Lateral sistema inducible Raíz en<em> Arabidopsis</em> Y maíz
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
El sistema radicular es crucial para el crecimiento de las plantas, ya que asegura el anclaje y la absorción de agua y nutrientes del suelo. Debido a la expansión de un sistema de raíces se basa principalmente en la producción de raíces laterales, su iniciación y la formación se han estudiado ampliamente. Raíces laterales se inician en un subconjunto específico de células pericycle, llamadas células fundadoras 1. En la mayoría de las dicotiledóneas, tales como Arabidopsis thaliana, estas células se encuentran en los polos protoxilema 2, mientras que en las monocotiledóneas, tales como maíz, que se encuentran en los polos del floema 3. Células fundadoras están marcados por un aumento de la respuesta auxina 4, seguido por la expresión de genes específicos del ciclo celular (por ejemplo, ciclina B1; 1 / CYCB1; 1), después de lo cual se someten a una primera ronda de divisiones anticlinales asimétricos 5. Después de una serie de divisiones anticlinales y periclinales coordinadas, se forma un primordio raíces laterales que finalmente emerger como un araíces laterales utonomous. La ubicación y el momento de la iniciación de las raíces laterales, sin embargo no son predecibles, ya que estos eventos no son ni abundantes ni sincronizada. Esto impide el uso de enfoques moleculares tales como la transcriptómica para estudiar este proceso.
Para hacer frente a esto, un sistema lateral inducible Root (LRIS) se ha desarrollado 6, 7. En este sistema, las plántulas se tratan primero con N -1-naftilftalámico (NPA), que inhibe el transporte de auxina y la acumulación, en consecuencia, el bloqueo de la iniciación de las raíces laterales 8. Por posteriormente transferir la plántula al medio que contiene la auxina sintética ácido acético 1-naftaleno (NAA), toda la capa periciclo responde a los niveles de auxina elevadas de ese modo masivamente raíz iniciar divisiones celulares laterales inductores 6. Como tal, este sistema conduce a las raíces rápidos, síncronos y extensas iniciaciones laterales, permitiendo una fácil colección de muestras de raíces enriquecidos para una etapa específica en los últimos tiemposdesarrollo de las raíces ral. Posteriormente, estas muestras se pueden utilizar para determinar los perfiles de expresión de todo el genoma durante la formación de raíces laterales. El LRIS ha dado conocimiento ya significativa sobre la iniciación lateral raíces en Arabidopsis y maíz 9-13, pero la necesidad de aplicar este sistema a otras especies de plantas se hace más evidente a medida que más genomas se secuencian y hay un interés creciente para transferir conocimientos a económica importante especies.
Aquí, se dan los protocolos detallados de la Arabidopsis y LRISs maíz. A continuación, se proporciona un ejemplo de la utilización del sistema, ilustrando cómo se pueden usar los datos obtenidos de la transcriptómica LRIS maíz para identificar homólogos funcionales que tienen una función conservada durante la iniciación de raíces laterales a través de diferentes especies de plantas. Por último, las directrices para optimizar la LRIS para se proponen otras especies de plantas.
Protocol
Representative Results
Discussion
En el protocolo de Arabidopsis LRIS, es importante sólo para transferir las plántulas que han crecido totalmente en contacto con el medio de crecimiento que contiene NPA. Esto asegura que la iniciación de la raíz lateral está bloqueado en toda la longitud de la raíz. A fin de evitar herir las plántulas durante la transferencia, los brazos de las pinzas curvas pueden ser conectados en virtud de los cotiledones de la plántula. Tras la transferencia, asegúrese de que las raíces de las plántulas están e…
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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