Summary

감기 응답 MicroRNAs의 연구에 대 한 호모-그리고 수 박 및 호리병박 사이 Heterografts를 생성

Published: November 20, 2018
doi:

Summary

여기 우리는 효율적으로 만들기 위한 호모-수 박, 병 조롱 박, 감기 응답 microRNAs의 조사에 대 한 조직 샘플링, 데이터 생성 및 데이터 분석의 방법 이외에 사이 heterografts 상세한 프로토콜을 제시.

Abstract

MicroRNAs (miRNAs)는 작은 비 코딩 RNAs의 약 20-24 생 nt, 알려진 식물 개발 및 적응에 중요 한 역할을. 보여주는 특정 miRNAs의 식을 접목 때 변경 되는 축적 증거는 biotic 및 abiotic 스트레스에 작물 허용 오차를 개선 하기 위해 농부에 의해 일반적으로 사용 하는 농업 연습. 호리병박은 많은 다른 주요 cucurbits, 수 박 등, 하나는 후자에 대 한 가장 널리 사용 되 감지의 렌더링에 비해 본질적으로 기후 탄력 자르기. 높은 처리량 시퀀싱 기술의 최근 발전 감기 응답 miRNAs와 heterograft 장점;에 그들의 기여를 조사 하기 위해 좋은 기회를 제공 하고있다 그러나, 적절 한 실험 절차는이 목적에 대 한 필수. 여기, 우리는 효율적으로 호모-및 감기 취약 수 박과 조직 샘플링, 데이터 생성 및 데이터 분석의 방법 이외에 감기 허용 호리병박 사이 heterografts를 생성 하기 위한 상세한 프로토콜을 제시. 제시 메서드는 또한 다른 식물 이식 시스템가 열, 가뭄, 염 분 등 다양 한 환경 스트레스에 따른 miRNA 규정에 대 한 유용 합니다.

Introduction

접목은 오래 고용 농업 기술로 개선 작물 생산 그리고 공차 biotic 및 abiotic 스트레스1,2,3. Heterografting 시스템에서 엘리트 감지 수 있습니다 식물의 물과 양분 통풍 관을 강화, 강화 토양 병원 균에 저항 하 고 금속 독성4,5,이 이식 된 향상 된 부여 수 있습니다 부정적인 영향을 제한 성장 활력 그리고 환경 스트레스를 증가 허용입니다. 대부분의 경우에서 heterografting 수 있습니다 또한 과일 자질 향상 된 과일 맛과 건강 관련 화합물6,7의 증가 콘텐츠를 선도 하는 원 예 식물에 영향을. Scion는 rootstock 사이 phytohormones, RNAs, 펩 티 드, 단백질의 장거리 전송 성장과 개발 프로그래밍 scion 식물8,9의 변조 하는 근본적인 메커니즘입니다 발견 되었습니다. ,10. 접목 장거리 신호 및 교통 환경 적응11관련의 연구에 널리 사용 되어 있다. 이식 실험은 조직 또는 혈관 수액, 그리고 활성화 또는 억제 신호 전송12인 분자 대상에 전송 된 분자의 명백한 탐지를 위해 특히 강력 합니다.

비 코딩 RNAs, 셀에 규정 하는 중요 한 기능을 발휘 하는 RNA의 큰 클래스 abiotic 스트레스13식물 적응을 촉진 역할을 보고 되었습니다. miRNAs는 작은 비 코딩 RNAs의 약 20-24 생 nt. 연구 miRNAs 식물 활동의 다양 한 측면에서의 규제 역할을 계시 했다, 같은 성장, 쏠로 루트 형성14,,1516, 측면 양분 통풍 관, 황산 물질 대사 그리고 항상성17및 응답 biotic 및 abiotic 스트레스18. 최근, miRNAs와 그들의 타겟 유전자의 표현은 heterografted 오이 모 종19허용 오차 스트레스를 소금에 관련 되었다. 포도의 intervariety 이식에서 miRNA 식 가뭄 스트레스의 응답 유전자 형 종속20을 발견 했다.

신속한 개발 및 높은 처리량 시퀀싱 기술의 비용 감소 농경 식물에서 miRNA 규정의 연구에 대 한 좋은 기회를 제공. 수 박 (Citrullus lanatus [Thunb] Mansf.), 세계에 걸쳐, 재배 하는 중요 한 cucurbit 작물 저온 쉽습니다. 호리병박 (Lagenaria의 siceraria [몰리 나] Standl.) 기후 탄력 cucurbit 수 박으로 이식 하 농부에 의해 일반적으로 사용 되는. 현재 연구의 기본 목표는 표준, 효율적인, 그리고 수 박 (Citrullus lanatus [Thunb] 사이 heterografts를 만들기 위한 편리한 방법 설정 Mansf입니다.) 그리고 병 조롱 박 (Lagenaria의 siceraria [몰리 나] Standl). 이 프로토콜 또한 제공 한다 상세한 실험 계획 및 분석 절차 미르 식 접목, 다음의 규칙의 연구는 heterografting 장점 기본 메커니즘을 공개 하는 데 유용.

이 연구에 사용 된 식물 재료 수 박 품종 및 호리병박 landrace 포함 됩니다. 수 박 품종은 낮은 온도에 취약 하지만 높은 수확량을 가진 상업 품종이 이다. 호리병박 landrace 접목 수 박, 오이와 병 조롱 박, 낮은 온도21의 우수한 관용 때문에 인기 있는 rootstock입니다.

Protocol

1. 살 균 및 발 아 씨앗 표면 살 균, 병 조롱 박 씨앗 가끔 교 반, 물 온도 40 ° c.에 떨어질 때까지 58 ° C에 물으로 채워진 500 mL 비 커에 담가 한편, 나일론 가방 그리고, 소독, 토 탄 토양의 3 kg을 넣어 압력솥 120에서 ° C/0.5 MPa 20 분. 4-5 시간 더 없는 감동 병 조롱 박 씨앗을 몸을 담글 유지. 물에는 실내 온도 도달 하면, x-증류수와 함께 3 x 2 씨앗을 씻어. 과잉의 물?…

Representative Results

그림 2: 실내 온도 및 감기 스트레스 조건에서 다양 한 이식의 고기. (한)이이 패널이 보여줍니다 호모-및 heterografted 묘 실 온에서 제어. (b)이이 패널 호모-및 heterografted 묘 목 감기 치료의 48 h 후에 보여준다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58242/58242fig2large.jpg" target="_blan…

Discussion

이 프로토콜에서 우리 자세히 호모-고 수 박 및 호리병박 사이 heterografts 고 재현 방법 설명. 필요한 특정 장비,이 방법은 매우 운영 하 게 쉬운 이며 일반적으로 접목의 매우 높은 생존 율을가지고. 메서드 또한 수 박, 오이, 호박 사이 다른 cucurbits에 대 한 이식을 만들기 위해 사용할 수 있습니다.

그것은 rootstock 및 접 순의 상대적 크기 (나이)은 성공적인 이식 ( 프로토콜<…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 작품은 국립 자연 과학 재단의 중국 (31772191), 강성 (2017 C 32027) 공익에 대 한 연구 프로젝트, 키 과학 프로젝트의 식물 Breeding 절 (2016 C 02051)에서 및을 위한 국가 프로그램에 의해 지원 되었다 최고 수준의 젊은 전문가 (P.X.)의 지원.

Materials

TRIzol Reagent Invitrogen 15596026
RNA-free DNase I Takara D2270A
Truseq Small RNA sample prep Kit Illumina RS-200-0012
2100 Bionalyser Agilent 5067
DNA Polymerase Thermo Fisher Scientific F530S
UEA sRNA workbench 2.4-plant version (software) NA NA http://srna-workbench.cmp.uea.ac.uk/
Rfam 11.0 database (website) NA NA http://rfam.janelia.org
miRBase 22.0 (website) NA NA http://www.mirbase.org/
MIREAP(software) NA NA https://sourceforge.net/projects/mireap/
TargetFinder (software) NA NA http://targetfinder.org/

References

  1. Schwarz, D., Rouphael, Y., Colla, G., Venema, J. H. Grafting as a tool to improve tolerance of vegetables to abiotic stresses: Thermal stress, water stress and organic pollutants. Scientia Horticulturae. 127, 162-171 (2010).
  2. Li, Y., et al. Mechanisms of tolerance differences in cucumber seedlings grafted on rootstocks with different tolerance to low temperature and weak light stresses. Turkish Journal of Botany. 39 (4), 606-614 (2015).
  3. Li, C. H., Li, Y. S., Bai, L. Q., He, C. X., Yu, X. C. Dynamic Expression of miRNAs and Their Targets in the Response to Drought Stress of Grafted Cucumber Seedlings. Horticultural Plant Journal. 2 (1), 41-49 (2016).
  4. Rouphael, Y., Cardarelli, M., Colla, G., Rea, E. Yield, mineral composition, water relations, and water use efficiency of grafted mini-watermelon plants under deficit irrigation. HortScience. 43 (3), 730-736 (2008).
  5. Savvas, D., et al. Interactive effects of grafting and manganese supply on growth, yield, and nutrient uptake by tomato. HortScience. 44 (7), 1978-1982 (2009).
  6. Aloni, B., Cohen, R., Karni, L., Aktas, H., Edelstein, M. Hormonal signaling in rootstock-scion interactions. Scientia Horticulturae. 127, 119-126 (2010).
  7. Rouphael, Y., Caradrelli, M., Rea, E., Colla, G. Improving melon and cucumber photosynthetic activity, mineral composition, and growth performance under salinity stress by grafting onto Cucurbita hybrid rootstocks. Photosynthetica. 50 (2), 180-188 (2012).
  8. Louws, F. J., Rivard, C. L., Kubota, C. Grafting fruiting vegetables to manage soilborne pathogens, foliar pathogens, arthropods and weeds. Scientia Horticulturae. 127 (2), 127-146 (2010).
  9. Asins, M. J., et al. Genetic analysis of rootstock-mediated nitrogen (N) uptake and root-to-shoot signalling at contrasting N availabilities in tomato. Plant Science. 263, 94-106 (2017).
  10. Yin, L. K., et al. Role of protective enzymes in tomato rootstocks to resist root knot nematodes. Acta Horticulturae. 1086 (1086), 213-218 (2015).
  11. Gaion, L. A., Carvalho, R. F. Long-Distance Signaling: what grafting has revealed?. Journal of Plant Growth Regulation. 37 (2), 694-704 (2018).
  12. Turnbull, C. G., Hennig, L., Köhler, C. Grafting as a research tool. Plant Developmental Biology. , 11-26 (2010).
  13. Li, C., et al. Grafting-responsive miRNAs in cucumber and pumpkin seedlings identified by high-throughput sequencing at whole genome level. Physiologia Plantarum. 151 (4), 406-422 (2014).
  14. Lakhotia, N., et al. Identification and characterization of miRNAome in root, stem, leaf and tuber developmental stages of potato (Solanum tuberosum L.) by high-throughput sequencing. BMC Plant Biology. 14 (1), 6 (2014).
  15. Jones-Rhoades, M. W., Bartel, D. P., Bartel, B. MicroRNAs and their regulatory roles in plants. Annual Review of Plant Biology. 57, 19-53 (2006).
  16. Puzey, J. R., Kramer, E. M. Identification of conserved Aquilegia coerulea microRNAs and their targets. Genetic. 448 (1), 46-56 (2009).
  17. Matthewman, C. A., et al. miR395 is a general component of the sulfate assimilation regulatory network in Arabidopsis. FEBS Letters. 586 (19), 3242-3248 (2012).
  18. Ali, E. M., et al. Transmission of RNA silencing signal through grafting confers virus resistance from transgenically silenced tobacco rootstocks to non-transgenic tomato and tobacco scions. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology. 25 (3), 245-252 (2016).
  19. Li, Y. S., Li, C. H., Bai, L. Q., He, C. X., Yu, X. C. MicroRNA and target gene responses to salt stress in grafted cucumber seedlings. Acta Physiologiae Plantarum. 38 (2), 1-12 (2016).
  20. Pagliarani, C., et al. The accumulation of miRNAs differentially modulated by drought stress is affected by grafting in grapevine. Plant Physiology. 173 (4), 2180-2195 (2017).
  21. Liu, N., Yang, J. H., Guo, S. G., Xu, Y., Zhang, M. F. Genome-wide identification and comparative analysis of conserved and novel microRNAs in grafted watermelon by high-throughput sequencing. PLoS One. 8 (2), e57359 (2013).
  22. Song, G. Development of 2JC-350 automatic grafting machine with cut grafting method for vegetable seedling. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering. 22 (12), 103-106 (2006).
  23. Kumar, D., et al. Uncovering leaf rust responsive miRNAs in wheat (triticum aestivum l.) using high-throughput sequencing and prediction of their targets through degradome analysis. Planta. 245 (1), 1-22 (2016).
  24. Kohli, D., et al. Identification and characterization of wilt and salt stress-responsive microRNAs in chickpea through high-throughput sequencing. PLoS One. 9 (10), e108851 (2014).
  25. Salzberg, S. L. Computational challenges in next-generation genomics. International Conference on Scientific and Statistical Database Management. ACM. 2, (2013).
  26. Guo, S. G., et al. The draft genome of watermelon (Citrullus lanatus) and resequencing of 20 diverse accessions. Nature Genetics. 45, 51-58 (2013).
  27. Wang, Y., et al. Gourdbase: a genome-centered multi-omics database for the bottle gourd (lagenaria siceraria), an economically important cucurbit crop. Scientific Reports. 8 (1), 306 (2018).
  28. Wang, X. F., Liu, X. S. Systematic Curation of miRBase Annotation Using Integrated Small RNA High-Throughput Sequencing Data for C. elegans and Drosophila. Frontiers in Genetics. 2, 25 (2011).
  29. Bo, X. C., Wang, S. Q. TargetFinder: a software for antisense oligonucleotide target site selection based on MAST and secondary structures of target mRNA. Bioinformatics. 21 (8), 1401-1402 (2005).
  30. . GOATOOLS: Tools for Gene Ontology Available from: https://doi.org/10.5281/zenodo.31628 (2015)
  31. Wang, L. P., Li, G. J., Wu, X. H., Xu, P. Comparative proteomic analyses provide novel insights into the effects of grafting wound and hetero-grafting per se on bottle gourd. Scientia Horticulturae. 200 (8), 1-6 (2016).
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Wang, L., Wu, X., Li, G., Wu, X., Qin, D., Tao, Y., Xu, P. Generating Homo- and Heterografts Between Watermelon and Bottle Gourd for the Study of Cold-responsive MicroRNAs. J. Vis. Exp. (141), e58242, doi:10.3791/58242 (2018).

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