을 사용해서 식물 방어 응답의 미세 특성에 대한 세균성 잎 침투 분석<em> 애기 장대-슈도모나스 시린 개 (Pseudomonas syringae)</em> Pathosystem
Summary
Quantification of pathogen growth is a powerful tool to characterize various Arabidopsis thaliana (hereafter: Arabidopsis) immune responses. The method described here presents an optimized syringe infiltration assay to quantify the Pseudomonas syringae pv. maculicola ES4326 growth in adult Arabidopsis leaves.
Abstract
전문 모바일 면역 세포의 부재에서, 식물은 현지화 프로그램 된 세포의 죽음과 전신 획득 저항성이 병원균의 공격으로부터 자신을 방어하기 위해 사용한다. 전체 식물 면역 반응 애기 특정 유전자의 기여는 구체적 정량적으로 감염된 조직 내의 병원균의 성장을 분석하여 평가할 수있다. 지난 3 년 동안의 hemibiotrophic 세균은 슈도모나스 시린 개 (Pseudomonas syringae) 태양 광 발전. maculicola ES4326 (PSM의 ES4326)는 널리 애기 면역 반응의 기초가되는 분자 메커니즘을 조사하기 모델 병원체로 적용되었습니다. 잎 조직으로 병원균을 제공하는, 다중 접종 방법이 확립되어, 예를 들면, 주사기 침윤 접종 딥, 스프레이, 진공 침윤, 홍수 접종. 다음 프로토콜은 성인의 잎으로 병원성 PSM ES4326를 전달하도록 최적화 된 주사기 침투 방법을 설명하는데애기 장대 식물을 토양에서 재배하고 정확하게이 병원균으로 강화 된 질병 감수성 (EDS)을 선별. 또한,이 프로토콜은 상기 살리실산 (SA) -Triggered 내성 (STI)와 MAMP 트리거 내성 (MTI)를 포함한 식물 방어 다른 층 내의 특정 결함 면역 해부 여러 전처리를 보충 할 수있다.
Introduction
때문에 자신의 고착 자연, 식물은 지속적으로 다양한 라이프 스타일과 영양 전략 1을 나타내는 병원균의 과다에 의해 위협을 받고있다. necrotrophic 병원균 적극적으로 비밀 독소와 효소가 호스트 조직을 죽이고 죽은 세포 (1)에 공급하는 동안 첫 번째 근사, biotrophic 병원균, 영양분을 검색 할 수 살아 자신의 호스트를 유지한다. 병원균이라고 hemibiotrophs의 또 다른 그룹은 병원체의 축적 (2) 특정 임계 값에 도달시 necrotrophic 단계에 biotrophic 무대와 변화와의 감염 과정을 시작합니다. 효과적으로 이들 미생물로부터 자신을 방어하기 위해, 식물 병원체 공격을 검출 및 트리거하도록 여러 감시기구를 구비 한 복잡한 선천 면역을 진화 세포사 3뿐만 아니라 전신 획득 저항성 (SAR)을 4 프로그램 지역화. 현재의 연구는 필수 SIG의 특성에 초점을 맞추고naling 구성 요소와 식물 면역 체계 (5) 내에서 교차 회담.
"지그재그"모델 5에 제시된 바와 같이, 식물 선천성 면역 반응의 제 1 층은 미생물의 침입을 검출하는 세포막 지역화 패턴 인식 수용체 (PRRS)의 존재를 필요로한다. PRRS는 미생물 – 관련 분자 패턴 (MAMPs)를 인식하고 MAMP 트리거 면역 (MTI) 6을 설정할 수 있습니다. 항균 PR 단백질 7을 코딩하는 유전자의 전사 상향 조절을 유도 외에, MTI는 세포벽에 활성 산소 종의 생산 (ROS) 반응성 질소 종 (RNS) callose 증착 포함 병원균의 성장을 저지 다양한 이벤트에 이르게 뿐만 아니라 여러 키나제 시그널링의 활성화 경로로 8.
지금까지 여러 MAMPs 세균 flg22 9 포함, 애기 장대에서 MTI을 트리거 확인 된 </sup> (편모로부터 유도 된 22 아미노산 단편)과 구조적 세포벽 성분 elf18 10 (박테리아 번역 연장 인자 화 18 아미노산) 11 펩티. 성공적인 감염을 확립하기 위해 어떤 특별한 병원체가 세포 내 또는 세포 내 공간으로 비밀 독성 이펙터 단백질하는 능력을 진화, 결과적 MTI을 억제하고 이펙터 트리거 감수성 (ETS) (12, 13)를 실행 하였다. 예를 들어, 독성 이펙터가 감염된 조직 내의 14-16 질병 발달을 유도하는 MTI의 유사 분열 촉진 인자 – 활성화 단백질 키나제 (MAPK) 케스케이드 인산화를 비활성화 할 수있다. 호스트 및 병원체의 동적 공진화 동안 식물도 이펙터 단백질을 인식하고 병원체 병원성 17 분자 감쇠 역습 전략을 개발했다. 이 직간접 효과기 인식은 질병 저항 (R) 단백질 (18)에 의해 매개된다. T의 대부분밑단은 NB-LRR의 구성원 (염기 바인딩과 류신이 풍부한 반복) 가족 (19)이다. R 단백질에 의해 avirulent 이펙터의 인식은 이펙터 트리거 면역 (ETI) (20) 특징 강력하고 광범위한 면역 반응을 유도한다. 방위 유전자 21의 발현과 방위의 대사 (22)의 생산을 유도하는 것 외에도, ETI는 종종 인접 조직 (3) 내로 확산되는 병원균을 제한 과민 반응 (HR)라고도 급속한 국부 프로그래밍 된 세포 사멸을 이끈다.
프로그램 된 세포 사멸 국부 (23)에 더하여, 플랜트 (SAR) 4 전신 후천성 내성이라 장기 및 시스템 전체에 대한 면역 반응을 개시 할 수있다. biotrophic 병원체 공격시에, 식물 세포는 지방 조직과 조직 (24) 모두에서 내인성 phytohormone 살리실산 (SA)와 PR 단백질의 생합성과 축적을 발생시킨다. T를 통해그 공정은, 준비의 높아진 상태 병원균 (24)의 넓은 스펙트럼에 의해 후속 감염 동안 빠른 응답을 수비 장착 가능 비감염 나뭇잎에 달성된다. SA와 같은 합성 유사체 벤조 (1,2,3) 티아 디아 졸 -7- 카르 보 티오 S의 산 메틸 에스테르 (BTH) 및 2,6- dichloroisonicotinic 산 (INA) 살리실산 화학적으로 유도 할 수있다 (SA) 외부 응용 프로그램 24시 -Triggered 내성 (STI). 병원성 관련 유전자 1 (NPR1)의 Nonexpressor 로컬 전신 조직 21,25,26 모두 SA 매개 방어 반응 동안 중요한 전사 조절로서 SA 수용체 및 기능 중 하나가 될 것으로 제안된다. 그것은 결정적 NPR1은 SAR 확립에 필요하며 NPR1의 손실 슈도모나스 syringae 25 향해 극적인 감수성에 이르게하는 것이 입증되었다.
광범위 식물의 분자량 기여를 특성화식물 병원체 상호 작용 구성 요소들은 여러 생물 검정은 ROS 27 버스트를 포함한 특정 방위를 측정하는 이벤트들은 단백질 제품 (21)의 증착 callose 28 방어 유전자 발현 및 축적이 개발되어왔다. 이러한 개별 분석은 식물 면역 반응의 특정 형태에 대한 통찰력을 제공 할 수 있지만, 그들 중 누구도하지만, 전체 공장의 수준에서 완전한 방어 반응을 나타낼 수 없습니다. 반대로, 감염 후 병원균 성장의 정량화는 유기체 수준에서 면역 반응의 전반적인 평가를 제공합니다. 따라서, 정확하고 높은 표준화 병원균 접종 분석법의 개발 및 최적화는 애기 면역 반응에 대한 연구 및 발견을 연료로 중요하다.
슈도모나스 시린 개 (Pseudomonas syringae), 그람 음성 세균, Arabidops 포함한 공장 호스트의 범위에서 질병을 일으킬 수있는 것으로 확인되었다 phytopathogen(29)이다. 피 – 모델 식물 병원균 시스템, 애기 장대로 syringae 상호 널리 분자 메커니즘을 기초 식물 방어 반응 (29)을 이해하기 위해 적용되어왔다. 지금까지 50여 P. syringae의 pathovars는 다른 종의 식물 (30)을 감염시킬 능력을 근거로 확인되었다 . P. syringae 태양 광 발전. 토마토 DC3000 (PST DC3000) (31)와 P. syringae 태양 광 발전. maculicola ES4326 (PSM ES4326) (32)는 두 개의 가장 널리 사용되는 광범위 특징 병원성 균주이다. 이외에도 식물에 의해 인식 및 MTI 응답을 트리거링되는 태평양 표준시 DC3000와 PSM ES4326은 MTI을 억제하고 병원균의 성장을 유리하게 31, 33 ETS를 트리거 이펙터 병원성 단백질을 분비 할 수있다.
기능적으로 애기 장대와 경찰 사이의 상호 작용을 해부하다 syringae, 여러0; 병원체 감염 방법은 병원체 전달 방식에 기초하여 개발되었다. 토양 재배 식물, 병원균은 주사기 침투, 진공 침투, 딥 접종 및 분무 접종 29,34에 의해 전달 될 수있다. 최근 모 홍수 접종 분석이 조직 문화에 대형 스크린을 수행하기 위해 개발 된 젊은 애기 장대 식물 (35) 플레이트 성장. 주사기 침투는, 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나로서, 기공 (29)를 수동으로 불리는 천연 잎의 틈 사이로 apoplast으로 병원체를 제공한다. 경찰의 이러한 접근 방식을 통해, 동일한 양 syringae 감염된 잎 침투 할 수 있고, 식물 면역 반응의 강도는 반비례 병원균 성장 수준으로 상관된다. 따라서, 병원균의 성장의 정량화는 전체 공장 수준에서 면역 기능을 평가하기위한 최적의 방법 역할을합니다. 또한, 주사기의 침윤이 로컬 및 전신 조직을 구별 할 수있는 ㄴ 수SAR (36)의 기초가되는 분자 메커니즘의 특성에 해당하는 전자.
다음 프로토콜에서, 우리는 강화 된 질병 감수성 (EDS)에 대한 애기 장대 돌연변이 체를 선별 PSM ES4326에 최적화 된 주사기 침투 분석에 대해 설명합니다. 이 프로토콜은 두 애기 유전자형을 사용합니다 야생형 생태형 컬럼비아 – 0 (골-0) 식물 (제어) 및 npr1-1 기능 상실 돌연변이를 (hypersusceptible) 즉 병원성 균주 PSM ES4326 (37)에 감염됩니다. The npr1-1 돌연변이 티로신에 고도로 보존 된 히스티딘을 변경하고 25 비 기능 단백질을 렌더링하는 NPR1 분자의 ankyrin 반복 합의 시퀀스 내에서 점 돌연변이를 전달합니다. 또한, 주사기 침윤 분석의 변형의 수는 MTI 및 STI를 포함한 면역 반응의 특정 층에서의 결함의 정량화를 허용하는지 설명된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
인구 available 농지 감소와 증가함에 따라, 전 세계의 연구자들은 작물 개선을위한 긴급한 필요로하는 과제를 안고 있습니다. 수율은 매우 다양한 생물학적 및 비 생물 적 스트레스에 의해 영향을받을 수있다. 그 중에서도, 병원체 감염 단독 45 US에서 약 12 %의 손실에 대해 책임 작물 수확량 감소의 주요 원인 중 하나이다. 이 문제를 해결하려면, 대규모 연구는 모델 애기 장대에서 진행되고?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Dr. Shahid Mukhtar for critiquing the manuscript and Dr. Xinnian Dong for the sample data analysis file. This work is supported by a NSF-CAREER award (IOS-1350244) to KPM and the UAB Biology Department.
Materials
| MetroMix 360 | Grosouth | SNGMM360 | |
| Large pots | Grosouth | TEKUVCC10TC | |
| 12×6 Inserts | Grosouth | LM1206 | |
| 11×21 Flats with no holes | Grosouth | LM1020 | |
| 11×21 Flats with holes | Grosouth | LM1020H | |
| Vinyl propagation domes | Grosouth | CW-221 | |
| Proteose Peptone | Fisher Scientific | DF0122-17-4 | |
| Potassium Phosphate Dibasic Trihydrate | MP Biomedicals | 151946 | |
| Agar | Fisher Scientific | A360-500 | |
| Streptomycin sulfate | Bio Basic Inc | SB0494 | |
| 100x15mm Petri dishes | Fisher Scientific | FB0875713 | |
| 150x15mm Petri dishes | Fisher Scientific | R80150 | |
| Rectangular plate | Fisher Scientific | 12-565-450 | |
| MgCl2 Hexahydrate | Bio Basic Inc | MB0328 | |
| Glycerol | Bio Basic Inc | GB0232 | |
| MgSO4 | Bio Basic Inc | MN1988 | |
| 1 mL syringe | Fisher Scientific | NC9992493 | |
| Kimwipe | Fisher Scientific | 06-666-A | |
| Grinding tubes | Denville Scientific | B1257 | |
| Caps for grinding tubes | Denville Scientific | B1254 | |
| Stainless steel grinding ball | Fisher Scientific | 2150 | |
| 96-well plate | Fisher Scientific | 12-556-008 | |
| Sodium Salicylate | Sigma Aldrich | s3007-1kg | |
| flg22 (QRLSTGSRINSAKDDAAGLQIA) | Genescript | Made to order | |
| elf18 (Ac-SKEKFERTKPHVNVGTIG) | Genescript | Made to order | |
| Hole puncher | Staples | 146308 | |
| Biophotometer plus | Eppendorf | 952000006 | |
| PowerGen High-Throughput Homogenizer | Fisher Scientific | 02-215-503 | |
| Accu spin micro centrifuge | Fisher Scientific | 13-100-675 | |
| Multichannel pipette (10-100 µl) | Eppendorf | 3122 000.043 | |
| Multichannel pipette (30-300µl) | Eppendorf | 3122 000.060 | |
| Pipette (20µl) | Eppendorf | 3120 000.038 | |
| Pipette tips | Fisher Scientific | 3552-HR | |
| Sharpie permanent marker | Staples | 507130 | |
| 1.5 mL tube | Eppendorf | 22363204 | |
| Forceps | Fisher Scientific | 08-890 |
References
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