteleri bitki kökleri. Keten köklerine uygulanan, bizim strateji endodermal hücreleri de olduğu gibi Casparian band (6B rakamyok) nerede parçalar Radyal duvarların teğet duvarlar HAZ ve GALK dahil edilmiştir gösterdi. Ancak, Toplam Devamsızlık Casparian bandında monolignol muhabir şirketleşme hala sitenin daha fazla biyopolimer yükünün olmakla birlikte diğer duvarlar bu gelişme bu aşamada olgun olduğunu gösterir. Z-yığın yeniden oluşturulan 3B Görünümü açıkça Casparian band ışık getiriyor. İlginçtir, endodermis için bitişik bazı kortikal hücrelerinin duvarları da kanıtladı HAZ tercihen bütünleştiren (böylece lignin/suberin keten kök kortekste varlığını gösteren) değil GALKama. Co yerelleştirme analiz HAZ ve GALK, bu iki bitişik hücre türü hücre özel duvar yapısı/enzimatik makine varlığını önermek arasında anti-bir korelasyon gösterdi.
Ek tablo 1: hazırlık katı ½ MS orta Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız.
Ek tablo 2: kimyasal muhabir hisse senedi çözümleri hazırlanması Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız.
Daha önce belirtildiği gibi bu raporda sunulan çift etiketleme BLISS bir SPAAC/CuAAC kombinasyon vivo içinde12,23ilk örneklerinden biri protokoldür. Her adım iyice optimize edilmiş ve onaylanmış ve içinde iki etiketleme reaksiyonlar sırayla gerçekleştirilen kimya tıklatın sipariş saygı çok önemlidir (yani, SPAAC ilk, takip CuAAC tarafından). Tüm çapraz denetimleri BLISS Protokolü uygulanan23 olduğunda etiketleme her adım belirli olduğunu gösterdi: SPAAC adım taşıyan ilk yüksek chemoselective yol HAZ azid işlevleri tarafından etiketlerine göre cyclooctyne functionalized fluorophore hızlı kinetiği ile [3 + 2] cycloaddition reaksiyonu yoluyla. HAZ birimleri etiketlendikten sonra triazole bağlantılar tarafından tepki ile azid fluor 545 probe oluşturmak için GALK terminal alkynes aktivasyonu katalize copper(I) gerektiren CuAAC adım yapılabilir. Buna karşılık, ters sırada (yani, CuAAC ilk, takip SPAAC tarafından) GALK ve HAZ birimine yol açar gibi kullanılmamalıdır fluorophore ligasyonu ile birlikte buz dansında yarışmaktadır ve dramatik bir sinyal kaybı indükler çapraz-bağlantı . Non-spesifik boyama önlemek için ara çamaşır adımlar gerekliliğini vurgulamak önemlidir.
Biz bizim yöntem çeşitli biyolojik deney tasarımları için uygulanabilir olduğunu göstermiştir. İletişim kuralı etiketleme BLISS ilk serbest kesit önceden kesilmiş ve tıklayın hazır monolignols ile inkübe keten kaynaklanıyor (yaklaşık 150-250 µm kalınlığında) uygulandı. Bu tasarım gibi (kuluçka birimleri azaltılır) kimyasal muhabir gerekli miktarda en aza indirilmesi ve istatistiksel çoğaltır üretimini kolaylaştırmak avantajı olmasına rağmen bu kesinlikle bahsetmişken, bir vivo içinde sistem değil ve bazı durumlarda, değil gerçek spatio-temporal lignification dynamics tüm yönleriyle yansıtabilir. Bir ikinci deneysel tasarım, bu nedenle daha önce çam ve gingko27' deki radiolabeled monolignols birleşmesiyle çalışmak için kullanılan bir yöntem BLISS protokole uyarlanmış. Bu yaklaşımda, kökler ve kök bitki fiziksel olarak ayrılır ve tüm kök tabanı ne 'çiçek vazo' yaklaşım lakaplı içinde monolignol çözümünde inkübe. Sapları istediğiniz (kuluçka) zaman ayrıldıktan sonra kesit kesim ve gerçekleştirilen BLISS Protokolü vardır. Bu değiştirilmiş monolignols yaşayan kök taşınır ve lignin polimerler hücre duvarları içinde büyüyen dahil edilmiştir (i) olduğunu ve yerelleştirme modeli esas kesit için özdeş (II) olduğunu göstermek bize izin yaklaşım. Bu tür bir deney bir gerçek yaşam tesisinde gerçekleştirilen hak vardır / canlı hücre uzun deneyler ve daha ayrıntılı çalışmalar izin yaklaşım, ama kimyasal muhabir büyük miktarda gerektirir. Son olarak, BLISS protokolü de Keten bitki Fidan, bir gerçek yaşam içinde kimyasal gazetecilere kadar kök nakli önce kökleri absorbe olması gerekir bitki modeli temsil eden ile kullanıldı. Bu model uygulamada, yaşam tesislerinde gerçekleştirilen açık avantajı ise genç fidan sınırlıdır ve lignification dynamics büyük tesislerinde pratik nedenlerle (uzun bir kuluçka süresi, yükseltilmiş soruşturma için gerçekten uygun değildir ««kimyasal gazetecilere miktarı). Yine de, bu üç deney tasarımları tamamlayıcı niteliktedir ve tüm kendi artıları ve eksileri ile ilgili pratik yönleri ve biyolojik soru cevap türüne bağlı olarak biyolojik önemi var.
Keten lignification dinamiklerini incelemek için geliştirilen, bizim protokol son derece uyarlanabilir, sadece biyolojik deney tasarımı açısından aynı zamanda diğer uygulama açısından bitki tür ve organ/doku. Örneğin, BLISS kolayca Arabidopsis ya da daha fazla çalışmalar çeşitli genler için knock-out veya knock-down mutantlar ile mükellef bulunmaktadır Populus cins için transfer edilebilir. Prensip olarak, bizim yaklaşım ile çift etiketleme çalışmaları da diğer biomolecules için bitki hücre duvarı polimerler - tüm üç ana monolignols veya metabolik onların öncüleri olarak çeşitli de dahil olmak üzere iki ayrı değiştirilmiş öncüleri kullanarak uzatılabilir polisakkarit matris oluşturan bol. Kuruluşundan bu yana, bioorthogonal kimya gerçekten de esas olarak glukanlardir/polisakkaritler metabolik oligosakkarit mühendislik (MOE)4,5,17,28üzerinden araştırmak için geliştirilmiştir, Ama şaşırtıcı olmuştur sadece biyoloji bitki için çok az uygulamaları defa7,8,9,10,11,12. Tepkiler uyumluluk açısından, lignin ve çalışma gerçekten her iki kimyasal gazetecilere aynı retiküle polimer dahil edilmiştir gibi çözmek için karışık bir vaka oldu. Etiketlenmemiş HAZ- olasılığıGALK kullandığında oluşumu GALK ve HAZ birimleri 3D içinde kayma yakınlığı nedeniyle üstesinden gelmek için büyük bir sorun oldu. lignin23, iki kimyasal gazetecilere değil dahil edilmiştir Eğer biyopolimer aynı tür veya verilen herhangi bir hücreyi aynı kayma bölgesi olmayabilir bir sınırlama yapısını.
Daha geniş bir kapsamda BLISS metodoloji aslında iki farklı kimyasal gazetecilere taşıyan bir azid ve terminal ALKİN etiketi, sırasıyla kullanarak bakteriyel veya hayvan modellerinde herhangi bir iki renkli floresan görüntüleme çalışma için uygulanabilir.
Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.
Biz araştırma Federasyon FRABio ve TisBio görüntüleme platformu için borçlu bulunmaktadır (Univ. Lille, CNRS, FR 3688, FRABio, BiochimieStructurale et Fonctionnelle des buluntu Biomoléculaires) bu ulaşmak için elverişli teknik ortamı sağlamak için iş.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
(E)-4-(3-(2-(2-(2-azidoethoxy)ethoxy)ethoxy)prop-1-en-1-yl)phenol (HAZ) | Synthesized as in Lion et al. Cell Chem. Biol. 2017, 24, 3, 326-338 | ||
(E)-4-hydroxy-3-propargyloxycinnamyl alcohol (GALK) | Synthesized as in Lion et al. Cell Chem. Biol. 2017, 24, 3, 326-338 | ||
2% sodium hypochlorite | |||
20 cm high glass tube | |||
250 mL Schott glass bottle | |||
48-well Plate | |||
5/6-TAMRA-PEG3-Azide | Jena Bioscience | CLK-AZ109-1 | |
Aluminium foil | |||
Cheese cloth | |||
Compost containing clay | |||
Coniferyl alcohol (G) | Sigma Aldrich | MFCD00002922 | |
Copper (II) sulfate pentahydrate | |||
DBCO-PEG4-5/6-Carboxyrhodamine 110 | Jena Bioscience | CLK-A127-1 | |
Milli-Q Ultrapure water | |||
Eppendorf 1,5 mL | |||
EtOH | |||
Flax seeds (L. usitatissimum L.) | |||
Fluoromount-G™ Slide Mounting Medium | Electron Microscopy Sciences | 17984-25 | |
Glass coverslip | |||
Glass microscope slide | |||
Growth chamber | CLF-Plant Climatics | For 2-week-old plants culture | |
Growth chamber | Angelantoni Life Sciences | For 2-month-old plants culture | |
Magenta plant culture box | For 2-week-old seedling culture | ||
Methanol | Toxic (SGH02, SGH06, SGH08), work with gloves under a hood | ||
Micropipette | |||
Nail polish | |||
Nikon A1R confocal microscope | Nikon | ||
Orbital shaker | |||
Parafilm | |||
p-Coumaryl alcohol (H) | Carbosynth | FC145653 | |
Plastic cap | |||
Plastic pipette | |||
Plastic pot | For 2-month-old plants culture | ||
Razor blade | |||
Rubber band | |||
Sodium Ascorbate | |||
Sterile clamp | |||
Vertical support | |||
Vortex | |||
Reagents for liquid and solid ½ MS medium | |||
KH2PO4 | |||
KNO3 | |||
NH4NO3 | |||
MgSO4.7H2O | |||
CaCl2.2H2O | |||
MnSO4.H2O | |||
ZnSO4.7H2O | |||
H3BO3 | |||
KI | |||
Na2MoO4.2H2O | |||
CuSO4.5H2O | |||
CoCl2.6H2O | |||
Na2EDTA.2H2O | |||
FeSO4.7H2O | |||
Thiamine.HCl | |||
Pyridoxine.HCl | |||
Glycine | |||
Nicotinic acid | |||
Myo-inositol | |||
Saccharose | |||
MES hydrate | |||
Agar |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiDaha Fazla Makale Keşfet
This article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır