The Lateral Root Inducible System (LRIS) allows for synchronous induction of lateral roots and is presented for Arabidopsis thaliana and maize.
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.
نظام الجذر هو أمر حاسم لنمو النبات، لأنه يضمن مرسى وامتصاص الماء والمواد المغذية من التربة. لأن التوسع في نظام الجذر يعتمد بشكل رئيسي على إنتاج الجذور الجانبية، وقد درست على نطاق واسع شروعهما والتشكيل. وبدأت الجذور الجانبية في مجموعة فرعية معينة من الخلايا محيط بالدائرة، تسمى خلايا مؤسس 1. في معظم dicots، مثل نبات الأرابيدوبسيس thaliana، وتقع هذه الخلايا في القطبين protoxylem 2، في حين أنه في ذوات الفلقة مثل الذرة، وجدوا في القطبين اللحاء 3. وتتميز الخلايا مؤسس بزيادة استجابة أوكسين 4، تليها التعبير عن الجينات دورة الخلية محددة (على سبيل المثال، السيكلين B1، 1 / CYCB1؛ 1)، وبعد ذلك الخضوع لجولة أولى من الانقسامات احديدابي غير المتماثلة 5. بعد سلسلة من الانقسامات احديدابي وpericlinal منسقة، وشكلت منشم الجذر الوحشي التي في النهاية سوف تظهر بوصفها أحدالجذر الوحشي utonomous. موقع وتوقيت الجانبي بدء الجذر ولكن لا يمكن التنبؤ به، لأن هذه الأحداث ليست وفيرة ولا متزامنة. هذا يعوق استخدام نهج الجزيئية مثل transcriptomics لدراسة هذه العملية.
لمعالجة هذا، وقد وضعت جانبي جذر النظام محرض (LRIS) 6، 7، وفي هذا النظام، يتم التعامل مع الشتلات الأولى مع N حامض -1-naphthylphthalamic (NPA)، الذي يثبط النقل أوكسين وتراكم، وبالتالي عرقلة الجانبي بدء الجذر 8. عن طريق نقل في وقت لاحق الشتلات والمتوسطة التي تحتوي على أوكسين الاصطناعية حامض الخليك 1-النفتالين (NAA)، تستجيب الطبقة محيط بالدائرة بأكملها إلى مستويات مرتفعة مما أوكسين بكثافة حمل الجانبية الجذر بدء انقسامات الخلية 6. على هذا النحو، فإن هذا النظام يؤدي إلى سريعة ومتزامنة وشاملة جذور التلقين الجانبية، مما يسمح للمجموعة سهلة من عينات الجذر المخصب لمرحلة محددة في وقت متأخرالتنمية الجذرية راؤول. وفي وقت لاحق، هذه العينات يمكن استخدامها لتحديد ملامح التعبير الجينوم على نطاق خلال تشكيل الجذر الوحشي. قد تسفر عن LRIS معرفة كبيرة بالفعل عن بدء الجانبي الجذرية في نبات الأرابيدوبسيس والذرة 13/09، ولكن الحاجة إلى تطبيق هذا النظام على الأنواع النباتية الأخرى يصبح أكثر وضوحا كما هي التسلسل المزيد من الجينوم، وهناك اهتمام متزايد لنقل المعرفة إلى أهمية اقتصادية الأنواع.
هنا، يتم إعطاء البروتوكولات مفصلة للنبات الأرابيدوبسيس والذرة LRISs. بعد ذلك، يتم توفير مثال على استخدام النظام، من خلال توضيح كيف يمكن استخدام البيانات transcriptomics المكتسبة من LRIS الذرة لتحديد homologs الوظيفية التي لها وظيفة الحفظ أثناء بدء الجذر الوحشي عبر الأنواع النباتية المختلفة. وأخيرا، مبادئ توجيهية لتحسين LRIS ليقترح الأنواع النباتية الأخرى.
في بروتوكول نبات الأرابيدوبسيس LRIS، فمن المهم فقط لنقل الشتلات التي نمت بشكل كامل في اتصال مع متوسط النمو NPA التي تحتوي على. هذا يضمن أن يتم حظر الجانبي بدء الجذر على طول الجذر بأكمله. من أجل منع إصابة شتلات أثناء النقل، أحضان ملقط المنحنية يمكن أن يكون مدمن مخد…
The authors have nothing to disclose.
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).
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 |