Name: real-time detection of reactive oxygen species production in immune response in rice with a chemiluminescence assay
Uploaded: 2022-11-25T15:00:00
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Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni della Shanghai Natural Science Foundation (numero di sovvenzione: 21ZR1429300 / BS1500016), Shanghai Jiao Tong University (programma Agri-X, numero di sovvenzione: AF1500088/002), Shanghai Collaborative Innovation Center of Agri-Seeds (numero di sovvenzione: ZXWH2150201 / 001) a Jiangbo Fan, e dal progetto di collaborazione medico-ingegneristica della Shanghai Jiao Tong Univesity (numero di sovvenzione: 21X010301734) a Can Li.

NOTA: Il protocollo è applicabile a diversi tessuti vegetali. Guaina di riso e dischi di foglie sono stati utilizzati in questo protocollo per il rilevamento ROS dopo l'elicitazione PAMP. Poiché le differenze sorgono principalmente a causa del metodo di campionamento, solo le procedure comuni sono descritte di seguito, con misure specifiche menzionate ove necessario.
1. Coltura vegetale
<ol><li>Sterilizzare i semi di riso decorticati con etanolo al 70% per 1 minuto, quindi...

<ol>
	<li>Gechev, T. S., Van Breusegem, F., Stone, J. M., Denev, I., Laloi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+oxygen+species+as+signals+that+modulate+plant+stress+responses+and+programmed+cell+death.">Reactive oxygen species as signals that modulate plant stress responses and programmed cell death.</a> Bioessays. 28 (11), 1091-1101 (2006).</li><li>Mittler, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ROS+are+good.">ROS are good.</a> Trends in Plant Science. 22 (1), 11-19 (2017).</li><li>Gilroy, 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=ROS,+calcium,+and+electric+signals:+key+mediators+of+rapid+systemic+signaling+in+plants.">ROS, calcium, and electric signals: key mediators of rapid systemic signaling in plants.</a> Plant Physiology. 171 (3), 1606-1615 (2016).</li><li>Mittler, R., Vanderauwera, S., Gollery, M., Van Breusegem, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+oxygen+gene+network+of+plants.">Reactive oxygen gene network of plants.</a> Trends in Plant Science. 9 (10), 490-498 (2004).</li><li>Marino, D., Dunand, C., Puppo, A., Pauly, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+burst+of+plant+NADPH+oxidases.">A burst of plant NADPH oxidases.</a> Trends in Plant Science. 17 (1), 9-15 (2012).</li><li>Mittler, R., Zandalinas, S. I., Fichman, Y., Van Breusegem, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+oxygen+species+signalling+in+plant+stress+responses.">Reactive oxygen species signalling in plant stress responses.</a> Nature Reviews Molecular Cell Biology. 23 (10), 663-679 (2022).</li><li>Suzuki, N., Koussevitzky, S., Mittler, R., Miller, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ROS+and+redox+signalling+in+the+response+of+plants+to+abiotic+stress.">ROS and redox signalling in the response of plants to abiotic stress.</a> Plant, Cell &amp; Environment. 35 (2), 259-270 (2012).</li><li>Suzuki, 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=Respiratory+burst+oxidases:+the+engines+of+ROS+signaling.">Respiratory burst oxidases: the engines of ROS signaling.</a> Current Opinion in Plant Biology. 14 (6), 691-699 (2011).</li><li>Kadota, Y., Shirasu, K., Zipfel, C. <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+the+NADPH+oxidase+RBOHD+during+plant+immunity.">Regulation of the NADPH oxidase RBOHD during plant immunity.</a> Plant and Cell Physiology. 56 (8), 1472-1480 (2015).</li><li>Segonzac, C., Zipfel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+plant+pattern-recognition+receptors+by+bacteria.">Activation of plant pattern-recognition receptors by bacteria.</a> Current Opinion in Microbiology. 14 (1), 54-61 (2011).</li><li>Roda, 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=Progress+in+chemical+luminescence-based+biosensors:+A+critical+review.">Progress in chemical luminescence-based biosensors: A critical review.</a> Biosensors and Bioelectronics. 76, 164-179 (2016).</li><li>Hong, D., Joung, H. -. A., Lee, D. Y., Kim, S., Kim, M. -. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Attomolar+detection+of+cytokines+using+a+chemiluminescence+immunoassay+based+on+an+antibody-arrayed+CMOS+image+sensor.">Attomolar detection of cytokines using a chemiluminescence immunoassay based on an antibody-arrayed CMOS image sensor.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 221, 1248-1255 (2015).</li><li>Nishinaka, Y., 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=et+al.+new+sensitive+chemiluminescence+probe,+L-012,+for+measuring+the+production+of+superoxide+anion+by+cells.">et al. new sensitive chemiluminescence probe, L-012, for measuring the production of superoxide anion by cells.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 193 (2), 554-559 (1993).</li><li>Grundy, J., Stoker, C., Carre, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circadian+regulation+of+abiotic+stress+tolerance+in+plants.">Circadian regulation of abiotic stress tolerance in plants.</a> Frontiers in Plant Science. 6, 648 (2015).</li></ol>

Lo scopo di questo studio era quello di stabilire un metodo altamente efficiente per quantificare la produzione precoce di ROS in risposta al PAMP nei tessuti di riso. Questo metodo fornisce una procedura standardizzata per la determinazione in tempo reale dei ROS apoplast prodotti da tessuti di riso trattati. Questo metodo è semplice nel funzionamento, a basso costo, chiaro nella composizione e indipendente dai kit commerciali. Utilizzando questo metodo, i ricercatori possono studiare la produzione in tempo reale di RO...

Le specie reattive dell'ossigeno (ROS) comprendono una serie di derivati dell'ossigeno chimicamente attivi, compresi i radicali anionici superossido (O2-) e i suoi derivati, i radicali idrossilici (OH-), il perossido di idrogeno e i prodotti dell'ossigeno singoletto o delle reazioni di ossido-riduzione, che sono costantemente prodotti in plastidi e cloroplasti, mitocondri, perossisomi e altre sedi subcellulari1 . I ROS svolgono un ruolo importante in molti processi biologici e sono essenziali per tutte le piante 2,3,4. L'ampio spettro delle funzioni dei ROS varia dalla regolazione della crescita e dello sviluppo alla percezione degli stress abiotici e biotici 5,6,7,8.
Nel sistema immunitario delle piante, i recettori localizzati nella membrana plasmatica delle cellule vegetali - i cosiddetti recettori di riconoscimento dei pattern (PRR) - percepiscono i modelli molecolari associati ai patogeni (PAMP) delle sostanze chimiche derivate dai patogeni. Questo riconoscimento innesca una serie di risposte immunitarie veloci, tra cui afflusso di calcio, ROS burst e cascata MAPK; quindi, questo strato di immunità è chiamato immunità innescata da PAMP (PTI). Il burst ROS è una risposta PTI distintiva, la cui determinazione è ampiamente applicata agli studi relativi a PTI 9,10. La produzione di ROS innescata dai PAMP è attribuita alla NADPH ossidasi residente nella membrana plasmatica, o proteine della famiglia dell'omologo dell'esplosione respiratoria ossidasi (RBOH), che trasferiscono elettroni dal NADPH citosolico o NADH all'ossigeno extracellulare per produrre superossido (O 2-) che viene convertito spontaneamente in perossido di idrogeno (H 2 O 2) dalla superossido dismutasi8 . Lo scoppio di ROS innescato da PAMP è abbastanza rapido, appare solo pochi minuti dopo il trattamento PAMP e raggiunge il picco a ~ 10-12 minuti. La stragrande maggioranza delle molecole di ROS comprende perossido di idrogeno (H 2 O2), che può essere facilmente e costantemente rilevato con un saggio di chemiluminescenza.
Nella chemiluminescenza, il reagente chemiluminescenza reagisce con l'ossigeno attivo, sotto l'azione di un catalizzatore, per produrre gli intermedi di stato eccitato. Quindi, gli elettroni nel prodotto ritornano allo stato fondamentale attraverso la transizione non radiativa ed emettono fotoni. I reagenti comuni a chemiluminescenza includono luminol e L-012, con luminolo che domina l'applicazione11,12,13. Tuttavia, sempre più ricercatori scelgono L-012 per rilevare la produzione di ROS, poiché L-012 ha un'efficienza di emissione luminosa molto più elevata in condizioni di pH neutro o quasi neutro rispetto al luminolo.
Questo articolo descrive un metodo di chemiluminescenza ottimizzato, basato su L-012, per la rilevazione in tempo reale della produzione di ROS dopo l'elicitazione di PAMP nei dischi e nella guaina dei tessuti di riso (Oryza sativa). Il metodo qui fornito è semplice, stabile e standardizzato ed è altamente adattabile per soddisfare diverse esigenze sperimentali. I dati ottenuti con questo metodo sono altamente riproducibili in condizioni saldamente controllate.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>96-well microtiter plate</td>
			<td>WHB</td>
			<td>WHB-96-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol absolute</td>
			<td>Innochem</td>
			<td>A43543</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>flg22</td>
			<td>Sangon Biotech</td>
			<td>p20973</td>
			<td>PAMP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gen5</td>
			<td>BioTek</td>
			<td></td>
			<td>software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-012</td>
			<td>FUJIFILM</td>
			<td>120-04891</td>
			<td>8-amino-5-chloro-7-phenyl-2,3-dihydropyrido [3,4-d] pyridazine-1,4-dione, CAS #:143556-24-5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplate reader</td>
			<td>BioTek</td>
			<td>Synergy 2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MS Medium</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>M8521</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCLO</td>
			<td>Aladdin</td>
			<td>S101636</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peroxidase from horseradish (HRP)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P8375</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phytagel</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P8169</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sampler</td>
			<td>Miltex&#160;</td>
			<td>15110-40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sangon Biotech</td>
			<td>A502792</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris</td>
			<td>Sangon Biotech</td>
			<td>A610195</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

real-time detection of reactive oxygen species production in immune response in rice with a chemiluminescence assay

Le specie reattive dell'ossigeno (ROS) svolgono un ruolo vitale in una varietà di processi biologici, tra cui il rilevamento di stress abiotici e biotici. In caso di infezione da patogeni o di sfida con sostanze chimiche associate ai patogeni (modelli molecolari associati ai patogeni [PAMP]), una serie di risposte immunitarie, tra cui un burst di ROS, vengono rapidamente indotte nelle piante, che è chiamata immunità innescata da PAMP (PTI). Un burst ROS è una risposta PTI caratteristica, che è catalizzata da un gruppo di ossidasi NADPH localizzate nella membrana plasmatica, le proteine della famiglia RBOH. La stragrande maggioranza dei ROS comprende perossido di idrogeno (H 2 O2), che può essere facilmente e costantemente rilevato con un metodo di chemiluminescenza a base di luminol. La chemiluminescenza è una reazione che produce fotoni in cui il luminolo, o il suo derivato (come L-012), subisce una reazione redox con ROS sotto l'azione di un catalizzatore. Questo articolo descrive un metodo di chemiluminescenza ottimizzato basato su L-012 per rilevare la produzione di ROS apoplast in tempo reale dopo l'elicitazione di PAMP nei tessuti di riso. Il metodo è facile, costante, standardizzato e altamente riproducibile in condizioni saldamente controllate.

Qui, prendiamo il materiale di riso come esempio per determinare il ROS prodotto con il trattamento flg22. La generazione di ROS dopo l'elicitazione è transitoria. Nel riso, l'aumento della produzione di ROS è stato rilevato per la prima volta in 1-2 minuti, ha raggiunto il picco a 10-12 minuti ed è tornato alla linea di base in ~ 30-35 minuti (Figura 3). Rispetto al test di controllo, in cui il PAMP era assente nella soluzione di elicitazione con conseguente assenza di induzione evidente...

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Real-Time Detection of Reactive Oxygen Species Production in Immune Response in Rice with a Chemiluminescence Assay

Qui, descriviamo un metodo per la rilevazione in tempo reale della produzione di specie reattive dell'ossigeno apoplastico (ROS) nei tessuti di riso nella risposta immunitaria innescata da pattern molecolari associati ai patogeni. Questo metodo è semplice, standardizzato e genera risultati altamente riproducibili in condizioni controllate.

Rilevamento in tempo reale della produzione di specie reattive dell'ossigeno nella risposta immunitaria nel riso con un saggio di chemiluminescenza

Reactive oxygen species (ROS) play vital roles in a variety of biological processes, including the sensing of abiotic and biotic stresses. Upon pathogen ...

Questo protocollo descrive un metodo di chemiluminescenza ottimizzato basato su L-012 per rilevare la produzione di ROS in tempo reale dopo l'elicitazione di PAMP nei tessuti di riso. Questo metodo è semplice, standardizzato e altamente riproducibile in condizioni saldamente controllate. A dimostrare questa procedura sarà On Ying, uno studente di dottorato del mio laboratorio.Per iniziare, sterilizzare i semi di riso decorticati con etanolo al 70% per un minuto, quindi con ipoclorito di sodio al 40% per un'ora. Risciacquare i semi cinque volte con acqua sterile per rimuovere il cloro residuo. Nel metodo della guaina di riso, placcare direttamente i semi nel recipiente di vetro sterile con Murashige e Skoog o MS medium.Per placcare i semi nel metodo del disco fogliare, placcarli su piastre MS per cinque o sette giorni e poi trapiantarli nella matrice di crescita o nel terreno. Coltiva le piantine in una stanza di crescita con un periodo di luce di 12 ore, un periodo di foto scure di 12 ore. Tagliare la guaina da piantine di riso di 10 giorni in segmenti di tre millimetri con una lama affilata o una lama chirurgica per il pretrattamento un giorno prima del test ROS.Posizionare cinque segmenti di guaina in un singolo pozzetto di una piastra di microtitolazione a 96 pozzetti contenente 100 microlitri di acqua bidistillata per 10-12 ore. Tagliare i dischi fogliari da quattro a sei settimane di piante di riso usando un punzone bioptico con uno stantuffo. Tagliare sempre i dischi foglia dal terzo centrale della seconda foglia della fresatrice principale per ridurre la variazione dei dati.Quindi, posizionare un disco fogliare in un pozzetto individuale di una piastra di microtitolazione a 96 pozzetti contenente 100 microlitri di acqua bidistillata per 10-12 ore per il pretrattamento. Mantenere tutti i dischi fogliari galleggianti e rivolti verso l'alto nei pozzetti di una piastra di microtitolazione per il pretrattamento dell'acqua per evitare variazioni associate al lato fogliare. Preparare la soluzione di elicitazione combinando 9,4 millilitri di 50 micromolari Tris Hcl, 400 microlitri di soluzione di L012, 100 microlitri di perossidasi di ravanello equino e 100 microlitri di Flg22.Aggiungere 200 microlitri di soluzione di elicitazione ai pozzetti. Avviare il software e fare clic sul pulsante esperimenti per creare un nuovo protocollo o utilizzare un protocollo esistente. Fare clic sulla procedura nel popup per impostare la piastra e selezionare i pozzetti dalla piastra da monitorare.Fare clic su start kinetic e impostare il runtime su 30 minuti o più, a seconda dei requisiti sperimentali. Selezionare l'intervallo minimo per ottenere le letture il più frequentemente possibile. E per il tempo di integrazione, scegli un secondo o più a seconda dell'intensità del segnale.Fare clic su convalida, seguito da OK per confermare le impostazioni, quindi fare clic su rileva la nuova piastra nel popup e attendere che il software richieda la finestra di dialogo della piastra di carico. Rimuovere con cura l'acqua bidistillata dai pozzetti contenenti i tessuti pretrattati, evitando danni ai tessuti o disseccamenti. Utilizzare una pipetta multicanale per aggiungere 200 microlitri della soluzione di elicitazione ai pozzetti contenenti i tessuti.Posizionare la piastra da testare sul supporto e iniziare il rilevamento. Per indurre ROS da Flg22, sono stati utilizzati dischi fogliari e guaine lunghe tre millimetri. La generazione di ROS viene monitorata per 35 minuti.Le barre indicano le medie delle deviazioni standard calcolate da cinque ripetizioni tecniche. Nel riso, l'aumento della produzione di ROS è stato rilevato per la prima volta in uno o due minuti, ha raggiunto il picco di 10-12 minuti ed è tornato alla linea di base in circa 30-35 minuti. La quantità totale di ROS è stata calcolata dalla curva.Per ottenere la quantità totale di valori ROS, applicare la formula ai set di dati corrispondenti per calcolare il ROS generato in ogni intervallo di tempo, che può essere combinato applicando la somma della formula per calcolare l'importo totale generato. Un singolo foro o due metà di un disco fogliare sono stati posti nei pozzetti di una piastra di microtitolazione a 96 pozzetti pretrattata con 100 microlitri di acqua bidistillata per 10-12 ore e quindi trattata con Flg22 per l'induzione ROS. I valori di lettura dei due campioni di mezzo disco sono molto più alti di quelli dell'intero disco fogliare.In media, i valori totali dei due campioni di mezzo disco sono quasi 1,6 volte superiori a quelli dell'intero disco fogliare, che è proporzionale alla lunghezza del bordo, non all'area dei campioni. Questo risultato supporta che i ROS sono generati principalmente nelle cellule nel sito della ferita. Quando si tenta di eseguire questa procedura, operare con i tessuti delicatamente e non fare ulteriori tagli che potrebbero essere una fonte di variazione dei dati.Questo metodo può essere applicato a qualsiasi altro processo fisiologico che produce ROS nei tessuti vegetali.

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