Name: lignin down-regulation of zea mays via dsrnai and klason lignin analysis
Uploaded: 2014-07-23T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis at JoVE.com

Den mikroskopiska avbildning genomfördes via de tjänster av Michigan State University Center for Advanced mikroskopi. Majs förhårdnader köptes från Majs Transformation Center of Iowa State University. Författarna vill tacka Jeffrey R. Weather av MSU växt Research Laboratory för hans tekniskt stöd på kolhydratanalys. Denna forskning har generöst finansierat av Corn Marketing Program of Michigan (CMPM) och konsortiet för Växt Biotechnology Research (CPBR).

1. Beredning av dsRNAi konstruktioner som används för nedreglering av ZmCCR1 <ol><li> Design gen specifika primers inklusive nödvändiga restriktionsenzymställen för att göra en dsRNAi bygga till knock-out på ZmCCR1 genen. Två primeruppsättningar utformades för att amplifiera två fragmentsegment ZmCCR1 cDNA:. Ett 523 bp-fragmentet från nukleotid 748 till 1271, och ett 285 bp fragment från nukleotid 986 till 1271 Den ZmCCR1 cDNA tillgänglig från Arizona Genome Institut...

<ol>
	<li>Ralph, J., Grabber, J. H., Hatfield, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin-ferulate+cross-links+in+grasses+-+Active+incorporation+of+ferulate+polysaccharide+esters+into+ryegrass+lignins.">Lignin-ferulate cross-links in grasses - Active incorporation of ferulate polysaccharide esters into ryegrass lignins.</a> Carbohydrate research. , 275-178 (1995).</li><li>Park, S. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Expediting cellulosic biofuels agenda: Production of high value-low volume co-products and lignin down-regulation of bioenergy crops [Ph.D. thesis]. , (2011).</li><li>Boerjan, W., Ralph, J., Baucher, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin+biosynthesis.">Lignin biosynthesis.</a> Annual review of plant biology. 54, 519-546 (2003).</li><li>Gibson, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hierarchical+structure+and+mechanics+of+plant+materials.">The hierarchical structure and mechanics of plant materials.</a> Journal of the Royal Society, Interface / the Royal Society. 9, 2749-2766 (2012).</li><li>Dien, B. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancing+alfalfa+conversion+efficiencies+for+sugar+recovery+and+ethanol+production+by+altering+lignin+composition.">Enhancing alfalfa conversion efficiencies for sugar recovery and ethanol production by altering lignin composition.</a> Bioresource technology. , 102-6486 (2011).</li><li>Fu, C. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Downregulation+of+Cinnamyl+Alcohol+Dehydrogenase+(CAD)+Leads+to+Improved+Saccharification+Efficiency+in+Switchgrass.">Downregulation of Cinnamyl Alcohol Dehydrogenase (CAD) Leads to Improved Saccharification Efficiency in Switchgrass.</a> Bioenerg Res. 4, 153-164 (2011).</li><li>Grabber, J. H., Ralph, J., Hatfield, R. D., Quideau, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=p-hydroxyphenyl,+guaiacyl,+and+syringyl+lignins+have+similar+inhibitory+effects+on+wall+degradability.">p-hydroxyphenyl, guaiacyl, and syringyl lignins have similar inhibitory effects on wall degradability.</a> Journal of agricultural and food chemistry. 45, 2530-2532 (1997).</li><li>Li, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin+monomer+composition+affects+Arabidopsis+cell-wall+degradability+after+liquid+hot+water+pretreatment.">Lignin monomer composition affects Arabidopsis cell-wall degradability after liquid hot water pretreatment.</a> Biotechnology for biofuels. 3, (2010).</li><li>Mansfield, S. D., Kang, K. Y., Chapple, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designed+for+deconstruction--poplar+trees+altered+in+cell+wall+lignification+improve+the+efficacy+of+bioethanol+production.">Designed for deconstruction--poplar trees altered in cell wall lignification improve the efficacy of bioethanol production.</a> The New phytologist. 194, 91-101 (2012).</li><li>Studer, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin+content+in+natural+Populus+variants+affects+sugar+release.">Lignin content in natural Populus variants affects sugar release.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 6300-6305 (2011).</li><li>Chen, F., Dixon, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin+modification+improves+fermentable+sugar+yields+for+biofuel+production.">Lignin modification improves fermentable sugar yields for biofuel production.</a> Nature. 25, 759-761 (2007).</li><li>Ziebell, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increase+in+4-coumaryl+alcohol+units+during+lignification+in+alfalfa+(Medicago+sativa)+alters+the+extractability+and+molecular+weight+of+lignin.">Increase in 4-coumaryl alcohol units during lignification in alfalfa (Medicago sativa) alters the extractability and molecular weight of lignin.</a> The Journal of biological chemistry. 285, 38961-38968 (2010).</li><li>Park, S. -. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+quest+for+alternatives+to+microbial+cellulase+mix+production:+corn+stover-produced+heterologous+multi-cellulases+readily+deconstruct+lignocellulosic+biomass+into+fermentable+sugars.">The quest for alternatives to microbial cellulase mix production: corn stover-produced heterologous multi-cellulases readily deconstruct lignocellulosic biomass into fermentable sugars.</a> Journal of Chemical Technolog., and Biotechnology. 86, 633-641 (2011).</li><li>Mol, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+plant+gene+expression+by+antisense+RNA.">Regulation of plant gene expression by antisense RNA.</a> FEBS letters. 268, 427-430 (1990).</li><li>Adamo, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transgene-mediated+cosuppression+and+RNA+interference+enhance+germ-line+apoptosis+in+Caenorhabditis+elegans.">Transgene-mediated cosuppression and RNA interference enhance germ-line apoptosis in Caenorhabditis elegans.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 3440-3445 (2012).</li><li>Smith, N. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Total+silencing+by+intron-spliced+hairpin+RNAs.">Total silencing by intron-spliced hairpin RNAs.</a> Nature. 407, 319-320 (2000).</li><li>Park, S. -. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Downregulation+of+Maize+Cinnamoyl-Coenzyme+A+Reductase+via+RNA+Interference+Technology+Causes+Brown+Midrib+and+Improves+Ammonia+Fiber+Expansion-Pretreated+Conversion+into+Fermentable+Sugars+for+Biofuels.">Downregulation of Maize Cinnamoyl-Coenzyme A Reductase via RNA Interference Technology Causes Brown Midrib and Improves Ammonia Fiber Expansion-Pretreated Conversion into Fermentable Sugars for Biofuels.</a> Crop Sci. 52, 2687-2701 (2012).</li><li>Altpeter, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+bombardment+and+the+genetic+enhancement+of+crops:+myths+and+realities.">Particle bombardment and the genetic enhancement of crops: myths and realities.</a> Mol Breeding. 15, 305-327 (2005).</li><li>Pichon, M., Courbou, I., Beckert, M., Boudet, A. M., Grima-Pettenati, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cloning+and+characterization+of+two+maize+cDNAs+encoding+cinnamoyl-CoA+reductase+(CCR)+and+differential+expression+of+the+corresponding+genes.">Cloning and characterization of two maize cDNAs encoding cinnamoyl-CoA reductase (CCR) and differential expression of the corresponding genes.</a> Plant molecular biology. 38, 671-676 (1998).</li><li>Mansoor, S., Amin, I., Hussain, M., Zafar, Y., Briddon, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+novel+traits+in+plants+through+RNA+interference.">Engineering novel traits in plants through RNA interference.</a> Trends in plant science. 11, 559-565 (2006).</li><li>Hatfield, R. D., Jung, H. -. J. G., Ralph, J., Buxton, D. R., Weimer, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+the+insoluble+residues+produced+by+the+Klason+lignin+and+acid+detergent+lignin+procedures.">A comparison of the insoluble residues produced by the Klason lignin and acid detergent lignin procedures.</a> J Sci Food Agr. 65, 51-58 (1994).</li><li>Sluiter, J. B., Ruiz, R. O., Scarlata, C. J., Sluiter, A. D., Templeton, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compositional+analysis+of+lignocellulosic+feedstocks.+1.+Review+and+description+of+methods.">Compositional analysis of lignocellulosic feedstocks. 1. Review and description of methods.</a> Journal of agricultural and food chemistry. 58, 9043-9053 (2010).</li><li>Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J., Templeton, D., Crocker, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+structural+carbohydrates+and+lignin+in+biomass.">Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass.</a> Laboratory Analytic Procedure. , (2008).</li><li>Bate, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Relationship+between+Phenylalanine+Ammonia-Lyase+Levels+and+Phenylpropanoid+Accumulation+in+Transgenic+Tobacco+Identifies+a+Rate-Determining+Step+in+Natural+Product+Synthesis.">Quantitative Relationship between Phenylalanine Ammonia-Lyase Levels and Phenylpropanoid Accumulation in Transgenic Tobacco Identifies a Rate-Determining Step in Natural Product Synthesis.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91, 7608-7612 (1994).</li><li>Hu, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repression+of+lignin+biosynthesis+promotes+cellulose+accumulation+and+growth+in+transgenic+trees.">Repression of lignin biosynthesis promotes cellulose accumulation and growth in transgenic trees.</a> Nature. 17, 808-812 (1999).</li><li>Lapierre, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signatures+of+cinnamyl+alcohol+dehydrogenase+deficiency+in+poplar+lignins.">Signatures of cinnamyl alcohol dehydrogenase deficiency in poplar lignins.</a> Phytochemistry. 65, 313-321 (2004).</li><li>Updegraff, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semimicro+determination+of+cellulose+in+biological+materials.">Semimicro determination of cellulose in biological materials.</a> Anal Biochem. 32, 420-424 (1969).</li><li>Yemm, E. W., Willis, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+estimation+of+carbohydrates+in+plant+extracts+by+anthrone.">The estimation of carbohydrates in plant extracts by anthrone.</a> The Biochemical journal. 57, 508-514 (1954).</li><li>Filomena, A. P., Cherie, W., Geoffrey, B. F., Antony, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determining+the+polysaccharide+composition+of+plant+cell+walls.">Determining the polysaccharide composition of plant cell walls.</a> Nature. 7, 1590-1607 (2012).</li><li>Foster, C. E., Martin, T. M., Pauly, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+Compositional+Analysis+of+Plant+Cell+Walls+(Lignocellulosic+biomass)+Part+II:+Carbohydrates.">Comprehensive Compositional Analysis of Plant Cell Walls (Lignocellulosic biomass) Part II: Carbohydrates.</a> J. Vis. Exp. (e1837), (2010).</li><li>Department of Agronomy, Iowa State University. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+bombardment+of+Hi+II+immature+zygotic+embryos+and+recovery+of+transgenic+maize+plants.">Particle bombardment of Hi II immature zygotic embryos and recovery of transgenic maize plants.</a> , (2005).</li><li>Cano-Delgado, A., Penfield, S., Smith, C., Catley, M., Bevan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduced+cellulose+synthesis+invokes+lignification+and+defense+responses+in+Arabidopsis+thaliana.">Reduced cellulose synthesis invokes lignification and defense responses in Arabidopsis thaliana.</a> The Plant journal : for cell and molecular biology. 34, 351-362 (2003).</li><li>Boudet, A. M., Kajita, S., Grima-Pettenati, J., Goffner, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignins+and+lignocellulosics:+a+better+control+of+synthesis+for+new+and+improved+uses.">Lignins and lignocellulosics: a better control of synthesis for new and improved uses.</a> Trends in plant science. 8, 576-581 (2003).</li></ol>

Tillgängligheten av mikrobiella cellulaser att växtcellväggen polysackarider är i hög grad beroende av i vilken grad de är associerade med fenolpolymerer 23. Konverteringskursen från lignocellulosa till jäsbara sockret är negativt korrelerad med ligninhalt deponeras i växt secondadry cellväggar. Detta samband har hänförts till de fysiska egenskaperna hos lignin såsom hydrofobicitet 24, kemisk heterogenitet, och avsaknaden av regelbundna hydrolyser intermonomeric länksystemen 25....

Produktionen av biobränslen från lignocellulosa är mycket önskvärt på grund av dess nuvarande överflöd i USA 1, och i fallet med hållbart uttag av jordbruks-och skogsrester, förmågan att inte konkurrera direkt för åkermark som används för livsmedel och foderproduktionen. Men till skillnad från majs korn, vilket är den huvudsakliga källan till biobränsle för närvarande genereras i USA, lignocellulosa material är betydligt mer komplexa och svåra att bryta ner. Förutom den långkedjiga kolhydrater, cellulosa och hemicellulosa, som är de viktigaste källorna till socker under jäsning av lignocellulosa-material, många typer av växtcellväggar även innehåller lignin, en phenylpropanoid polymer som ger styrka, försvar mot patogen attack, och hydrofoba till cellväggarna. Samtidigt som behövs för växternas tillväxt och överlevnad, lignin utgör också ett betydande hinder för en framgångsrik enzymatiska omvandlingen av cellulosa och hemicelluförlorar till lösliga sockerarter. Material med hög lignininnehåll är i allmänhet mindre önskvärda material för både biobränsle (genom biologisk omvandlingsvägar) samt massa-och pappersindustrin på grund av de negativa effekterna på bearbetningsegenskaper och produktkvalitet. Därför kan genetisk manipulation av växtmaterial för lignin minskning på en nivå som inte stör gröda hållfasthet och försvarssystem är viktigt för att minska produktionskostnaderna för både lignocellulosa biobränsle samt massa-och pappersindustrin. I majs (Zea mays), är lignin kovalent tvärbunden till hemicellulosa i den primära cellväggen via ferulat och diferulate bryggor 2. Ligninet-hemicellulosa komplex binder till cellulosa mikrofibriller genom vätebindningar och bildar en komplex matris som ger integritet och styrka till den sekundära cellväggen. Den mekaniska hållfastheten hos växtcellväggar är till stor del bestäms av den typ av lignin subenheter 3-5. I tidigare studier, att ändra proportionerna av lignin subenheter har inte visat någon tydlig trend på enzymatisk smältbarhet 6-11. Men minskningar av ligninhalt visar generellt en förbättring i omvandlingar 12,13 och kan vara en nyckel till att öka smältbarheten av växtmaterial genom hydrolytiska enzymer inklusive endocellulases, cellobiohydrolaser och β-glukosidaser 14. Genteknik att reglera uttrycksnivån av transkript har utför praktiseras för att förbättra skärdrag. Avancerade tekniker, inklusive antisens 15 och co-suppression 16 tekniker, möjliggör effektiv nedreglering av mål gener. Komplett gen knock-out har också uppnåtts med användning av genkonstruktioner som kodar för intron splitsat RNA med en hårnålsstruktur 17. Dessutom ett dubbelsträngat RNA-interferens (dsRNAi)-teknik, det vill säga ett kraftfullt och effektivt genuttryck mediator som fungerar genom att antingen rikta transkriptet nedbrytning eller translation förtryck, tillhandahåller ett potent medel för att inducera ett brett spektrum av undertryckande effekt på mål-mRNA 18. Genen som tystar tekniker visar flera begränsningar. Dessa tekniker har inte exakt reglera nivån av transkription och det kan ge upphov till oväntade tystande effekter på andra homologa gener. Vid denna metod användes vi partikelbombardemang för att bära dsRNAi konstruktioner i genomet majs. Hittills har ett brett spektrum av växtarter framgångsrikt förvandlats med hjälp av partikelbombardemang, Agrobacterium medierad transformation, elektroporation och mikroinjektion metoder. I majs genetisk transformation, är partikelbombardemang metoden fördelaktig över alla andra metoder, eftersom det är det mest effektiva. Partikelbombardemang är inte beroende av bakterier, så metoden är fritt från biologiska begränsningar, till exempel storleken på de Gene, arter av genen ellerigin eller anläggningen genotyp. Den fysiska transgen avgivningssystemet möjliggör högmolekylärt DNA och flera gener som skall införas i växtgenom och i vissa fall in i kloroplaster med hög transformationseffektivitet 19. Reduktionen lignin i det vaskulära systemet hos blad mitten ribba kan visualiseras genom svepelektronmikroskopi (SEM) som är fördelaktigt för prövningen av topografi och sammansättningen av prover. I majsplantor, två av cinnamoyl-CoA reduktas (ZmCCR1: X98083 och ZmCCR2: Y15069) gener hittades i majsgenomet 20. Cinnamoyl-CoA reduktas katalyserar omvandlingen av hydroxycinnamoyl-CoA-estrar i kanel aldehyder. Vi valde ZmCCR1 genen för att nedreglera detta enzym eftersom genen uttrycks i alla lignifying vävnader. De 523 nukleotidema vid 3&#39;-terminalen av den ZmCCR1 genen valdes för en dsRNAi konstruera eftersom de sekvenser verkade varamer varierande jämfört med dem i ZmCCR2. Därmed skulle dsRNAi konstruktionen exakt binder endast till ZmCCR1, undvika off-target tysta 21. En ZmCCR1_RNAi konstruktion var konstruerad in i cytoplasman expressionssystem ImpactVector1.1-tagg (IV 1.1) som innehåller den gröna vävnadsspecifik promotor, ribulos-1, 5-bisfosfatkarboxylas oxygenas (RUBISCO). För att studera effekterna av dsRNAi bygga på transgena växter, var ligninhalt kvantifieras. Den Klason (syraolösliga) ligninmätning är känd för att vara mer exakt jämfört med de sura rengöringsmedel lignin kvantifieringsmetoder som solubiliserar en del av ligninet 22. Därför var Klason lignin mätt i transgena majsstjälkar. Detta förfarande består av två led sur hydrolys som omvandlar polymera kolhydrater till lösliga monosackarider 23. Den hydrolyserade biomassan fraktionerades sedan i syra lösliga och olösliga mateALS och syraolösliga lignin mättes i enlighet med tidigare studier 23,24. Helst bör lignin analysen innefatta extraktioner med vatten och etanol före hydrolyssteget, för att avlägsna lösliga material som kan interferera med resultaten, och en efter-hydrolys förbränning av ligninet återstoden stå för all aska som finns i återstoden. Utan dessa steg, kan innehållet i provet lignin vara överdrivna. Den fullständiga metoden presenteras här, men för våra experiment kunde vi inte utföra båda dessa steg på grund av den lilla mängd material tillgängligt för testning Två andra cellväggskomponenter, cellulosa och hemicellulosa analyserades också i lignin nedregleras linjer transgen majs. Det har rapporterats att transgena växter som har ned-reglerade i antingen deras fenylalanin ammoniak-lyas (PAL) 25, 4-kumarat: CoA-ligas (4CL) 26, eller cinnamyl enlcohol dehydrogenas (CAD) 27 visar en ökning av andra cellvägg strukturella komponenter. Som ett första steg i våra studier, var kristallin cellulosa mätt med användning av Updegraff metod 28. Denna metod var ursprungligen tänkt för bestämning av cellulosa i ett stort antal av cellulolytiska bakterier och svampar. Kortfattat, de malda lagren majs behandlad med Updegraff reagens (ättiksyra: salpetersyra: vatten) för att avlägsna hemicellulosa, lignin, och xylosans. Den kristallina cellulosan helt hydrolyseras till glukos via Saeman hydrolys genom tillsats av H 2 SO 4. Den kristallina cellulosan analyserades sedan med användning av den kolorimetriska antron metod 29. För att kontrollera om hemicellulosan innehållet ändrades, de monosackariden extrakt från malda stjälkar hydrolyseras med användning av trifluorättiksyra, derivatiseras med användning av alditol acetat metod och sedan analyserades med gaskromatografi (GC) 30. De detaljerade förfarandena för kristallin cellulose innehåll och matris polysackarider sammansättningsanalyser beskrivs i Foster et al. (2010) 31. Här beskriver vi de metoder för lignin nedreglering i majs genom en RNAi-teknik, partikelbombardemang omvandling, och ligninanalys för accelererad dekonstruktion av majs lignocellulosa till fermenterbara sockerarter för biobränslen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Media</td>
			<td>Chemical compositions</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N6OSM</td>
			<td>4 g/l N6 salts</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(Osmotic medium)</td>
			<td>1 ml/l N6 vitamin stock</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>2 mg/l 2,4-D</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>100 mg/l myo-inositol</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>0.69 g/L proline</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>30 g/l sucrose</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>100 mg/L casein hydrolysate</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>36.4 g/l sorbitol</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>36.4 g/l mannitol</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>2.5g/l gelrite, pH 5.8</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Add filter sterilized silver nitrate (25uM) after autoclaving</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N6E</td>
			<td>4 g/l N6 salts</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(Callus induction)</td>
			<td>1 ml/l (1000X) N6 vitamin stock</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>2 mg/l 2,4-D</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>100 mg/l myo-inositol</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>2.76 g/l proline</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>30 g/l sucrose</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>100 mg/l casein hydrolysate</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>2.5g/l gelrite, pH 5.8.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Add filter sterilized silver nitrate (25uM) after autoclaving</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N6S media</td>
			<td>4 g/l N6 salts</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(Selection media)</td>
			<td>1 ml/l N6 vitamin stock</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>2 mg/l 2,4-D</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>100 mg/l myo-inositol</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>0.69 g/L proline</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>30 g/L sucrose</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>100 mg/L casein hydrolysate</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>36.4 g/l sorbitol</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>36.4 g/l mannitol</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>2.5g/l gelrite, pH 5.8</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Add filter sterilized silver nitrate (25uM) after autoclaving</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Regeneration medium</td>
			<td>4.3 g/L MS salts</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>1 ml/L (1000X) MS vitamin stock</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>100 mg/L myo-inositol</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>60 g/L sucrose</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>3 g/L gelrite, pH 5.8 (100x25 mm petri-plates)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Add filter sterilized bialaphos (3 mg/L) added after autoclaving.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rooting medium</td>
			<td>4.3 g/L MS salts</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>1 ml/L MS vitamin stock</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>100 mg/L myo-inositol</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>30 g/L sucrose</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>3g/L gelrite, pH 5.8 (100x25 mm petri-plates).</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Specific materials</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw-top high pressure tubes</td>
			<td>Pressure tube (#8648-27); Ace Glass, Vineland, NJ</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Plug (#5845-47); Ace Glass, Vineland, NJ</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10% Neutral buffered formalin&#160;</td>
			<td>100ml of formalin</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(1 liter)</td>
			<td>900ml of ddH2O</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>4.0 g of Sodium dihydrogen phosphate, monohydrate&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>(NaH2PO4.H2O)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipments</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bio-Rad PSD-1000/He Particle Delivery device (Hercules, CA, United States)&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zeiss PASCAL confocal laser scanning microscope (Carl Zeiss, Jena, Germany)&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excelsior ES Tissue Processor (Thermo Scientific, Pittsburgh, PA, United States).</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HistoCentre III Embedding Station (Thermo Scientific, Pittsburgh, PA, United States)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#160;Microtome Model Reichert 2030 (Reichert, Depew, NY, United States)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Emscope Sputter Coater model SC 500 (Ashford, Kent, England)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JEOL JSM-6400V Scanning Electron Microscope (JEOL Ltd., Tokyo, Japan)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fitzpatrick JT-6 Homoloid mill; Continental Process Systems, Inc., Westmont, IL</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MA35 Moisture Analyzer; Sartorius</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Critical point dryer, Balzers CPD (Leica Microsysstems Inc, Buffalo Grove, IL, United States)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

lignin down-regulation of zea mays via dsrnai and klason lignin analysis

För att underlätta användningen av lignocellulosa som alternativ bioenergi resurs, under biologiska omvandlingsprocesser, behövs ett förbehandlingssteg för att öppna strukturen hos växtcellväggen, vilket ökar tillgängligheten av cellväggen kolhydrater. Lignin, en polyfenolmaterialet förekommer i många cellväggstyper, är känt för att vara ett betydande hinder mot enzymåtkomst. Minskning av ligninhalten till en nivå som inte stör den strukturella integriteten och försvarssystemet hos växten kan vara en värdefull åtgärd för att minska kostnaderna för bioetanol. I denna studie har vi genetiskt nedregleras en av ligninet biosynthesis relaterade gener, cinnamoyl-CoA-reduktas (ZmCCR1) via en dubbelsträngad RNA-interferens teknik. Den ZmCCR1_RNAi konstruktionen integreras i genomet majs med hjälp av partikelbombardemang metoden. Transgena majsplantor växte normalt i jämförelse med vildtyp kontrollanläggningar utan iterfering med tillväxt biomassa eller försvarsmekanismer, med undantag för visning av brun-färgning i transgena växter blad mitten revben, skal och stjälkar. De mikroskopiska analyser, tillsammans med den histologiska analysen visade att blad sclerenchyma fibrer tunnats men strukturen och storleken på andra stora kärlsystemkomponenter ändrades inte. Halten lignin i transgen majs minskades från 7 till 8,7%, var halten av kristallin cellulosa ökar som svar på lignin reduktion och hemicellulosor förblev oförändrad. Analyserna kan tyda på att koldioxidflöde kan ha flyttats från lignin biosyntesen till biosyntes cellulosa. Denna artikel skisserar de förfaranden som används för att nedreglera innehållet lignin i majs via RNAi-teknik, och cellväggen sammansättningsanalyser används för att kontrollera effekten av ändringarna på cellväggen struktur.

Vi har visat en minskning av innehållet av lignin i majsplantor via RNAi. Den partikelbombardemang transformationsmetod gav omkring 30% trnasformation effektivitet. Genen tysta av ZmCCR1 observerades genomgående i T0-T2 generationer. Ligninet minskade transgena växte på samma sätt som vildtyp majsplantor förutom visning av brunfärgning på blad mitten av revbenet, skal och stjälk. Den histologiska analysen har visat att de mutanta linjerna uppvisar en signifikant reduktion i cellväggstjockleken av de s...

Watch this Scientific Journal Video about Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis at JoVE.com

Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis

Lignin nedreglering av<em&gt; Zea mays</em&gt; Via dsRNAi och Klason lignin Analys

En dubbelsträngad RNA-interferens (dsRNAi)-teknik används för att nedreglera cinnamoyl majs koenzym A-reduktas (ZmCCR1)-gen av lägre växtligninhalt. Lignin nedreglering från cellväggen visualiseras av mikroskopiska analyser och kvantifieras av Klason-metoden. Kompositionella förändringar av hemicellulosa och kristallin cellulosa analyseras.

To facilitate the use of lignocellulosic biomass as an alternative bioenergy resource, during biological conversion processes, a pretreatment step is ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

Polymer Microarrays för hög genomströmning Upptäckt av Biomaterial

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Self-reporting Scaffolds for 3-Dimensional Cell Culture

Självrapporterings Ställningar för 3-dimensionell cellodling

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting ...

Quantification of Global Diastolic Function by Kinematic Modeling-based Analysis of Transmitral Flow via the Parametrized Diastolic Filling Formalism

Kvantifiering av Global diastoliska funktionen av kinematisk modellering baserad Analys av Transmitral Flow via Parametrized diastoliska Filling Formalism

Quantitative cardiac function assessment remains a challenge for physiologists and clinicians.&#160;Although historically invasive methods have comprised ...

Studying Soft-matter and Biological Systems over a Wide Length-scale from Nanometer and Micrometer Sizes at the Small-angle Neutron Diffractometer KWS-2

Studera Soft-materia och biologiska system över ett brett Längd skala från nanometer och mikrometer storlek vid liten vinkel Neutron Diffractometer KWS-2

The KWS-2 SANS diffractometer is dedicated to the investigation of soft matter and biophysical systems covering a wide length scale, from nm to &#181;m. ...

Mammalian Cell Division in 3D Matrices via Quantitative Confocal Reflection Microscopy

Däggdjur celldelning i 3D matriser via kvantitativa Confocal speglar mikroskopi

The study of how mammalian cell division is regulated in a 3D environment remains largely unexplored despite its physiological relevance and therapeutic ...

Rapid, Scalable Assembly and Loading of Bioactive Proteins and Immunostimulants into Diverse Synthetic Nanocarriers Via Flash Nanoprecipitation

Snabba, skalbara montering och packning av bioaktiva proteiner och immunstimulerande medel i olika syntetiska Nanocarriers Via Flash Nanoprecipitation

Nanomaterials present a wide range of options to customize the controlled delivery of single and combined molecular payloads for therapeutic and imaging ...

Substructure Analyzer: A User-Friendly Workflow for Rapid Exploration and Accurate Analysis of Cellular Bodies in Fluorescence Microscopy Images

Substructure Analyzer: Ett användarvänligt arbetsflöde för snabb utforskning och korrekt analys av cellulära organ i fluorescensmikroskopi bilder

The last decade has been characterized by breakthroughs in fluorescence microscopy techniques illustrated by spatial resolution improvement but also in ...

Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

Elektriska och magnetiska fältenheter för stimulering av biologiska vävnader

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, ...

Inactivation of Pathogens via Visible-Light Photolysis of Riboflavin-5&#8242;-Phosphate

Inactivation of Pathogens via Visible-Light Photolysis of Riboflavin-5ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã‚Â²-Phosphate

Riboflavin-5&#39;-phosphate (or flavin mononucleotide; FMN) is sensitive to visible light. Various compounds, including reactive oxygen species (ROS), can ...

Engineering Antiviral Agents via Surface Plasmon Resonance

Engineering Antiviral Agents via Surface Plasmon Resonance

Tekniska antivirala medel via ytplasmonresonans

Surface plasmon resonance (SPR) is used to measure hemagglutinin (HA) binding to domain-swapped Cyanovirin-N (CV-N) dimer and to monitor interactions ...