Translating Ribosome Affinity Purification (TRAP) to Investigate <em>Arabidopsis thaliana</em> Root Development at a Cell Type-Specific Scale

Martha Thellmann; Tonni  Grube Andersen; Joop  EM Vermeer

doi:10.3791/60919

JoVE Journal > Developmental Biology

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Biologia dello sviluppo

Het vertalen van Ribosome Affinity Purification (TRAP) om Arabidopsis thaliana Root Development te onderzoeken op een cell type-specifieke schaal

Published: May 14, 2020

doi:

10.3791/60919

Martha Thellmann, Tonni Grube Andersen, Joop EM Vermeer³

¹Department of Plant and Microbial Biology,University of Zurich, ²Biophore – UNIL, ³Laboratory of Cell and Molecular Biology, Institute of Biology,University of Neuchâtel

Summary

Het vertalen van ribosoomaffiniteitszuivering (TRAP) biedt de mogelijkheid om ontwikkelingsprogramma’s te ontleden met minimale verwerking van organen en weefsels. Het protocol levert hoogwaardig RNA op uit cellen die zijn gericht op een groene fluorescerende eiwit (GFP)-gelabelde ribosomalsubunit. Downstream analysetools, zoals qRT-PCR of RNA-seq, onthullen weefsel- en celtypespecifieke expressieprofielen.

Abstract

In dit artikel geven we hands-on instructies om translationoom gegevens te verkrijgen van verschillende Arabidopsis thaliana wortelceltypes via de vertaalribomasoom affinity purification (TRAP) methode en opeenvolgende geoptimaliseerde low-input bibliotheek voorbereiding.

Als uitgangsmateriaal maken we gebruik van plantlijnen die GFP-gelabelde ribosomal eïne RPL18 op een celtype-specifieke manier uitdrukken door gebruik te maken van adequate promotors. Voorafgaand aan immunozuivering en RNA-extractie wordt het weefsel vastgemaakt, wat de weefselintegriteit behoudt en tegelijkertijd de uitvoering van tijdreeksstudies met een hoge temporele resolutie mogelijk maakt. Met name celwandstructuren blijven intact, wat een groot nadeel is in alternatieve procedures zoals op fluorescentie geactiveerde celsorteermethoden die afhankelijk zijn van weefselprotoplasting om verschillende celpopulaties te isoleren. Bovendien is er geen weefselfixatie nodig zoals in lasercapture op microdissectie gebaseerde technieken, waardoor rna van hoge kwaliteit kan worden verkregen.

Echter, bemonstering van subpopulaties van cellen en alleen isoleren polysome-geassocieerdRNA ernstig beperkt RNA opbrengsten. Het is daarom noodzakelijk om voldoende gevoelige bibliotheekbereidingsmethoden toe te passen voor succesvolle gegevensverwerving door RNA-seq.

TRAP biedt een ideaal hulpmiddel voor plantenonderzoek, omdat veel ontwikkelingsprocessen celwandgerelateerde en mechanische signaleringstrajecten omvatten. Het gebruik van promotors om specifieke celpopulaties te richten overbrugt de kloof tussen orgaan- en eencellige niveau dat op zijn beurt te lijden heeft onder weinig resolutie of zeer hoge kosten. Hier passen we TRAP toe om celcelcommunicatie te bestuderen in laterale wortelvorming.

Introduction

Gedreven door de toenemende toepassing van next-generation sequencing technieken, ruimtelijke resolutie in de ontwikkelingsbiologie zou kunnen worden uitgebreid. Hedendaagse studies zijn gericht op het ontleden van weefsels tot gespecialiseerde celtypes, zo niet eencellige niveau¹^,²^,³^,⁴. Daartoe is in de afgelopen vijftig jaar een overvloed aan verschillende methoden bedacht (zie figuur 1A)⁵^,⁶^,⁷^,⁸^,⁹^,¹¹^,¹¹^,¹²^,¹³^,¹⁴^,¹⁵.

Veel instrumenten in de plantenwetenschap zijn aanpassingen van technieken die werden pionier in dierlijk onderzoek. Dit is niet het geval voor de methode die we hier in detail introduceren. In 2005, uitgerust met een sterke achtergrond in eiwitvertaling, ging het Bailey-Serres Lab op zoek naar ribosomale eiwitten voor latere affiniteitszuivering¹⁶. Zo konden ze tijdrovende en arbeidsintensieve polysome profilering vermijden, die is gebaseerd op ultracentrifugatie met een sacharosegradiënt en werd gebruikt om het vertalen van ribosomen te beoordelen sinds de jaren 1960¹⁷^,¹⁸. De methode is sindsdien aangeduid als translationele ribosoom affiniteit zuivering (TRAP)¹⁶. Na succesvolle translationoomstudies in planten, hebben Heiman et al. TRAP voor dieren¹⁹ en anderen de toepassing ervan uitgebreid tot gist²⁰, Drosophila²¹, Xenopus²² en zebrafish²³^,²⁴.

Hoewel genetische modificatie van het modelsysteem een voorwaarde is voor TRAP, dat de toepassing ervan beperkt tot soorten die vatbaar zijn voor genetische transformatie, kan men dit bezwaar tegelijkertijd benutten om subgroepen van cellen aan te pakken die van bijzonder belang zijn en anderszins uiterst moeilijk te isoleren van het intacte weefsel/orgaan²⁵ (bijvoorbeeld sterk vertakte dendritische cellen in een muishersenof schimmelhyphae in besmet plantaardig weefsel). In planten worden alle cellen op hun plaats gehouden via celwanden die de basis vormen van het hydrostatische skelet^26. Om een plantencel uit deze matrix te bevrijden, hebben wetenschappers de cel fysiek uit zijn omringende weefsel gesneden door middel van lasercapture microdissectie (LCM)²⁷ of enzymatische spijsvertering van de celwanden^{uitgevoerd 28}. Onder de laatste cellen, de zogenaamde protoplasten, is de populatie van belang fluorescerend gelabeld en kan worden gescheiden via fluorescentie-geactiveerde celsortering (FACS)⁷. LCM vereist meestal een monster te worden vastgesteld en ingebed in was, die uiteindelijk verslechtert de kwaliteit van haar RNA²⁹. FACS-gebaseerde methoden leveren rna van hoge kwaliteit op, maar het proces van protoplasting zelf introduceert verschillen in genexpressie³⁰ en weefsels met gemodificeerde en dikke secundaire celwanden zijn notoir moeilijk te behandelen. Bovendien wordt aangenomen dat veel ontwikkelingsprocessen in installaties afhankelijk zijn van mechanisch overgebrachte signalen en daarom is de integriteit van de celwand van het grootste belang³¹. Twee methoden, die een snelkoppeling gebruiken om celisolatie te omzeilen door te werken op het niveau van nucleii, zijn fluorescentie-geactiveerde nucleaire sortering (FANS) en isolatie van kernen die zijn getagd in specifieke celtypen (INTACT). Net als in TRAP gebruiken ze celtypespecifieke promotors om kernen te markeren, die vervolgens verrijkt worden via sorteren of naar beneden trekken, respectievelijk⁸^,¹⁵. Een grote uitdaging voor al deze benaderingen is om voldoende RNA-materiaal te krijgen uit subsets van cellen in een weefsel. Aangezien TRAP slechts een fractie van de cellulaire RNA’s vangt, is monsterverzameling een aanzienlijk knelpunt. Daarom zijn er vooral gevoelige protocollen voor de voorbereiding van bibliotheken nodig om gegevens van hoge kwaliteit te produceren van lage invoerhoeveelheden.

Sinds de oprichting is TRAP ofwel gebruikt in combinatie met DNA-microarrays of, aangezien de sequencingkosten de afgelopen jaren aanzienlijk daalden, RNA-seq¹⁰^,³²^,³³. Een veelheid van onderzoeksvragen is al opgehelderd zoals beoordeeld in Sablok et al.³⁴. We zijn ervan overtuigd dat er de komende jaren meer rapporten zullen volgen, omdat de techniek zeer veelzijdig is bij het combineren van verschillende promotors om specifieke celtypen te targeten. Uiteindelijk zal dit zelfs op een ondoordringbare manier gebeuren, en kan worden gecombineerd met het indringende van de reactie van de plant op vele biotische en abiotische stressfactoren. Bovendien, waar stabiele transgene lijnen niet beschikbaar zijn, zijn harige wortelexpressiesystemen ook met succes gebruikt om TRAP uit te voeren in tomaat en medicago³⁵^,³⁶.

Figuur 1: Het vertalen van ribosoomaffiniteitszuivering (TRAP) vormt een aanvulling op het “omics” analyseportfolio. A. Het verhogen van de mate van analytische precisie, tot eencellige of zelfs subcellulaire resolutie kan worden bereikt door een overvloed aan methoden of combinaties daarvan. De regeling geeft een overzicht van de momenteel beschikbare gereedschappen op het gebied van planten en dieren. Weefselverzameling bij cellulaire resolutie kan worden bereikt door protocollen zoals LCM of FACS, die vervolgens worden gekoppeld aan standaard transcriptome of polysome profiling /translatome analyse. TRAP en INTACT integreren zowel weefselopname als RNA-isolatie omdat ze gebaseerd zijn op epitoop-tagging. INTACT monstert echter alleen celkernen en vormt daarom een speciaal geval van transcriptoomanalyse. Een klein konijn pictogram markeert nieuw ontwikkelde methoden in het gebied van dieren: Terwijl SLAM-ITseq en Flura-seq vertrouwen op metabole targetting van ontluikende RNAs met gemodificeerde uracil bases in cellen uitdrukken van de tolerante enzym, Slide-seq maakt gebruik van een gecoate glazen dia met DNA barcodes die positionele informatie in het cellulaire bereik. Een proximity labeling benadering wordt gevolgd in APEX-seq om RNA’s te proeven in specifieke subcellulaire compartimenten. Met name een verhoogde resolutie vereist vaak de productie van transgeen materiaal (sterretjes) en deze methoden worden dus voornamelijk gebruikt voor modelsoorten. TRAP is vooral geschikt voor plantenwetenschappelijke studies waarbij celwand (CW) of mechanische signalering en celsoorten die moeilijk te bevrijden zijn uit hun CW-matrix. B. Gedetailleerde wet-lab stappen van de TRAP procedure: Zaailingen uitdrukken GFP-gelabeld ribosomal eiwit in verschillende celtypes (bijvoorbeeld wortel endodermis) worden geteeld op petrischaaltjes gedurende zeven dagen en wortelmateriaal geoogst door snap bevriezing. Een totaal RNA controlemonster wordt verzameld uit het gehomogeniseerde ruwe extract voordat pelleting het puin via centrifugeren. Magnetische anti-GFP kralen worden toegevoegd aan het gewiste extract om immunoneerslag uit te voeren. Na incubatie en drie wasstappen wordt het polysome-geassocieerde RNA (TRAP/polysome RNA) rechtstreeks verkregen via fenol-chloroform extractie. LCM: lasercapture microdissectie, FACS/FANS: fluorescentie-geactiveerde cel/nucleaire sortering, APEX-seq: methode gebaseerd op ontworpen ascorbate peroxidase, INTACT: isolatie van kernen die zijn getagd in specifieke celtypen, SLAM-ITseq: thiol(SH)-gekoppelde alkylation voor de metabole sequencing van RNA in weefsel, Flura-seq: fluorourcila-label RNA-sequencing (Gemaakt met Biorender.com) Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Het doel van dit artikel is om een gedetailleerde beschrijving van de TRAP-methode te geven, om kritieke stappen te markeren en om richtlijnen te bieden voor een mogelijke methode voor het voorbereiden van bibliotheken.

Een generiek TRAP-experiment zal hoofdzakelijk bestaan uit de volgende stappen (zie ook figuur 1B):(1) Bereiding van plantaardig materiaal, met inbegrip van het klonen van ribosoom-tagging constructie, transgene lijnproductie en -selectie, het kweken en ophopen van zaden, sterilisatie en beplating, en stresstoepassing/behandeling (optioneel) en weefseloogsten; (2) immunozuivering, met inbegrip van weefselhomogenisatie en clearing van het ruwe extract, de wassen van de kraal en de immunozuivering, en de wasstappen; (3) RNA-extractie en kwaliteitsbeoordeling; en (4) bibliotheekvoorbereiding.

De Arabidopsis wortel is een modelsysteem om plantontwikkeling te bestuderen sinds de introductie als een model plant³⁷^,³⁸. Hier wordt de toepassing van TRAP getoond in de context van de ontwikkeling van de wortel van planten. Bij planten is de opbouw van het gehele wortelstelsel afhankelijk van de uitvoering van dit programma en is daarom zeer belangrijk voor de overleving van het organisme³⁹. In Arabidopsiszijn laterale wortels afkomstig van pericycleweefsel dat naast xylemvaten ligt en daarom xylempaalpericycle (XPP; zie figuur 2C)⁴⁰. Sommige XPP-cellen, die zich diep in de wortel bevinden, verwerven een identiteit van de stichterscel en beginnen zich, na een lokale hormonale trigger, te vermenigvuldigen door anticlinally te zwellen en te delen⁴¹. Echter, als gevolg van de aanwezigheid van een stijve celwand matrix, dit proces oefent mechanische stress op de omliggende weefsels. Met name de bovenliggende endodermis wordt beïnvloed, omdat deze in de weg staat van de laterale wortelgroeias⁴²^,⁴³^,⁴⁴. Inderdaad, de nieuw gevormde primordium zal moeten groeien door de bovenliggende endodermis cel (Figuur 2C2), terwijl cortex en opperhuid cellen zijn gewoon opzij geschoven voor de primordium om eindelijk te voorschijn⁴⁵^,⁴⁶. Recent werk in ons lab heeft aangetoond dat de endodermis actief bijdraagt aan de proliferatie in de pericycle. Gerichte blokkering van endodermale hormonale signalering is voldoende om zelfs de allereerste divisie in de XPP-cellen⁴⁷te remmen. Vandaar, pericycle-endodermis communicatie vormt een zeer vroege checkpoint voor laterale wortel ontwikkeling in Arabidopsis. Het is echter niet bekend hoe deze crosstalk wordt uitgevoerd. Om dit mysterie te ontrafelen, kozen we voor de TRAP-seq-benadering om XPP- en dodermale cellen te targeten. Om te verrijken voor cellen in het laterale wortelprogramma, bootsten we de hormonale trigger na door een auxine analoog (1-naphthaleneacetisch zuur, NAA)⁴⁸exogenly toe te passen, waardoor tegelijkertijd de eerste fase van laterale wortelvorming tijdelijk kon worden opgelost.

Protocol

1. Klonen van transgene, transgene lijnproductie en selectie Kloon de promotor van keuze in de juiste ingangsvector. Gebruik een op recombinatie gebaseerde kloonmethode (Table of Materials)en combineer de promotors in pDONRP4-P1r. Clone RPL18 (met affiniteitstag of fluorescerend eiwit naar keuze) met behulp van recombinatie-gebaseerd klonen in pDONRP1-P249. Combineer de instapvector die RPL18 bevat met de promotorbevattende ingangsvector in een tweefra…

Representative Results

Voor kwaliteitsbeoordeling moet de bovengenoemde procedure worden onderzocht in verschillende tussenstappen: expressiepatroonvalidatie in planta, kwaliteitscontrole van het geïsoleerde polysomale RNA en van de uiteindelijke bibliotheken. qRT-PCR met behulp van bekende markergenen kan bovendien worden uitgevoerd om de respons op de behandelingstoestand te bevestigen of om de experimentele omstandigheden te verfijnen. Con…

Discussion

Verificatie van rpl18-lokalisatiepatroon
Cruciaal om verkeerde interpretatie van gegevens uit een TRAP-experiment te voorkomen, is het juiste expressiepatroon van de gelabelde ribosomale subeenheid. Daarom maakt de integratie van GFP als epitoop tag aan RPL18 zeer elegant verificatie van het gewenste expressiepatroon en achtereenvolgens, pulldown van de polysome fractie uit hetzelfde weefsel. Meer invasieve benaderingen om de juiste promotorpatronen te verzekeren worden gevolgd door Jiao en Mayerowitz…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We willen Jean-Claude Walser van het Genetic Diversity Center Zürich bedanken voor cruciaal deskundig advies in de beginfase van dit project. Het werk in het Vermeer-lab werd ondersteund door een SNF Professorship grant (PP00P3_157524) en een R’EQUIP equipment grant (316030_164086) van de Swiss National Science Foundation (SNSF) toegekend aan JEMV.

Materials

Sterilization
bleach, 13%	Sigma	71696
beaker	VWR	214-1172/74/75
desiccator with porcelaine plate (DURAN)	Sigma/Merck	Z317454-1EA/Z317594-1EA
EtOH, p.a.	Honeywell	02860-1L
HCl, 37%	Roth	4625.1
Tween 20	Sigma	P9416
Plate growth + harvesting
MS salts, basal salt mixture, incl. MES buffer	Duchefa	M0254
agar plant for cell culture	Applichem/Panreac	A2111.1000
DMSO	Sigma	D4540
forcepts	Rubis Switzerland	5-SA model
KOH	Fluka	60370
micropore/surgical tape	3M	1530-0
NAA	Duchefa	N0903
petri dishes 120×120 mm	Greiner bio-one	688102
scalpel	VWR/Swann-Morton	233-5454
tissues, neutral, two-layered			any supplier of your choice
Immunoprecipitation
GFP-beads: gtma-100 GFP-Trap_MA	Chromotek	e.g. gtma-100
Brij-35	Sigma	P1254-500G
centrifuge tubes (in accordance with centrifuge)	Beckman Coulter	357001
Chloramphenicol	Applichem	C0378-25G
cotton gloves	VWR	113-7355
Cycloheximide, HPLC grade	Sigma	01810-1G
DEPC	VWR	E174	might have long delivery times
DTT	Fluka	43815
EGTA	Sigma	3054.3
homogenizers DUALL 23	KONTES GLASS CO (via VWR)	SCERSP885450-0023 (set)	SCERSP885451-0023 pestle only – SCERSP885452-0023 cylinder only; long delivery times
Igepal CA-360	Sigma	I3021-100ml
KCl	Sigma	60130
MgCl₂ hexahydrat	Roth	2189.2
mortar and pestle	VWR	470148-960 & 470019-978
PMSF	Roche	10 837 091 001
Polyoxyethylene-(10)-tridecylether/PTE	Sigma	P2393-500G
RNase-free water	Roth	T143.3
RNAZap	Thermo Fisher	AM9780/AM9782	for cleaning surfaces
Tris, >99.3%	Roth	AE15.3
Triton X-100	Fluka	T8787-250ml
Tween 20	Sigma	P9416-100ml
RNA extraction
2-Propanol, p.a.	Sigma	33539-1L-GL-R
Chloroform, HPLC grade	Scharlau	CL02181000
EtOH, p.a.	Honeywell	02860-1L
low-retention microcentrifuge tubes, 1.5 ml	Eppendorf/Sigma	Z666548-250EA	LoBind
RNase-free DNase set	Qiagen	79254
RNeasy MiniElute Cleanup Kit	Qiagen	74204
TRIzol reagent	ThermoFisher/Ambion	15596018
Library preparation
15/50 mL Tube Magnetic Separator	Abraxis	PN 472250
AMPure beads	Beckman Coulter	A63881
Index Kit A	Illumina	FC-131-2001
Index Kit D	Illumina	FC-131-2004
neodymium magnets	Amazon/other	6 x 1.5 mm range: N42 (NdFeB)
Nextera XT kit	Illumina	FC-131-1024/1096	https://emea.support.illumina.com/
PCR strips	ThermoScientific	AB-0266
SMARTer v4 kit	Takara Bioscience	634892	https://www.takarabio.com/
Bioanalyzer	Agilent	2100 Bioanalyzer Instrument	specialized equipment for RNA/DNA quality control
Tapestation	Agilent	4200 Tapestation Instrument	specialized equipment for RNA/DNA quality control
Fragment Analyzer	Agilent	5400 Fragment Analyzer System	specialized equipment for RNA/DNA quality control (high throughput)
LabChip	PerkinElmer	LabChip GX Touch Nucleic Acid Analyzer	specialized equipment for RNA/DNA quality control (high throughput)
Qubit 4 Fluorometer	ThermoFisher	Q33239	specialized equipment for RNA/DNA concentration determination
qRT-PCR
GATA23	Microsynth		fwd: AGTGAGAATGAA AGAAGAGAAGGG; rev: GTGGCTGCGAAT AATATGAATACC
GH3.3	Microsynth		fwd: CAAACCAATCCT CCAAATGAC; rev: ACTTATCCGCAA CCCGACT
LBD29	Microsynth		fwd: TCTCCAACAACA GGTTGTGAAT; rev: AAGGAGCCTTAG TAGTGTCTCCA
UBC21	Microsynth		fwd: TGCGACTCAGGG AATCTTCT; rev: TCATCCTTTCTT AGGCATAGCG
SsoAdvanced Universal SYBR Green	Bio-Rad	#172-5270
iScript Adv cDNA Kit	Bio-Rad	#172-5038
miscellaneous
Falcon tubes 15 ml, Cellstar	Greiner bio-one	188261
Falcon tubes 50 ml, Cellstar	Greiner bio-one	210261
filter tips 1 ml	Axygen	TF-1000-R-S
filter tips 10 µl	Axygen	TF-10-R-S
filter tips 100 µl	Axygen	TF-100-R-S
filter tips 20 µl	Axygen	TF-20-R-S
filter tips 200 µl	Axygen	TF-200-R-S
microcentrifuge tubes 1.5 ml	SARSTEDT	72.690.001
Propidium iodide	Sigma	P4170-100MG
sequencing company	Novogene		en.novogene.com

Riferimenti

Van Verk, M. C., Hickman, R., Corné, M. J., Pieterse, M., Van Wees, S. C. RNA-Seq: Revelation Of The Messengers. Trends In Plant Science. 18 (4), 175-179 (2013).
Libault, M., Pingault, L., Zogli, P., Schiefelbein, J. Plant Systems Biology At The Single-Cell Level. Trends In Plant Science. 22 (11), 949-960 (2017).
Mustroph, A., et al. Profiling Translatomes Of Discrete Cell Populations Resolves Altered Cellular Priorities During Hypoxia In Arabidopsis. Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America. 106 (44), 18843-18848 (2009).
Karve, R., Iyer-Pascuzzi, A. S. Digging Deeper: High-Resolution Genome-Scale Data Yields New Insights Into Root Biology. Current Opinion In Plant Biology. 24, 24-30 (2015).
Warner, J. R., Knopf, P. M., Rich, A. A Multiple Ribosomal Structure In Protein Synthesis. Proceedings of The National Academy of Sciences of The United States of America. 49 (1), 122-129 (1963).
Gautam, V., Sarkar, A. K. Laser Assisted Microdissection, An Efficient Technique To Understand Tissue Specific Gene Expression Patterns And Functional Genomics In Plants. Molecular Biotechnology. 57 (4), 299-308 (2015).
Bargmann, B. O. R., Birnbaum, K. D. Fluorescence Activated Cell Sorting Of Plant Protoplasts. Journal of Visualized Experiments. (36), e1673 (2010).
Deal, R. B., Henikoff, S. The Intact Method For Cell Type-Specific Gene Expression And Chromatin Profiling In Arabidopsis Thaliana. Nature Protocols. 6 (1), 56-68 (2011).
Dougherty, J. D. The Expanding Toolkit Of Translating Ribosome Affinity Purification. The Journal of Neuroscience: The Official Journal Of The Society For Neuroscience. 37 (50), 12079-12087 (2017).
Mustroph, A., Juntawong, P., Bailey-Serres, J. Isolation Of Plant Polysomal mRNA By Differential Centrifugation And Ribosome Immunopurification Methods. Methods in Molecular Biology. 553, 109-126 (2009).
Matsushima, W., et al. SLAM-ITseq: Sequencing Cell Type-Specific Transcriptomes Without Cell Sorting. Development. 145 (13), (2018).
Basnet, H., et al. Flura-Seq Identifies Organ-Specific Metabolic Adaptations During Early Metastatic Colonization. Elife. 8, (2019).
Rodriques, S. G., et al. Slide-Seq: A Scalable Technology For Measuring Genome-Wide Expression At High Spatial Resolution. Science. 363 (6434), 1463-1467 (2019).
Fazal, F. M., et al. Atlas Of Subcellular RNA Localization Revealed By Apex-Seq. Cell. 178 (2), 473-490 (2019).
Slane, D., Bayer, M., Kaufmann, K., Mueller-Roeber, B. Cell Type-Specific Gene Expression Profiling Using Fluorescence-Activated Nuclear Sorting. Plant Gene Regulatory Networks: Methods And Protocols. , 27-35 (2017).
Zanetti, M. E., Chang, I. F., Gong, F., Galbraith, D. W., Bailey-Serres, J. Immunopurification Of Polyribosomal Complexes Of Arabidopsis For Global Analysis Of Gene Expression. Plant Physiology. 138 (2), 624-635 (2005).
King, H. A., Gerber, A. P. Translatome Profiling: Methods For Genome-Scale Analysis Of mRNA Translation. Briefings In Functional Genomics. 15 (1), 22-31 (2016).
Mašek, T., Valášek, L., Pospíšek, M., Nielsen, H. Polysome Analysis And RNA Purification From Sucrose Gradients. RNA: Methods And Protocols. , 293-309 (2011).
Heiman, M., et al. A Translational Profiling Approach For The Molecular Characterization Of Cns Cell Types. Cell. 135 (4), 738-748 (2008).
Halbeisen, R. E., Scherrer, T., Gerber, A. P. Affinity Purification Of Ribosomes To Access The Translatome. Methods. 48 (3), 306-310 (2009).
Thomas, A., et al. A Versatile Method For Cell-Specific Profiling Of Translated mRNAs In Drosophila. Plos One. 7 (7), e40276 (2012).
Watson, F. L., et al. Cell Type-Specific Translational Profiling In The Xenopus Laevis Retina. Developmental Dynamics. 241 (12), 1960-1972 (2012).
Lam, P. Y., Harvie, E. A., Huttenlocher, A. Heat Shock Modulates Neutrophil Motility In Zebrafish. Plos One. 8 (12), e84436 (2013).
Fang, Y., et al. Translational Profiling Of Cardiomyocytes Identifies An Early Jak1/Stat3 Injury Response Required For Zebrafish Heart Regeneration. Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America. 110 (33), 13416-13421 (2013).
Mustroph, A., Zanetti, M. E., Girke, T., Bailey-Serres, J. Isolation And Analysis Of mRNAs From Specific Cell Types Of Plants By Ribosome Immunopurification. Methods In Molecular Biology. 959, 277-302 (2013).
Monshausen, G. B., Gilroy, S. Feeling Green: Mechanosensing In Plants. Trends In Cell Biology. 19 (5), 228-235 (2009).
Day, R. C., Grossniklaus, U., Macknight, R. C. Be More Specific! Laser-Assisted Microdissection Of Plant Cells. Trends In Plant Science. 10 (8), 397-406 (2005).
Sheen, J. Signal Transduction In Maize And Arabidopsis Mesophyll Protoplasts. Plant Physiology. 127 (4), 1466-1475 (2001).
Datta, S., et al. Laser Capture Microdissection: Big Data From Small Samples. Histology And Histopathology. 30 (11), 1255-1269 (2015).
Birnbaum, K., et al. A Gene Expression Map Of The Arabidopsis Root. Science. 302 (5652), 1956 (2003).
Hamant, O., Haswell, E. S. Life Behind The Wall: Sensing Mechanical Cues In Plants. BMC Biology. 15 (1), 1354 (2017).
Vragović, K., et al. Translatome Analyses Capture Of Opposing Tissue-Specific Brassinosteroid Signals Orchestrating Root Meristem Differentiation. Proceedings of The National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (3), 923-928 (2015).
Wang, Y., Jiao, Y. Translating Ribosome Affinity Purification (Trap) For Cell-Specific Translation Profiling In Developing Flowers. Methods In Molecular Biology. 1110, 323-328 (2014).
Sablok, G., Powell, J. J., Kazan, K. Emerging Roles And Landscape Of Translating mRNAs In Plants. Frontiers in Plant Science. 8, 1443 (2017).
Ron, M., et al. Hairy Root Transformation Using Agrobacterium Rhizogenes As A Tool For Exploring Cell Type-Specific Gene Expression And Function Using Tomato As A Model. Plant Physiology. 166 (2), 455-469 (2014).
Reynoso, M. A., et al. Evolutionary Flexibility In Flooding Response Circuitry In Angiosperms. Science. 365 (6459), 1291-1295 (2019).
Dolan, L., et al. Cellular Organisation Of The Arabidopsis Thaliana Root. Development. 119 (1), 71 (1993).
Ristova, D., Barbez, E. . Root Development. , (2018).
Shekhar, V., Stӧckle, D., Thellmann, M., Vermeer, J. E. M. The Role Of Plant Root Systems In Evolutionary Adaptation. Current Topics in Developmental Biology. 131, 55-80 (2019).
Malamy, J. E., Benfey, P. N. Down And Out In Arabidopsis: The Formation Of Lateral Roots. Trends in Plant Science. 2 (10), 390-396 (1997).
de Smet, I., et al. Bimodular Auxin Response Controls Organogenesis In Arabidopsis. Proceedings of the National Academy of Sciences of The United States of America. 107 (6), 2705-2710 (2010).
Péret, B., et al. Arabidopsis Lateral Root Development: An Emerging Story. Trends In Plant Science. 14 (7), 399-408 (2009).
Vilches-Barro, A., Maizel, A. Talking Through Walls: Mechanisms Of Lateral Root Emergence In Arabidopsis Thaliana. Current Opinion in Plant Biology. 23, 31-38 (2015).
Porco, S., et al. Lateral Root Emergence In Arabidopsis Is Dependent On Transcription Factor Lbd29 Regulation Of Auxin Influx Carrier Lax3. Development. 143 (18), 3340-3349 (2016).
Stoeckle, D., Thellmann, M., Vermeer, J. E. Breakout-Lateral Root Emergence In Arabidopsis Thaliana. Current Opinion in Plant Biology. 41, 67-72 (2018).
Banda, J., et al. Lateral Root Formation In Arabidopsis: A Well-Ordered Lrexit. Trends in Plant Science. 24 (9), 826-839 (2019).
Vermeer, J. E. M., et al. A Spatial Accommodation By Neighboring Cells Is Required For Organ Initiation In Arabidopsis. Science. 343 (6167), 178-183 (2014).
Vanneste, S., et al. Cell Cycle Progression In The Pericycle Is Not Sufficient For Solitary Root/Iaa14-Mediated Lateral Root Initiation In Arabidopsis Thaliana. The Plant Cell. 17 (11), 3035-3050 (2005).
Marques-Bueno, M. M., et al. A Versatile Multisite Gateway-Compatible Promoter And Transgenic Line Collection For Cell Type-Specific Functional Genomics In Arabidopsis. The Plant Journal : For Cell and Molecular Biology. 85 (2), 320-333 (2016).
Shimada, T. L., Shimada, T., Hara-Nishimura, I. A Rapid And Non-Destructive Screenable Marker, Fast, For Identifying Transformed Seeds Of Arabidopsis Thaliana. The Plant Journal : For Cell and Molecular Biology. 61 (3), 519-528 (2010).
Clough, S. J., Bent, A. F. Floral Dip: A Simplified Method For Agrobacterium Mediated Transformation Of Arabidopsis Thaliana. The Plant Journal. 16 (6), 735-743 (1998).
Lindsey, B. E., Rivero, L., Calhoun, C. S., Grotewold, E., Brkljacic, J. Standardized Method For High-Throughput Sterilization Of Arabidopsis Seeds. Journal Of Visualized Experiments. (128), e56587 (2017).
Andersen, T. G., et al. Diffusible Repression Of Cytokinin Signalling Produces Endodermal Symmetry And Passage Cells. Nature. 555, 529-533 (2018).
Schroeder, A., et al. The Rin: An Rna Integrity Number For Assigning Integrity Values To Rna Measurements. BMC Molecular Biology. 7, 3 (2006).
Vragović, K., Bartom, E., Savaldi-Goldstein, S. Quantitation Of Cell Type-Specific Responses To Brassinosteroid By Deep Sequencing Of Polysome-Associated Polyadenylated RNA. Methods in Molecular Biology. 1564, 81-102 (2017).
Bertin, B., Renaud, Y., Aradhya, R., Jagla, K., Junion, G. Trap-Rc, Translating Ribosome Affinity Purification From Rare Cell Populations Of Drosophila Embryos. Journal Of Visualized Experiments. (103), e52985 (2015).
Livak, K. J., Schmittgen, T. D. Analysis Of Relative Gene Expression Data Using Real-Time Quantitative PCR And The 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods. 25 (4), 402-408 (2001).
Jiao, Y., Meyerowitz, E. M. Cell-Type Specific Analysis Of Translating Rnas In Developing Flowers Reveals New Levels Of Control. Molecular Systems Biology. 6, 419 (2010).
Tian, C., et al. A Gene Expression Map Of Shoot Domains Reveals Regulatory Mechanisms. Nature Communications. 10 (1), 141 (2019).
Townsley, B. T., Covington, M. F., Ichihashi, Y., Zumstein, K., Sinha, N. R. Brad-Seq: Breath Adapter Directional Sequencing: A Streamlined, Ultra-Simple And Fast Library Preparation Protocol For Strand Specific mRNA Library Construction. Frontiers in Plant Science. 6, 366 (2015).
Song, Y., et al. A Comparative Analysis Of Library Prep Approaches For Sequencing Low Input Translatome Samples. BMC Genomics. 19 (1), 696 (2018).
Basu, D., Haswell, E. S. Plant Mechanosensitive Ion Channels: An Ocean Of Possibilities. Current Opinion in Plant Biology. 40, 43-48 (2017).
Brady, S. M., et al. A High-Resolution Root Spatiotemporal Map Reveals Dominant Expression Patterns. Science. 318 (5851), 801 (2007).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Citazione di questo articolo

Thellmann, M., Andersen, T. G., Vermeer, J. E. Translating Ribosome Affinity Purification (TRAP) to Investigate Arabidopsis thaliana Root Development at a Cell Type-Specific Scale. J. Vis. Exp. (159), e60919, doi:10.3791/60919 (2020).