Expressão gênica em camadas de aleurona cevada bombardeado com maior Throughput de medição
Summary
Um protocolo melhorado é apresentado para a medição transitória da expressão do gene do repórter construções nas células de aleurona de cevada após o bombardeio de partículas. A combinação de grãos automatizado moagem com ensaios enzimáticos de placa de 96 poços fornece alto throughput para o procedimento.
Abstract
A camada de aleurona de grãos de cevada é um importante modelo sistema para expressão gênica hormônio-regulada em plantas. Nas células de aleurona, genes necessários para a germinação ou desenvolvimento inicial de plântulas são ativados por Giberelina (GA), enquanto os genes associados com respostas de estresse são ativados pelo ácido abscísico (ABA). Os mecanismos de sinalização GA e ABA podem ser interrogados por introduzir construções de gene repórter em células de aleurona através do bombardeamento de partículas, com a expressão transitória resultante medida através de ensaios enzimáticos. Um protocolo melhorado é relatado que parcialmente automatiza e agiliza a etapa de homogeneização de grão e os ensaios enzimáticos, permitindo que a taxa de transferência significativamente mais do que os métodos existentes. Homogeneização das amostras de grãos é realizada usando um homogeneizador de automatizado, e ensaios de GUS (β-glucuronidase) são realizados através de um sistema de placa de 96 poços. Resultados representativos, usando o protocolo sugerem que a atividade da fosfolipase D pode desempenhar um papel importante na ativação da expressão do gene HVA1 pela ABA, através do fator de transcrição TaABF1.
Introduction
A camada de aleurona de cevada é um sistema bem estabelecido de modelo para o estudo da expressão gênica de hormônio-regulada em plantas1. Em particular, um número de genes necessários para a germinação ou desenvolvimento inicial de plântulas é ativado por Giberelina (GA), enquanto os genes associados com respostas de estresse são ativados pelo ácido abscísico (ABA). O GA e ABA vias de sinalização estão interligados, como a expressão de alguns genes GA-ativado é inibida pela ABA e vice-versa1.
Uma estratégia valiosa para a compreensão que do papel dos actores particulares na GA/ABA sinalização foi a introdução das construções de gene effector através do bombardeamento de partículas, seguido pela expressão transiente de construções de repórter que permitem que o efeito resultante na expressão do gene a jusante para ser determinado. O uso de genes repórter como GUS (β-glucuronidase) ou Luciferase permite a medição quantitativa e sensível da expressão do gene especificamente dentro das células que receberam a construção effector. Por exemplo, a introdução de uma construção effector codificação o fator de transcrição TaABF15,6 estabeleceu que genes induzida por ABA como HVA1 são induzidos por TaABF1, enquanto genes GA-induzido, como Amy32b são reprimidos. Bombardeio de partículas como uma estratégia experimental serviu por vários laboratórios para investigar os diversos aspectos de sinalização GA/ABA. Esse trabalho levou à identificação de elementos do promotor importantes para a ativação de GA-induzido2 e genes induzida por ABA3e a descoberta de proteínas quinases4 e fatores de transcrição5 que regulam o expressão destes genes.
O existente protocolos2,3,4,5,6 para o bombardeamento de partículas e mensuração subsequente da expressão do gene transiente são bastante trabalhoso, como cada conjunto de bombardeados mal de grãos é homogeneizado à mão em um almofariz e um pilão e os ensaios enzimáticos são realizados individualmente. Este manuscrito relata um protocolo melhorado que parcialmente automatiza e agiliza a etapa de homogeneização e o GUS ensaios para permitir que a taxa de transferência significativamente mais, permitindo um maior número de tratamentos a ser testado no mesmo experimento, e/ou a inclusão de mais repetições para cada tratamento obter mais resultados estatisticamente robustos. Resultados representativos são mostrados para a expressão de construções HVA1 e Amy32b do repórter, regulados pelo factor de transcrição TaABF1, bem como pelo GA, ABA e outras moléculas reguladoras.
Protocol
Representative Results
Discussion
A introdução do gene effector constrói através do bombardeamento de partículas, seguido pela expressão transiente de construções de repórter é uma estratégia valiosa para dissecar o papel dos actores particulares na GA/ABA sinalização e no gene resultante hormônio-regulada expressão.
No entanto, os protocolos existentes para a realização de tais experiências em cevada aleurona células2,3,4,<sup c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores Obrigado Greyson Butler e Margaret Barrett para ajudar na realização dos experimentos, Judy Stone para aconselhamento sobre homogeneização de grão e Lynn Hannum para aconselhamento sobre fluorometry. Este trabalho foi financiado pela National Science Foundation (IOB 0443676), por um prêmio de desenvolvimento institucional (ideia) do Instituto Nacional de General Medical Ciências, dos institutos nacionais de saúde, sob número de concessão P20GM0103423 e por concessões do a divisão de Colby College de ciências naturais.
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 |
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