Lateral système inductible Racine dans<em> Arabidopsis</em> Et de maïs
Summary
The Lateral Root Inducible System (LRIS) allows for synchronous induction of lateral roots and is presented for Arabidopsis thaliana and maize.
Abstract
Lateral root development contributes significantly to the root system, and hence is crucial for plant growth. The study of lateral root initiation is however tedious, because it occurs only in a few cells inside the root and in an unpredictable manner. To circumvent this problem, a Lateral Root Inducible System (LRIS) has been developed. By treating seedlings consecutively with an auxin transport inhibitor and a synthetic auxin, highly controlled lateral root initiation occurs synchronously in the primary root, allowing abundant sampling of a desired developmental stage. The LRIS has first been developed for Arabidopsis thaliana, but can be applied to other plants as well. Accordingly, it has been adapted for use in maize (Zea mays). A detailed overview of the different steps of the LRIS in both plants is given. The combination of this system with comparative transcriptomics made it possible to identify functional homologs of Arabidopsis lateral root initiation genes in other species as illustrated here for the CYCLIN B1;1 (CYCB1;1) cell cycle gene in maize. Finally, the principles that need to be taken into account when an LRIS is developed for other plant species are discussed.
Introduction
Le système racinaire est crucial pour la croissance des plantes, car il assure l'ancrage et l'absorption de l'eau et les nutriments du sol. Étant donné que l'expansion d'un système racinaire repose principalement sur la production de racines latérales, leur initiation et de la formation ont été largement étudiées. Les racines latérales sont lancés dans un sous-ensemble spécifique de cellules péricycle, appelées cellules fondateurs 1. Dans la plupart des dicotylédones, telles que Arabidopsis thaliana, ces cellules se trouvent au niveau des pôles de protoxylème 2, alors que dans les monocotylédones telles que le maïs, ils se trouvent au niveau des pôles du phloème 3. Fondateur de cellules sont marquées par une réponse de l'auxine augmenté de 4, suivie par l'expression de gènes du cycle cellulaire spécifiques (par exemple, la cycline B1; 1 / CYCB1; 1), après quoi ils subissent une première série de divisions anticlinales asymétriques 5. Après une série de divisions anticlinales et périclines coordonnés, une ébauche de racine latérale est formée qui a finalement émergera comme unracine latérale utonomous. Le lieu et le moment de l'initiation des racines latérales ne sont cependant pas prévisible, depuis ces événements ne sont ni abondante ni synchronisées. Cela empêche l'utilisation d'approches moléculaires tels que la transcriptomique pour étudier ce processus.
Pour y remédier, un système latéral inductible Root (SCIF) a été développé 6, 7. Dans ce système, les semis sont d'abord traités avec N -1-naphthylphthalamique (NPA), qui inhibe le transport de l'auxine et l'accumulation par conséquent, bloquer latéral initiation des racines 8. En transférant ensuite le plant de milieu contenant de l'acide acétique 1-naphtalène auxine synthétique (NAA), la couche de péricycle entier répond à des niveaux élevés d'auxine ainsi massivement profondes ouverture divisions cellulaires latérales inducteurs 6. En tant que tel, ce système conduit à rapides, synchrones et de vastes racines latérales initiations, permettant la collecte facile des échantillons de racines enrichis pour une étape spécifique de la finle développement des racines RAL. Par la suite, ces échantillons peuvent être utilisés pour déterminer les profils d'expression du génome entier au cours de la formation de racines latérales. Le SCIF a donné des connaissances déjà important au sujet latérale initiation des racines chez Arabidopsis et le maïs 9-13, mais la nécessité d'appliquer ce système à d'autres espèces de plantes devient plus apparente que plusieurs génomes sont séquencés et il ya un intérêt croissant pour transférer les connaissances aux économique importante espèce.
Ici, les protocoles détaillés de l'Arabidopsis et du maïs LRISs sont donnés. Ensuite, un exemple de l'utilisation du système est prévu, en illustrant la façon dont les données acquises à partir de la transcriptomique LRIS de maïs peuvent être utilisées pour identifier des homologues fonctionnels qui ont une fonction conservée lors de l'initiation de racine latérale dans différentes espèces végétales. Enfin, les lignes directrices pour optimiser la SCIF pour d'autres espèces de plantes sont proposées.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans le protocole d'Arabidopsis LRIS, il est important de transférer uniquement les plants qui ont poussé entièrement en contact avec le milieu de croissance contenant l'APM. Cela garantit que l'initiation de racine latérale est bloquée sur toute la longueur des racines. Afin d'éviter de blesser les plantules pendant le transfert, les bras de la pince courbes peuvent être accrochés sous les cotylédons de la plantule. Lors du transfert, assurez-vous que les racines des plantules sont suf…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Davy Opdenacker for technical assistance and photography. We greatly thank Dr. Annick Bleys for helpful suggestions to improve the manuscript. This work was financed by the Interuniversity Attraction Poles Programme IUAP P7/29 ‘MARS’ from the Belgian Federal Science Policy Office, by the FWO grant G027313N and by the Agency for Innovation by Science and Technology, IWT (IR).
Materials
| ARABIDOPSIS LRIS | |||
| Seeds | |||
| Arabidopsis seeds | Col-0 ecotype | ||
| Gas sterilization of seeds | |||
| micro-centrifuge tubes 1.5 ml | SIGMA-ALDRICH | 0030 125.215 | Eppendorf microtubes 3810X, PCR clean |
| micro-centrifuge tubes 2 ml | SIGMA-ALDRICH | 0030 120.094 | Eppendorf Safe-Lock microcentrifuge tubes |
| hydrochloric acid | Merck KGaA | 1,003,171,000 | 37% (fuming) for analysis EMSURE ACS,ISO,Reag. Ph Eu |
| glass desiccator | SIGMA-ALDRICH | Pyrex | |
| glass beaker | |||
| plastic micro-centrifuge tubes box or holder | |||
| Bleach sterilization of seeds | |||
| ethanol | Chem-Lab nv | CL00.0505.1000 | Ethanol, abs. 100% a.r. dilute to 70% |
| sodium hypochlorite (NaOCl) | Carl Roth | 9062.3 | 12% |
| Tween 20 | SIGMA-ALDRICH | P1379 | |
| sterile water | |||
| Growth medium | |||
| Murashige and Skoog salt mixture | DUCHEFA Biochemie B.V. | M0221-0050 | |
| myo-inositol | SIGMA-ALDRICH | I5125-100G | |
| 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid (MES) | DUCHEFA Biochemie B.V. | M1503.0100 | |
| sucrose | VWR, Internation LLC | 27483.294 | D(+)-Sucrose Ph. Eur. |
| KOH | Merck KGaA | 1050211000 | pellets for analysis (max. 0.002% Na) EMSURE ACS,ISO,Reag. Ph Eur |
| Plant Tissue Culture Agar | LabM Limited | MC029 | |
| Lateral root induction chemicals | |||
| N-1-naphthylphthalamic acid (NPA) | DUCHEFA Biochemie B.V. | No. N0926.0250 | 10 µM (Arabidopsis) |
| 1-naphthalene acetic acid (NAA) | DUCHEFA Biochemie B.V. | No. N0903.0050 | 10 µM (Arabidopsis) |
| dimethylsulfoxide (DMSO) | SIGMA-ALDRICH | 494429-1L | |
| Making a mesh for transfer | |||
| nylon mesh | Prosep byba | Synthetic nylon mesh 20 µm | |
| Sowing and seedling handling | |||
| square petri dish plates | GOSSELIN | BP124-05 | 12 x 12 cm |
| 50 ml DURAN tubes | SIGMA-ALDRICH | CLS430304 | Corning 50 mL centrifuge tubes |
| drigalski | Carl Roth | K732.1 | |
| pipette | |||
| cut pipette tips | Daslab | 162001X | Universal 200, cut off 5 mm of tip before autoclaving |
| breathable tape | 3M Deutschland GmbH | cat. no. 1530-1 | |
| tweezers | Fiers nv/sa | K342.1; K344.1 | Dumont tweezers type a nr 5; Dumont tweezers type e nr 7 |
| Growth conditions | |||
| growth room | 21 °C, continuous light | ||
| Materials | Company | Catalog | Comments |
| MAIZE LRIS | |||
| Seeds | |||
| Maize kernels | B-73 | ||
| Bleach sterilization of kernels | |||
| glass beaker | |||
| magnetic stirrer | Fiers nv/sa | C267.1 | |
| sodium hypochlorite (NaOCl) | Carl Roth | 9062.3 | 12% |
| sterile water | |||
| Lateral root induction chemicals | |||
| N-1-naphthylphthalamic acid (NPA) | DUCHEFA Biochemie B.V. | No. N0926.0250 | 50 µM (maize primary root), 25 µM (maize adventitious root) |
| 1-naphthalene acetic acid (NAA) | DUCHEFA Biochemie B.V. | No. N0903.0050 | 50 µM (maize) |
| dimethylsulfoxide (DMSO) | SIGMA-ALDRICH | 494429-1L | |
| Sowing and seedling handling | |||
| paper hand towels | Kimberly-Clark Professional* | 6681 | SCOTT Hand Towels – Roll / White; sheet size (24 x 46 cm) |
| seed germination paper | Anchor Paper Company | 10 X 15 38# seed germination paper | |
| tweezers | Fiers nv/sa | K342.1; K344.1 | Dumont tweezers type a nr 5; Dumont tweezers type e nr 7 |
| 250 ml (centrifuge) tubes | SCHOTT DURAN | 2160136 | approx. 5.6 cm diameter and 14.7 cm height |
| 700 ml tubes | DURAN GROUP | 213994609 | cylinders, round foot tube, D 60 x 250 |
| rack | for maize tubes, home made | ||
| sterile water | |||
| Growth conditions | |||
| growth cabinet | 27 °C, continuous light, 70% relative humidity |
Riferimenti
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