Um método eficiente para Quantitativa, Análise de células Único de cromatina Modificação e Arquitetura Nuclear em Todo-mount óvulos em<em> Arabidopsis</em

Summary

Nós fornecemos aqui um protocolo eficiente e confiável para a imunocoloração, hibridação in situ fluorescente, a coloração do DNA seguido de quantitativo, imagem de alta resolução em Arabidopsis thaliana óvulos inteiros de montagem. Este método foi utilizado com sucesso para analisar as modificações da cromatina e arquitectura nuclear.

Abstract

Em plantas com flores, a transição destino de células somáticas-to-reprodutiva é marcada pela especificação de células-mãe de esporos (PMEs) em órgãos florais da planta adulta. O SMC feminino (célula mãe de megásporo, MMC) diferencia no primórdio óvulo e sofre meiose. O megásporo haplóide selecionado então sofre mitose para formar o gametófito multicelular feminino, o que dará origem aos gametas, o óvulo ea célula central, juntamente com células acessórias. A acessibilidade limitada do MMC, meiocyte e gametófito feminino no interior do óvulo é tecnicamente desafiador para citológico e análises citogenéticas em nível de célula única. Particularmente, imunodetecção directa ou indirecta de epítopos celulares ou nucleares é prejudicada pela falta de penetração dos reagentes no interior da célula vegetal e de uma única célula de imagem é demised pela falta de claridade óptica em todo-montagem tecidos.

Assim, desenvolvemos um método eficiente para analisar os nuclorganização orelha e modificação da cromatina em alta resolução de uma única célula em Todo-mount óvulos Arabidopsis incorporados. Ele baseia-se na incorporação de dissecção e óvulos fixos em uma fina camada de gel de acrilamida a uma lâmina de microscópio. Os óvulos embarcados são submetidos a tratamentos químicos e enzimáticos com o objetivo de melhorar a clareza do tecido e permeabilidade aos reagentes de positividade. Esses tratamentos preservar organização, DNA e proteínas epítopos celulares e cromatina. As amostras podem ser utilizadas para diferentes análises citológicas a jusante, incluindo a imunocoloração da cromatina, hibridação in situ fluorescente (FISH), e a coloração de ADN para análise de heterocromatina. Microscopia confocal a laser (CLSM) de imagem, com alta resolução, seguido de reconstrução 3D permite medições quantitativas na resolução de uma única célula.

Introduction

Em plantas com flores, o estabelecimento de linhagens de reprodução inicia-se com a diferenciação de células musculares lisas, MMC feminino e célula-mãe microspore masculino. A MMC desenvolve a partir de uma célula nucelar sub-epidérmica na ponta distal do primórdio óvulo, e a célula mãe micrósporos se desenvolve a partir de tecido esporogênico na antera lóculo, que estão localizados no fundo dos órgãos florais ^1. SMCs sofrer meiose para produzir esporos haplóides, que depois dão origem aos gametófitos sobre mitose. O gametófito feminino ou saco embrionário, consiste de uma célula-ovo, uma célula central, dois sinérgides e três antípodas. O gametófito masculino, ou o pólen, é composto de uma célula vegetativa e duas células espermáticas. Enquanto o gametófito masculino continua a ser um objeto de estudo-de-relativamente acessível, o gametófito feminino é incorporado dentro do óvulo, por sua vez incluído no carpelo flor, e, assim, coloca desafios específicos para análises moleculares e citológicas. Recentemente, no entanto, de laser assistidamicrodissection ofereceu uma solução elegante que permite análises transcriptomic no MMC e células gametófitos femininos ^2-4. Em adição à expressão do gene candidato analisa, por exemplo, utilizando ARN de hibridação in situ ou ensaios de gene repórter, análises citológicas permite investigar a dinâmica de componentes celulares endógenas utilizando coloração celular directa específica ou imunocoloração indirecta. Particularmente, coloração citogenética utilizando FISH e coloração do DNA, juntamente com imunocoloração de modificações da cromatina ou componentes de cromatina são abordagens centrais para elucidar a dinâmica da cromatina e organização nuclear em Arabidopsis ^5. Normalmente, a meiose implica dinâmica cromossômicas específicas que tem sido bem investigados em planta macho meiócitos ^6,7; ainda em grande escala, específico de célula cromatina reorganização, provavelmente refletindo a reprogramação epigenética dinâmica foi descrito durante o desenvolvimento do pólen ^8-10. Por outro lado, devidoà relativa inacessibilidade do meiocyte fêmea e gametófito, estas investigações continuam tecnicamente difíceis de aplicar, e exigem muitas vezes a dissecção de corte ou manual e digestão enzimática (ver abaixo). Além disso, o prevalente falta de clareza óptica em todo o monte é um obstáculo para imagens de alta resolução de células reprodutivas em óvulos intactas.

Um método clássico para a análise citológica da organização cromossômica em óvulos inteiros de montagem usa coloração de Feulgen ^11-13. Trata-se hidrólise ácida (utilizando um ácido hipocloroso) do ADN o que resulta em desnaturação das proteínas e, assim, causa a destruição da estrutura da cromatina. Alternativamente, organização cromossomo em meiócitos femininos e células gametófitos podem ser observados por meio da coloração DAPI e imunocoloração em seções semi-finas ou sacos de embriões dissecados e MMC (por exemplo ver ^14-18). Claramente, no entanto, a dissecção manual e corte pode ser de trabalho intensivo eimpede a análise qualitativa e quantitativa de um grande número de epítopos de cromatina.

Aqui nós fornecemos um protocolo eficiente para preparar um grande número de óvulos Arabidopsis adequados para uma variedade de coloração citológica jusante em todo-mount. Em breve, botões de flores são incubadas numa solução fixadora, linhas de óvulos são dissecados do carpelo e incorporado em acrilamida na corrediça, como feito para meiócitos pólen ^19,20. Os óvulos são incorporados mais afastada e fixadas em metanol, etanol, e xileno, antes da digestão da parede celular e permeabilização. São discutidas possíveis variações destes passos. As amostras podem em seguida ser utilizado para a coloração de ADN, a imunocoloração, e FISH. O modo de preparação é eficiente e permite a paralela conjunto experimental (até 16 lâminas pode ser preparado de um dia para análise a jusante diferente). Os tratamentos descritos permitem sinais homogêneas em todo-mount e bem preservado histológico, celular,e organização nuclear em células reprodutivas e células nucelares vizinhas que beneficiam comparações qualitativas e quantitativas entre os tipos de células. Calibrado, imagens de alta resolução baseado em CLSM seguido de reconstrução em 3 dimensões permite medições quantitativas significativas de sinais fluorescentes. Temos utilizado com sucesso este procedimento para analisar a dinâmica da cromatina no MMC diferenciando ²¹ e desenvolvendo gametófito feminino ^22; Apresentamos aqui resultados representativos de análise heterochromatin, immunostaining cromatina, GFP imunocoloração e peixes em todo-montagem óvulos. Além disso, acreditamos que o nosso protocolo irá ser adequado para outros tecidos e espécies vegetais.

Protocol

O procedimento é descrito no fluxo de trabalho na Figura 1, e a configuração para a dissecção e a incorporação de tecidos são apresentados na Figura 2. 1. Fixação do tecido Recolher 20-30 carpelos em um tubo de microcentrífuga contendo feita recentemente tampão fixador BVO em gelo. Fixar o tecido 30 min com agitação suave à temperatura ambiente. Girar os tubos contendo as carpelos em fixador em uma microcentrífu…

Representative Results

Nós fornecemos um protocolo robusto para a preparação em grande escala e de processamento de óvulos Arabidopsis adequados para exames citológicos em todo-mount. Graças à incorporação, os óvulos manter uma estrutura 3-dimensional (Figura 3). Além disso, o processamento de tecidos, incluindo esclarecimento de imagem óptico permite estruturas subcelulares em alta resolução. Figura 4 mostra a coloração de DNA em todo primórdios óvulo de montagem onde heterochromat…

Discussion

Em plantas com flores, a linhagem reprodutor feminino é cercado por várias camadas de células, incluindo o nucelo e os tegumentos óvulo, tornando assim a coloração citológica em toda montagem tecnicamente desafiador. Aqui apresentamos um protocolo eficiente que permite a preparação e processamento de um grande número de óvulos adequados para a coloração citológica como imunomarcação, a coloração do DNA e hibridização fluorescente in situ no todo-mount. Foi utilizado com sucesso para…

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Solutions
BVO Fixation Buffer (based on32)			2mM EGTA, pH7.5, 1% (v/v) Formaldehyde,10% DMSO, 1× PBS, 0.1% Tween-20
PBT			1× PBS, 0.1% Tween-20
PBT-F			1× PBT, 2.5% (v/v) formaldehyde
30% acrylamide:bisacrylamide			3g acrylamide, 0.33g bisacrylamide, 1× PBS (prepare 10ml, store at 4°C)
200mL  5% acrylamide mix in PBS			34mL 30% acrylamide:bisacrylamide, 166mL 1× PBS (make fresh from 30% stock)
20% ammoniumpersulfte			0.2g ammoniumpersulfte, 1mL sterile water (prepare aliquots with 1mL and store at -20°C)
20% sodium sulfite			0.2g sodium sulfite, 1mL sterile water (prepare aliquots with 1mL and store at -20°C)
Cell wall enzyme mix			0.5% (w/v) cellulase, 1% (w/v) driselase, 0.5% (w/v) pectolyase
Reagents and Materials
Formaldehyde	Sigma-Aldrich	F1635
DMSO	Sigma	D5879
Tris	Amaresco	0497
Ethanol	Schaurlau	ET00102500
Methanol	Schaurlau	ME03062500
Xylene	ROTH	4436.1
Cellulase	Sigma	1794
Driselase	Sigma	D8037
pectolyase	Sigma	P5936
Tween-20	Merck	8.22184.0500
EGTA	Sigma	E-4378
acrylamide	Sigma	A-3553
bisacrylamide	Sigma	M2022	toxic
ammoniumpersulfate	Sigma	A9164
Sodium sulfite	Fluka	71988
Anti-trimethyl-Histone H3 (Lys4)	Upstate	07-473
Anti- monomethyl-Histone H3 (Lys27)	Upstate	07-448
Alexa Fluor 488~goat ~anti ~rabbit (H+L)	Molecular Probe	A11008
ProlongGold	Invitrogen	P36934
Propidium iodide	Sigma	P4170	toxic
DAPI	Sigma	D9542	toxic
RNAse A	Roche	10109169001
Coplin jar	Huber & CO	10.055
Forceps	DUMONT BIOLOGY
Shaker	Heidolph	543-12310-00-0
Moist chamber			A plastic box with damp paper towel inside, a plastic support is put into the box for supporting the slides and keep slides from the water.
Superfrost Plus slide	Thermo Fisher	J1800AMNZ	Menzel-Gläser
FISH Tag DNA KIt	Invitrogen	F32947
GFP booster	Chromotek