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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Este trabajo fue apoyado por subvenciones de la Fundación de Ciencias Naturales de Shanghai (Número de subvención: 21ZR1429300 / BS1500016), la Universidad Jiao Tong de Shanghai (programa Agri-X, Número de subvención: AF1500088 / 002), el Centro de Innovación Colaborativa de Semillas Agrícolas de Shanghai (Número de subvención: ZXWH2150201 / 001) a Jiangbo Fan, y por el Proyecto de Colaboración de Ingeniería Médica de la Universidad Jiao Tong de Shanghai (número de subvención: 21X010301734) a Can Li.

NOTA: El protocolo es aplicable a diferentes tejidos vegetales. La vaina de arroz y los discos de hoja se utilizaron en este protocolo para la detección de ROS tras la obtención de PAMP. Dado que las diferencias surgen principalmente debido al método de muestreo, a continuación sólo se describen los procedimientos comunes, y se mencionan medidas específicas cuando sea necesario.
1. Cultivo vegetal
<ol><li>Esterilizar las semillas de arroz descascarilladas con etanol al...

<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>

El propósito de este estudio fue establecer un método altamente eficiente para cuantificar la producción temprana de ROS en respuesta a PAMP en tejidos de arroz. Este método proporciona un procedimiento estandarizado para la determinación en tiempo real de ROS de apoplast producidas a partir de tejidos de arroz tratados. Este método es simple en operación, bajo en costo, claro en composición e independiente de los kits comerciales. Usando este método, los investigadores pueden estudiar la producción en tiempo r...

Las especies reactivas de oxígeno (ROS) comprenden una serie de derivados de oxígeno químicamente activos, incluidos los radicales aniónicos superóxido (O2-) y sus derivados, radicales hidroxilo (OH-), peróxido de hidrógeno y productos de oxígeno singlete o reacciones de oxidación-reducción, que se producen constantemente en plastidios y cloroplastos, mitocondrias, peroxisomas y otras ubicaciones subcelulares1 . Las ROS juegan un papel importante en muchos procesos biológicos y son esenciales para todas las plantas 2,3,4. El amplio espectro de funciones de ROS varía desde la regulación del crecimiento y desarrollo hasta la percepción de estreses abióticos y bióticos 5,6,7,8.
En el sistema inmune de las plantas, los receptores localizados en la membrana plasmática de las células vegetales, los llamados receptores de reconocimiento de patrones (PRR), perciben patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) de productos químicos derivados de patógenos. Este reconocimiento desencadena una serie de respuestas inmunes rápidas, incluyendo la afluencia de calcio, la explosión de ROS y la cascada MAPK; por lo tanto, esta capa de inmunidad se denomina inmunidad activada por PAMP (PTI). La ruptura de ROS es una respuesta de PTI distintiva, cuya determinación se aplica ampliamente a los estudios relacionados con PTI 9,10. La producción de ROS desencadenada por PAMPs se atribuye a la NADPH oxidasa residente en la membrana plasmática, o proteínas de la familia homóloga de oxidasa de explosión respiratoria (RBOH), que transfieren electrones de NADPH o NADH citosólico a oxígeno extracelular para producir superóxido (O2-) que se convierte espontáneamente en peróxido de hidrógeno (H2O2) por la superóxido dismutasa8 . La explosión de ROS activada por PAMP es bastante rápida, aparece solo unos minutos después del tratamiento con PAMP y alcanza un máximo de ~ 10-12 min. La gran mayoría de las moléculas de ROS comprenden peróxido de hidrógeno (H2O2), que se puede detectar de manera fácil y constante con un ensayo de quimioluminiscencia.
En la quimioluminiscencia, el reactivo de quimioluminiscencia reacciona con el oxígeno activo, bajo la acción de un catalizador, para producir los intermedios del estado excitado. Luego, los electrones en el producto regresan al estado fundamental a través de una transición no radiativa y emiten fotones. Los reactivos de quimioluminiscencia comunes incluyen luminol y L-012, con luminol dominando la aplicación11,12,13. Sin embargo, más investigadores están eligiendo L-012 para detectar la producción de ROS, ya que L-012 tiene una eficiencia de emisión de luz mucho mayor en condiciones de pH neutro o casi neutro en comparación con el luminol.
Este artículo describe un método de quimioluminiscencia optimizado, basado en L-012, para la detección en tiempo real de la producción de ROS después de la obtención de PAMPs en discos y vaina de tejidos de arroz (Oryza sativa). El método proporcionado aquí es simple, estable y estandarizado, y es altamente adaptable para satisfacer diferentes necesidades experimentales. Los datos obtenidos con este método son altamente reproducibles en condiciones firmemente controladas.

<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

Las especies reactivas de oxígeno (ROS) desempeñan un papel vital en una variedad de procesos biológicos, incluida la detección de estreses abióticos y bióticos. Tras la infección del patógeno o el desafío con productos químicos asociados a patógenos (patrones moleculares asociados a patógenos [PAMP]), se induce rápidamente una serie de respuestas inmunes, incluida una explosión de ROS, en las plantas, lo que se denomina inmunidad activada por PAMP (PTI). Una explosión de ROS es una respuesta PTI distintiva, que es catalizada por un grupo de NADPH oxidasas localizadas en la membrana plasmática, las proteínas de la familia RBOH. La gran mayoría de las ROS comprenden peróxido de hidrógeno (H2O2), que puede detectarse fácil y constantemente mediante un método de quimioluminiscencia basado en luminol. La quimioluminiscencia es una reacción productora de fotones en la que el luminol, o su derivado (como L-012), sufre una reacción redox con ROS bajo la acción de un catalizador. Este documento describe un método optimizado de quimioluminiscencia basado en L-012 para detectar la producción de ROS de apoplast en tiempo real tras la obtención de PAMP en tejidos de arroz. El método es fácil, estable, estandarizado y altamente reproducible bajo condiciones firmemente controladas.

Aquí, tomamos el material de arroz como ejemplo para determinar las ROS producidas con el tratamiento flg22. La generación de ROS después de la obtención es transitoria. En el arroz, el aumento en la producción de ROS se detectó por primera vez en 1-2 min, alcanzó un máximo de 10-12 min y regresó a la línea de base en ~ 30-35 min (Figura 3). En comparación con la prueba de control, en la que PAMP estaba ausente en la solución de obtención que no resultaba en una inducción de RO...

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

Aquí, describimos un método para la detección en tiempo real de la producción de especies reactivas de oxígeno apoplásico (ROS) en tejidos de arroz en la respuesta inmune desencadenada por patrones moleculares asociados a patógenos. Este método es simple, estandarizado y genera resultados altamente reproducibles en condiciones controladas.

Detección en tiempo real de la producción reactiva de especies de oxígeno en la respuesta inmune en el arroz con un ensayo de quimioluminiscencia

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

Este protocolo describe un método optimizado de quimioluminiscencia basado en L-012 para detectar la producción de ROS en tiempo real tras la obtención de PAMP en tejidos de arroz. Este método es fácil, estandarizado y altamente reproducible bajo condiciones firmemente controladas. Demostrando este procedimiento estará On Ying, un estudiante de doctorado de mi laboratorio.Para comenzar, esterilice las semillas de arroz descascarilladas con etanol al 70% durante un minuto, luego con hipoclorito de sodio al 40% durante una hora. Enjuague las semillas cinco veces con agua estéril para eliminar el cloro residual. En el método de vaina de arroz, emplate directamente las semillas en el recipiente de vidrio estéril con Murashige y Skoog o MS medio.Para emplatar las semillas en el método del disco de hojas, colóquelas en placas de MS durante cinco a siete días y luego transplante a la matriz de crecimiento o al suelo. Cultive las plántulas en una sala de crecimiento con un período de fotos de luz de 12 horas y 12 horas oscuras. Corte la vaina de las plántulas de arroz de 10 días de edad en segmentos de tres milímetros con una cuchilla de afeitar afilada o una cuchilla quirúrgica para el tratamiento previo un día antes del ensayo ROS.Coloque cinco segmentos de vaina en un pozo individual de una placa de microtitulación de 96 pocillos que contenga 100 microlitros de agua destilada doble durante 10 a 12 horas. Corte los discos de hojas de plantas de arroz de cuatro a seis semanas de edad usando un punzón de biopsia con un émbolo. Siempre corte los discos de hojas del tercio medio de la segunda hoja del timón principal para reducir la variación de datos.A continuación, coloque un disco de hoja en un pocillo individual de una placa de microtitulación de 96 pocillos que contenga 100 microlitros de agua destilada doble durante 10 a 12 horas para el tratamiento previo. Mantenga todos los discos de las hojas flotando y mirando hacia arriba en los pocillos de una placa de microtitulación para el tratamiento previo del agua para evitar la variación asociada al lado de la hoja. Prepare la solución de obtención combinando 9.4 mililitros de 50 micromolares Tris Hcl, 400 microlitros de solución L012, 100 microlitros de peroxidasa de rábano picante y 100 microlitros de Flg22.Agregue 200 microlitros de solución de obtención a los pozos. Inicie el software y haga clic en el botón experimentos para crear un nuevo protocolo o utilizar un protocolo existente. Haga clic en procedimiento en la ventana emergente para configurar la placa y seleccionar los pocillos de la placa que se supervisarán.Haga clic en iniciar cinética y establezca el tiempo de ejecución en 30 minutos o más, según los requisitos experimentales. Seleccione el intervalo mínimo para obtener las lecturas con la mayor frecuencia posible. Y para el tiempo de integración, elija un segundo o más dependiendo de la intensidad de la señal.Haga clic en validar, seguido de Aceptar para confirmar la configuración, luego haga clic en detectar la nueva placa en la ventana emergente y espere a que el software muestre el cuadro de diálogo de la placa de carga. Retire cuidadosamente el agua doble destilada de los pozos que contienen los tejidos pretratados, evitando cualquier daño tisular o desecación. Utilice una pipeta multicanal para añadir 200 microlitros de la solución de obtención a los pocillos que contienen los tejidos.Coloque la placa a probar en el portador y comience la detección. Para inducir ROS por Flg22, se utilizaron discos foliares y vainas de tres milímetros de largo. La generación de ROS se monitorea durante 35 minutos.Las barras indican las medias de las desviaciones estándar calculadas a partir de cinco repeticiones técnicas. En el arroz, el aumento en la producción de ROS se detectó por primera vez en uno o dos minutos, alcanzó un máximo de 10 a 12 minutos y regresó a la línea de base en alrededor de 30 a 35 minutos. La cantidad total de ROS se calculó a partir de la curva.Para obtener la cantidad total de valores ROS, aplique la fórmula a los conjuntos de datos correspondientes para calcular el ROS generado en cada intervalo de tiempo, que se puede combinar aplicando la suma de la fórmula para calcular la cantidad total generada. Se colocó un solo orificio o dos mitades de un disco foliar en los pocillos de una placa de microtitulación de 96 pocillos pretratada con 100 microlitros de agua destilada doble durante 10 a 12 horas y luego tratada con Flg22 para la inducción de ROS. Los valores de lectura de las dos muestras de medio disco son mucho más altos que los de todo el disco de la hoja.En promedio, los valores totales de las dos muestras de medio disco son casi 1,6 veces mayores que los de todo el disco de la hoja, que es proporcional a la longitud del borde, no al área de las muestras. Este resultado apoya que las ROS se generan principalmente en células en el sitio de la herida. Al intentar con este procedimiento, opere con pañuelos suavemente y no haga cortes adicionales que podrían ser una fuente de una variación de datos.Este método se puede aplicar a cualquier otro proceso fisiológico productor de ROS en tejidos vegetales.

Research

JoVE Journal

Biology

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