Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Burada, model olmayan bitkilerin metabolizmasını incelemek için teknik bir temel sağlayan, örnek olarak CcCIPK14 geninin fonksiyonel analizi için verimli ve kararlı bir dönüşüm sistemi sunuyoruz.
Verimli ve kararlı bir dönüşüm sistemi, gen fonksiyon çalışması ve bitkilerin moleküler ıslahı için esastır. Burada, güvercin bezelyesi üzerinde bir Agrobacterium rhizogenes aracılı dönüşüm sisteminin kullanımını açıklıyoruz. Gövde, 7 gün sonra kallusa ve 14 gün sonra maceracı köklere neden olan ikili bir vektör taşıyan A. rhizogenes ile enfekte olur. Üretilen transgenik tüylü kök, morfolojik analiz ve bir GFP raportör geni ile tanımlandı. Bu sistemin uygulama aralığını daha da açıklamak için, CcCIPK14 (Kalsinörin B benzeri protein etkileşimli protein kinazlar) bu dönüşüm yöntemi kullanılarak güvercin bezelyesine dönüştürüldü. Transgenik bitkiler, CcCIPK14'ün bu hormonlara yanıt verip vermediğini test etmek amacıyla sırasıyla jasmonik asit (JA) ve absisik asit (ABA) ile muamele edildi. Sonuçlar, (1) eksojen hormonların, özellikleCcCIPK14 aşırı ekspresyon (OE) bitkilerinde CcCIPK14'ün ekspresyon seviyesini önemli ölçüde artırabildiğini göstermiştir; (2) CcCIPK14-OE hatlarındaki Genistein içeriği kontrolden önemli ölçüde daha yüksekti; (3) iki aşağı akış anahtar flavonoid sentaz geninin, CcHIDH1 ve CcHIDH2'nin ekspresyon seviyesi, CcCIPK14-OE hatlarında yukarı regüle edildi; ve (4) tüylü kök transgenik sistemi, model olmayan bitkilerde metabolik olarak fonksiyonel genleri incelemek için kullanılabilir.
Dönüşüm, eksojen genlerin ekspresyonunu değerlendirmek için temel bir araçtır 1,2. Kaynak bitkilerin birçok biyolojik yönü tüm bitkiler için ortaktır; bu nedenle, belirli genlerin fonksiyonel çalışmaları model bitkilerde (Arabidopsis gibi) gerçekleştirilebilir3. Yine de, bitkilerdeki birçok gen, işlev ve ifade kalıpları bakımından benzersizdir ve özellikle kaynak bitkiler için kendi türlerinde veya yakından ilişkili türlerde çalışma gerektirir 3,4. Bitki hücreleri, bitkilerin farklı çevresel stres koşullarına yanıt olarak gen ekspresyonu, metabolizma ve fizyolojide spesifik değişiklikler göstermesini sağlayan çeşitli sinyalleri algılayabilir 5,6,7. Flavonoidler, çevresel streslere duyarlı bitkilerin sinyalleşme sürecinde çok önemli oyunculardır 5,8,9. Ayrıca bahçecilik ve tıbbi bitkilerdeki flavonoid içeriği de kalite değerlendirmesi için önemli bir göstergedir10. Dış sinyallere yanıt olarak flavonoid sentezinin düzenlenmesinde rol oynayan genlerin tanımlanması, bitkilerde flavonoid sentezinin mekanizmasını anlamak için çok önemlidir. Birkaç çalışma, eksojen hormonların uygulanmasının flavonoidlerinbirikimini teşvik edebileceğini ortaya koymuştur 6,11. Kararlı bir dönüşüm sistemi ve gen fonksiyonu doğrulama yöntemi, genlerin işlevini göstermek ve bitkilerde ikincil metabolizmayı anlamak için gereklidir.
Agrobakteri aracılı dönüşüm, DNA eklemesinde yaygın olarak kullanılmaktadır 5,8,9. Agrobacterium tumefacient, halka genlerini bitki hücrelerinin kromozomlarına aktarabilir ve eksojen fitohormonlar, kararlı transformantlar elde etmek için bitkileri yenileyebilen tek veya birkaç konakçı hücreyi indükler 12,13,14. Agrobacterium tumefacient aracılı transformasyon yöntemleri, in vitro manipülasyona uygun bitki türlerine daha uygulanabilirken, çok yıllık odunsu bitkilerin çoğu rejenerasyon zorlukları nedeniyle bu yöntemin uygulanmasını sınırlar 4,15. A. rhizogenes ayrıca konakçı hücrelerin genomunu da değiştirebilir16. Bu çalışmada, verimli ve stabil bir A. rhizogenes aracılı transformasyon prosedürü geliştirilmiştir. A. rhizogenes, Ri plazmidine ek olarak doğal olmayan gen T-DNA'sını taşıyan ikinci bir ikili plazmit içerir. Konukçu bitki enfekte olur ve yabani tip sürgünden çıkan transgenik tüylü köklerle kompozit bir bitki elde edilebilir16,17. A. rhizogenes aracılı dönüşüm sistemleri, hızlı, düşük maliyetli ve gerekli olmayan bitki rejenerasyonu nedeniyle odunsu bitki araştırmalarında uygulama için uygundur. 160'tan fazla bitki türü tüylü kökleri başarıyla indüklemiştir ve bunların çoğu Solanaceae, Compositae, Cruciferae, Convolvulaceae, Umbelliferae, Leguminosae, Caryophyllaceae ve Polygonaceae'de bulunmaktadır 18,19. A. tumefaciens ile karşılaştırıldığında, A. rhizogenes, güvercin bezelyesinin aracılı dönüşümünde daha yüksek verimlilik göstermiştir17,20.
Bu çalışmada, A. rhizogenes'in aracılık ettiği transformasyon sürecini tanıtmak için güvercin bezelyesi örnek olarak kullanılmıştır. Aşılamadan köklenmeye kadar deneyler 5 hafta sürdü. Maceracı kökün morfoloji ve GFP raportör geni yoluyla dönüşümünü belirledik ve dönüşüm verimliliği %75 kadar yüksekti. Ayrıca, kompozit tesisi JA ve ABA ile tedavi ettik, ayrıca kantitatif real-PCR ve HPLC (yüksek performanslı sıvı kromatografisi) ile transkriptleri ve ikincil metabolitleri tespit ettik. CcCIPK14'ün ekspresyon seviyesinin sadece JA ve ABA'ya yanıt vermediği, aynı zamanda flavonoidlerin biyosentezini de etkilediği doğrulanmıştır. Bu sistem, ikincil metabolizma ile ilişkili fonksiyon genlerini incelemek için yeterlidir. Ayrıca, yeterli bir kararlı dönüşüm sistemi olmayan model olmayan bitkilerin incelenmesine yeni bir yaklaşım sağlar 17,21,22.
NOT: Güvercin bezelyesi, Fabaceae familyasına ait diploid bir baklagil mahsulüdür. Bu deneyde kullanılan güvercin bezelye tohumları Çin Kuzeydoğu Ormancılık Üniversitesi'ndendir ve 87119 kodludur. Bu protokolün birincil adımları Şekil 1A'da gösterilmiştir. Fide inkübasyonu, 16 saatlik bir fotoperiyotta m-2 s-1 başına 50 μmol fotonda floresan ışıklar altında 25 ° C'de yüksek nemli bir ortamda gerçekleştirildi. A. rhizogenes suşları K599 (NCPPB2659) laboratuvarda korunmuştur. -80 ° C'de% 15 gliserol ile maya mannitol ortamında (YEP) saklandılar. Bu çalışmada açıklanan protokol, Meng ve ark.21 protokolüne dayanıyordu.
DİKKAT: Genetiği değiştirilmiş tüm bakteri ve bitkileri uygun atık kabına koyun. Tüm tehlikeli kimyasalları çeker ocakta kullanın ve tehlikeli atık kabına atın.
1. Güvercin bezelye fidelerinin hazırlanması
2. A. rhizogenes'in aktivasyonu
NOT: A. rhizogenes transformasyonu için kullanılan suş, -80 °C'de korunan K599'dur. İkili vektör pROK2 (pBIN438; http://www.biovector.net/product/428388.html) bir indikatör gen olarak yeşil floresan proteini (GFP) ve A. rhizogenes'i dönüştürmek için seçilebilir bir belirteç olarak bir kanamisin direnç geni içerir.
3. A. rhizogenes kullanarak bitki dönüşümü
NOT: Aşağıdaki enjeksiyon prosedürünü kullanarak A. rhizogenes'i enfekte etmek için sağlıklı bitkileri seçin. Bu prosedür saçlı köklerin dönüşmesine neden olur. CcCIPK14'ün gen fonksiyonunu analiz etmek için bir kontrole ihtiyaç vardır. A. boş vektör veya CcCIPK14-pROK2 plazmitleri içeren rizogenes çözeltileri, tüylü kökleri indüklemek için fidelere enjekte edildi.
4. Transforme olmuş tüylü köklerin tanımlanması
NOT: Transforme olmuş tüylü kökler, morfoloji ve gen seviyesine göre tanımlanabilir. Bu prosedür öncelikle raportör gen (GFP) tanımlama testine odaklanır.
5. Ekzojen hormon tedavisi
NOT: Pozitif kompozit bitkiler, CcCIPK14'ün metabolik üzerindeki etkisini incelemek için eksojen hormonlarla muamele edildi. A. rhizogenes tarafından indüklenen kompozit bitkiler üç gruba ayrıldı: JA tedavi grubu, ABA tedavi grubu ve kontrol grubu (Şekil 3A).
6. Numune toplama ve koruma
NOT: 3 saatlik ekzojen hormon tedavisinden sonra, farklı tedavi gruplarından bitki materyalleri toplandı.
A. rhizogenes aracılı güvercin bezelyesinde tüylü kök dönüşümü
Bu çalışma, bitki molekülleri alanında önem taşıyan A. rhizogenes'in aracılık ettiği tüylü köklerin genetik dönüşümü için adım adım protokolleri tanımlamıştır. A. rhizogenes tarafından enfekte edilmiş güvercin bezelyesinin köklerinden tüylü kökler elde etmek yaklaşık 5 hafta sürdü.
Gen fonksiyonunun hızlı karakterizasyonu, çoğu türün çalışmasında ortak amaçtır ve kaynak bitkilerin gelişimi için özellikle önemlidir. A. rhizogenes aracılı transformasyon, tüylü kök kültüründe yaygın olarak kullanılmaktadır. Tüylü kök kültürü (HRC), metabolit üretiminin benzersiz bir kaynağı olarak, metabolik mühendislikte çok önemli bir rol oynar18,28. Bu teknolojinin uygulanmas...
Yazarlar, bu yazıda rapor edilen çalışmayı etkilemiş gibi görünebilecek bilinen hiçbir rakip mali çıkarları veya kişisel ilişkileri olmadığını beyan ederler.
Yazarlar, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (31800509, 31922058), Pekin Ormancılık Üniversitesi'ndeki Üstün Genç Yetenek Fonu" (2019JQ03009), Merkezi Üniversiteler için Temel Araştırma Fonları (2021ZY16), Pekin Belediye Doğa Bilimleri Vakfı (6212023) ve Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (2018YFD1000602,2019YFD1000605-1) ve Pekin Moleküler Tasarım Yoluyla Ağaç Islahı için İleri İnovasyon Merkezi. Makaleyi yazarken gösterdiği rehberlik için Zhengyang Hou'ya ve makale fikri konusundaki rehberliği için Profesör Meng Dong'a teşekkür etmek istiyorum.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.1 mL qPCR 8-strip tube (with optical caps) | KIRGEN, Shanghai, China | KJ2541 | |
ABA | Solarbio Life Science, Beijing, China | A8060 | |
Agar powder | Solarbio Life Science, Beijing, China | A8190 | |
Centrifuge | Osterode am Harz, Germany | d37520 | |
CFX Connect TW Optics Module | Bio-rad, US | 1855200 | |
constant temperature incubator | Shanghai Boxun Industry & Commerce Co., Ltd, Shanghai,China | BPX-82 | |
Diposable Petri dish | Corning, US | ||
Dry Bath | Gingko Bioscience Company/Coyote bioscience, China | H2H3-100C | |
Eastep Total RNA Extraction Kit50 | Promega, Beijing, China | LS1030 | |
Electronic balance | Tianjin, China | TD50020 | |
Filter pape | Hangzhou wohua Filter Paper Co., Ltd, China | ||
FiveEasy Plus | Mettler Toledo, Shanghai, China | 30254105 | |
Flowerpot 9*9 | China | ||
JA | Solarbio Life Science, Beijing, China | J8070 | |
Kan | Solarbio Life Science, Beijing, China | K8020 | |
MagicSYBR Mixture | CWBIO, Beijing, China | CW3008M | |
Mini Microcentrifuge | Scilogex, Beijing, China | S1010E | |
NaCl | Solarbio Life Science, Beijing, China | S8210 | |
NanPhotometer N50 Touch | IMPLEN GMBH, Germany | T51082 | |
Purelab untra | |||
Rifampicin | Solarbio Life Science, Beijing, China | R8010 | |
Seedling box 30*200 | China | ||
Thermal Cycler PCR | Bio-rad, US | T100 | |
Thermostatic oscillator | Beijing donglian Har lnstrument Manufacture Co.,Ltd,China | DLHE-Q200 | |
Tomy Autoclave | Tomy, Japan | SX-500 | |
Tryptone | Solarbio Life Science, Beijing, China | LP0042 | |
UEIris II RT-PCR System for First-Strand cDNA Synthesis( with dsDNase) | US Everbright INC, Jiangsu, China | R2028 | |
Yeast Extract powder | Solarbio Life Science, Beijing, China | LP0021 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır