Måle genuttrykk i bombet Bygg Aleurone lag med økt gjennomstrømming
Summary
En forbedret protokollen er presentert for måling av forbigående genuttrykk fra reporter konstruksjoner i bygg aleurone celler etter partikkel bombardement. Kombinasjonen av automatiserte korn sliping med 96-brønns plate enzym analyser gir høy gjennomstrømming for prosedyren.
Abstract
Aleurone laget av Bygg korn er en viktig modell for hormon regulert genuttrykk i planter. I aleurone celler, gener kreves for spiring eller frøplante utviklingen er aktivert av gibberellin (GA), mens gener tilknyttet stressresponser aktiveres som abscisic syre (ABA). Mekanismer av GA og ABA signalering kan bli avhørt av introdusere reporter genet konstruksjoner i aleurone celler via partikkel bombardement, med resulterende forbigående uttrykk målt ved hjelp av enzymet analyser. En forbedret protokollen rapporteres som delvis automatiserer og strømlinjeformer korn homogenisering trinn og enzym analyser, tillater betydelig mer ytelse enn eksisterende metoder. Homogenisering av korn prøvene er utført med et automatisert vev homogenizer og GUS (β-glucuronidase) analyser er utført med en 96-brønns plate system. Representant resultatene ved hjelp av protokollen tyder på at fosfolipase D aktivitet kan spille en viktig rolle i aktivering av HVA1 genuttrykk av ABA, gjennom transkripsjon faktoren TaABF1.
Introduction
Bygg aleurone laget er et veletablert modellsystem for studiet av hormon-regulert genuttrykk i planter1. Spesielt er en rekke gener kreves for spiring eller frøplante utviklingen aktivert ved gibberellin (GA), mens gener tilknyttet stressresponser aktiveres som abscisic syre (ABA). Det GA og ABA signalnettverk trasé er sammenvevd, som uttrykk for noen GA-aktivert gener er hemmet av ABA og omvendt1.
En verdifull strategi for å forstå rollen for bestemte aktører i GA/ABA signalnettverk er innføringen av effektor genet konstruksjoner via partikkel bombardement, etterfulgt av forbigående uttrykk i reporter konstruerer at den resulterende effekten på nedstrøms genuttrykk skal fastsettes. Bruken av reporteren gener som GUS (β-glucuronidase) eller Luciferase kan følsom og kvantitativ måling av genuttrykk i cellene som har mottatt den effektor konstruere. For eksempel etablert innføring av en effektor konstruere koding transkripsjon faktoren TaABF15,6 at ABA-indusert gener som HVA1 er indusert av TaABF1, mens GA-indusert gener som Amy32b er undertrykt. Partikkel bombingen som en eksperimentell strategi har blitt brukt av flere laboratorier for å undersøke ulike aspekter av GA/ABA signalering. Arbeidet har ført til identifisering av arrangøren elementer viktig for aktivering av både GA-indusert2 og ABA-indusert gener3og oppdagelsen av protein kinaser4 og transkripsjon faktorer5 som regulerer den uttrykk for disse genene.
Eksisterende protokoller2,3,4,5,6 for partikkel bombardement og påfølgende måling av forbigående genuttrykk er ganske arbeidskrevende, som hvert bombardert knapt korn er homogenisert for hånd i en morter og enzym analyser utføres individuelt. Dette manuskriptet rapporter en forbedret protokoll som delvis automatiserer og strømlinjeformer homogenisering trinnet og GUS søk for å tillate betydelig gjennomstrømning, tillater flere behandlinger for å bli testet i samme eksperimentet, og/eller inkludering av flere replikat for hver behandling for å få mer statistisk robust resultater. Representant resultatene vises for uttrykk for HVA1 og Amy32b reporter konstruksjoner, regulert transkripsjon faktoren TaABF1 og GA ABA og andre regulerende molekyler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Innføring av effektor genet konstruerer via partikkel bombardement, etterfulgt av forbigående uttrykk i reporter konstruerer er en verdifull strategi for dissekere rollen for bestemte aktører i GA/ABA signalering og resulterende hormon regulert genet uttrykk.
Eksisterende protokoller for å utføre slike eksperimenter i bygg aleurone celler2,3,4,5,6 er i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takke Greyson Butler og Margaret Barrett for hjelp i å utføre eksperimenter, Judy Stone for råd om korn homogenisering og Lynn Hannum for råd om fluorometry. Dette arbeidet ble støttet av National Science Foundation (IOB 0443676), ved en institusjonell Development Award (idé) fra National Institute of General Medical Sciences av National Institutes of Health under bevilgning nummer P20GM0103423 og tilskudd fra Colby College delingen av naturvitenskap.
Materials
| GeneElute HP plasmid Maxiprep kit | Sigma | NA0310-1KT | |
| UV-vis spectrophotometer | Nanodrop | ND-1000 | |
| Himalaya barley grains | / | / | A variety of hulless barley (store in the dark at 4° C) |
| sodium succinate | Sigma | S2378 | Reagent for Imbibing Solution |
| calcium chloride (dihydrate) | Fisher | C79-500 | Reagent for Imbibing Solution |
| Imbibing Solution | home made | / | 20 mM sodium succinate, 20 mM calcium chloride, pH 5.0. Sterilize by autoclaving before use. |
| chloramphenicol | Sigma | C0378 | Prepare a 10 mg/mL stock solution in 70% ethanol. |
| vermiculite | Fisher | NC0430369 | Used for vermiculite plates. |
| filter paper circles (90 mm) | Whatman | 1001 090 | Used for vermiculite and for pre-bombardment grain preparation |
| Vermiculite Plates | home made | / | Add 50 mL of vermiculite to a glass petri dish. Place a 90 mm paper circle on top of the vermiculite. Autoclave. |
| forceps (fine pointed) | Fisher | 13-812-42 | Used for removing seed coat from barley grains. |
| forceps (ultra fine point) | Fisher | 12-000-122 | Used for removing seed coat from barley grains. |
| gold microcarriers (1.6 μm) | BioRad | 1652264 | |
| macrocarriers | BioRad | 1652335 | |
| calcium chloride (dihydrate) | Fisher | C79-500 | Prepare a 2.5 M stock solution and store 1 mL aliquots at -20° C. |
| spermidine | Sigma | S0266 | Prepare a 100 mM stock solution and store 500 μL aliquots at -20° C (use within 2 months). |
| rupture discs (1550 psi) | BioRad | 1652331 | |
| stopping screens | BioRad | 1652336 | |
| macrocarrier holders | BioRad | 1652322 | |
| Biolistic particle delivery system | BioRad | PDS-1000/He | |
| sodium phosphate monobasic monohydrate | Sigma | S9638 | Reagent for 1M sodium phosphate pH 7.2 |
| sodium phosphate dibasic | Sigma | S9763 | Reagent for 1M sodium phosphate pH 7.2 |
| 1M sodium phosphate pH 7.2 | home made | / | Combine 6.9 g of sodium phosphate monobasic monohydrate with 7.1 g of sodium phosphate dibasic. Add water to 100 mL. Add NaOH to get pH 7.2. |
| dithiothrietol (DTT) | Sigma | 43819 | Dissolve in water to 1 M. Store at -20° in 1 mL aliquots. |
| leupeptin | Sigma | L2884 | Dissolve in water to 10 mg/mL. Store at -20° C. |
| glycerol | Sigma | G5516 | Prepare a 50% solution in water. |
| Grinding Buffer | home made | / | Combine 10 mL of 1 M sodium phosphate pH 7.2, 500 μL of 1 M DTT, 100 μL of 10 mg/mL leupeptin, and 40 mL of 50% glycerol. Add water to 100 mL. |
| stainlesss steel beads (5 mm) | Qiagen | 69989 | |
| 2.0 mL tubes | Eppendorf | 22363352 | This specific model of tube is recommended for use with the homogenizer. |
| bead homogenizer (TissueLyser) | Qiagen | 85210 | |
| 12mm x 75 mm glass test tubes | Fisher | ||
| luciferin | Goldbio | LUCK-100 | Prepare a 25 mM stock solution and store 1 mL aliquots at -20° C. |
| ATP | Sigma | A7699 | Prepare a 100 mM stock solution and store 250 μL aliquots at -20° C. |
| Tris base | Sigma | T1503 | Reagent for 1M Tris sulfate pH 7.7. |
| sulfuric acid | Sigma | 258105 | Reagent for 1M Tris sulfate pH 7.7. |
| 1M Tris sulfate pH 7.7 | home made | / | Dissolve 12.1 g Tris base in 100 mL of water. Adjust pH to 7.7 with sulfuric acid. |
| magnesium chloride | Sigma | M9397 | Dissolve in water to 2 M. |
| Luciferase Assay Buffer (LAB) | home made | / | Combine 3 mL of 1 M Tris sulfate pH 7.7, 500 μL of 2 M magnesium chloride, 1 mL of 1 M DTT, and 200 μL of 0.5 M EDTA. Add water to 50 mL. |
| Luciferase Assay Mixture | home made | / | Combine 15 mL of LAB, 800 μL of 25 mM luciferin, 200 μL of 100 mM ATP, and 4 mL of water. This makes enough assay mixture (20 mL) for 100 luciferase assays. |
| luminometer (Sirius) | Berthold | / | |
| 4-methylumbelliferyl-β-D-glucuronide (MUG) | Goldbio | MUG1 | Dissolve in DMSO to 100 mM. |
| sodium azide | Sigma | S8032 | Prepare a 2% stock solution in water and store 1 mL aliquots at -20° C. |
| 96 well plates (standard) | Fisher | 12565501 | |
| GUS assay buffer | home made | / | Combine 2.5 mL of MUG, 5 mL of 1 M sodium phosphate pH 7.2, 400 μL of 0.5 M EDTA, 1 mL of 1 M DTT, 100 μL of 10 mg/ml leupeptin, 20 mL of methanol, and 1 mL of 2% sodium azide. Add water to 100 mL. |
| TempPlate sealing film | USA Scientific | 2921-1000 | |
| 96 well plates (black) | Costar | 3916 | |
| sodium carbonate | Sigma | S7795 | Prepare a 200 mM solution in water. |
| 4-methylumbelliferone | Sigma | M1381 | Prepare a 100 μM solution in water. Freeze 1 mL aliquots at -20° C. |
| microplate fluouresence reader | Bio-Tek | FLX-800 |
References
- Chen, K., An, Y. Q. C. Transcriptional responses to gibberellin and abscisic acid in barley aleurone. J. Integ. Plant Biol. 48, 591-612 (2006).
- Lanahan, M. B., Ho, T. H. D., Rogers, S. W., Rogers, J. C. A gibberellin response complex in cereal alpha-amylase gene promoters. Plant Cell. 4, 203-211 (1992).
- Shen, Q., Zhang, P., Ho, T. H. D. Modular nature of abscisic acid (ABA) response complexes; composite promoter units that are necessary and sufficient for ABA induction of gene expression. Plant Cell. 8, 1107-1119 (1996).
- Gómez-Cadenas, A., Zentella, R., Walker-Simmons, M. K., Ho, T. H. D. Gibberellin/abscisic acid antagonism in barley aleurone cells: site of action of the protein kinase PKABA1 in relation to gibberellin signaling molecules. Plant Cell. 13, 667-679 (2001).
- Johnson, R. R., Shin, M., Shen, J. Q. The wheat PKABA1-interacting factor TaABF1 mediates both abscisic acid-suppressed and abscisic acid-induced gene expression in bombarded aleurone cells. Plant Mol. Biol. 68, 93-103 (2008).
- Harris, L. J., Martinez, S. A., Keyser, B. R., Dyer, W. E., Johnson, R. R. Functional analysis of TaABF1 during abscisic acid and gibberellin signaling in aleurone cells of cereal grains. Seed Science Res. 23, 89-98 (2013).
- Shen, Q., Casaretto, J., Zhang, P., Ho, T. H. D. Functional definition of ABA-response complexes: the promoter units necessary and sufficient for ABA induction of gene expression in barley (Hordeum vulgare). Plant Mol. Biol. 54, 111-124 (2004).
- Ritchie, S., Gilroy, S. Abscisic acid signal transduction in the barley aleurone is mediated by phospholipase D activity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95, 2697-2702 (1998).
- Takemiya, A., Shimazaki, K. Phosphatidic acid inhibits blue light-induced stomatal opening via inhibition of protein phosphatase 1. Plant Physiol. 153, 1555-1562 (2010).
- Zou, X., Seeman, J. R., Neuman, D., Shen, Q. J. A WRKY gene from creosote bush encodes an activator of the abscisic acid signaling pathway. J. Biol. Chem. 279, 55770-55779 (2004).
- Ishibashi, Y., et al. Reactive oxygen species are involved in gibberellin/abscisic acid signaling in barley aleurone cells. Plant Physiol. 158, 1705-1714 (2012).
- Piskurewicz, U., et al. The gibberellic acid signaling repressor RGL2 inhibits Arabidopsis seed germination by stimulating abscisic acid synthesis and ABI5 activity. Plant Cell. 20, 2729-2745 (2008).
- Hong, J. Y., et al. Phosphorylation-mediated regulation of a rice ABA responsive element binding factor. Phytochemistry. 72, 27-36 (2011).
- Lopez-Molina, L., Mongrand, S., McLachlin, D. T., Chait, B. T., Chua, N. H. ABI5 acts downstream of ABI3 to execute an ABA-dependent growth arrest during germination. Plant J. 32, 317-328 (2002).
- Zhou, X., et al. SOS2-LIKE PROTEIN KINASE5, an SNF1-RELATED PROTEIN KINASE3-Type protein kinase, is important for abscisic acid responses in Arabidopsis through phosphorylation of ABSCISIC ACID-INSESENSITIVE5. Plant Physiol. 168, 659-676 (2015).
- Zong, W., et al. Feedback regulation of ABA signaling and biosynthesis by a bZIP transcription factor targets drought-resistance-related genes. Plant Physiol. 171, 2810-2825 (2016).
