Transgenik bitkiler BIBAC-GW ikili vektör kullanarak tek kopya ekleme ile oluşturma
Summary
PBIBAC-GW ikili vektör oluşturma transgenik bitkiler sağlam tek kopya eklemeler, kolay bir süreç ile kolaylaştırır. Burada, bir dizi protokol okuyucu transgenik Arabidopsis bitkiler üretme ve bitkiler intactness için sınama işlemi boyunca rehberlik ve ekleme sayısı kopyalamak sunulur.
Abstract
Transgenik bitkiler oluştururken, genellikle nesnel bir transgene istikrarlı ifade sahip olmaktır. Çoklu kopya entegrasyonlar kez gen susturmak için tabi olan gibi bu transgene tek, bozulmamış entegrasyonunu gerektirir. Bakteriyel yapay kromozomu (pBIBAC-GW), diğer pBIBAC türevleri gibi temel ağ geçidi uyumlu ikili vektör tek kopya transgenes ekleme ile yüksek verim sağlar. Faiz dizisi şimdi kolayca vektör transfer içine DNA (T-DNA) ağ geçidi klonlama tarafından eklenebilir böylece orijinal pBIBAC bir gelişme, bir ağ geçidi kaset pBIBAC-GW kopyalamış. Yaygın olarak, dönüşüm pBIBAC-GW ile sonuç 0,2-0,5 bir verimlilik %, mademki transgenics yarısı taşımak T-DNA’ın sağlam tek kopya tümleştirme. PBIBAC-GW vektörel çizimler Glufosinate-amonyum direnç veya DsRed floresan seçilmek üzere bitkiler tohum kat olarak ve sefaloridin direnç bakteri içinde bir seçim olarak kullanılabilir. Burada, bir dizi protokol okuyucu transgenik bitkiler pBIBAC-GW kullanarak oluşturma işlemi boyunca rehberlik sunulur: faiz dizileri tercih bir dönüşüm tesisi için pBIBAC-GW vektör içine yeniden birleştirme başlatma Agrobacterium, seçim transgenics ve bitkiler DNA kurutma kullanarak ekleme intactness ve kopya sayısı için sınama. Dikkat bir DNA blotting stratejisi tasarlama için tek ve çok kopyayı entegrasyonlar, tekli ve çoklu loci tanımak için verilir.
Introduction
Transgenik bitkiler oluştururken, genellikle nesnel stabil ifade entegre transgene(s) sahip olmaktır. Bu bir transgene sağlam tek kopya entegrasyonlar tarafından sağlanabilir. Birden çok entegrasyonlar bir transgene artan ifade, aynı zamanda gen susturmak için yol açabilir. Eklenen dizileri tandem veya ters tekrarlar1,2,3,4düzenlenmiştir Eğer transgenes susturmak daha yüksektir. İkili vektörel çizimler mekikler Agrobacteriumiçinde sınırlayıcı olarak kullanılır-faiz dizileri bitki genleri içine sunmak için dönüştürme deneyler aracılı. Tümleştirmeleri bitki genom içine sayısı Agrobacterium tumefaciens5,6. ikili vektör kopya sayısına bağlıdır Birçok sık kullanılan ikili vektörel çizimler vektör yüksek Kopyala vardır ve bu nedenle yüksek ortalama transgene kopya numarası verim: 3.3-4,9 kopya Arabidopsis5.
T-DNA entegrasyonlar sayısı BIBAC7gibi veya bir T-DNA A. tumefaciens kromozom5başlatarak A. tumefaciensiçinde düşük-kopya numarası olan ikili vektörel çizimler kullanarak indirdi. Ortalama transgene entegrasyonlar bu gibi durumlarda 25,8,9,10aşağıda sayısıdır. Olması sebebiyle tek-kopya A. tumefaciens ve aynı zamanda Escherichia coli, BIBAC türevleri korumak ve yapıları 150 kb11büyüklüğünde teslim.
GW-uyumlu BIBAC vektörler10,12 genler ilgi kolay başlangıç ağ geçidi klonlama kullanarak vektör içine izin verir. Ağ Geçidi teknoloji kullanımı büyük ölçüde kolaylaştırır klonlama yordamı, ama aynı zamanda büyük düşük-kopya-sayı vektörel çizimler13,14, düşük bir DNA verim ve benzersiz kısıtlama sınırlı bir seçim gibi ile ilgili ortak sorunları üstesinden gelir 7,11klonlama için kullanılabilir bir bölge. PBIBAC-GW türevleri Glufosinate-amonyum (pBIBAC-BAR-GW) her iki direnç veya DsRed floresan tohum kat (pBIBAC-RFP-GW) seçilmek üzere bitkiler (şekil 1)10,12olarak mevcuttur. Her iki Vektörler, sefaloridin direnç gen bakteri seçim işaretçisi olarak kullanılır.
PBIBAC-GW vektörel çizimler birleştirmek: (1) kolay tasarım ve E. colive (2) sağlam tek kopya entegrasyonlar planta içinde yüksek verimlilikle genetik manipülasyon. PBIBAC-GW vektörel çizimler verim ortalama 1.7 entegrasyonlar Arabidopsis içinde tek bir taşıyan transgenik bitkiler yaklaşık yarısı üzerinde T-DNA10entegre.
Kararlı transgenes çoğu transgenics oluşturulan için zorunlu bir ifadesidir. İstikrarlı transgene ifade olduğu gibi tek kopya entegrasyonlar tarafından elde edilebilir. Transgenik bitkiler olduğu gibi tek kopya entegrasyonlar taşıyan ile çalışıyor, ancak, örneğin, amaç süreçlerinin verimliliği Kromatin tabanlı, mutagenesis, Rekombinasyon, veya onarım ve bu bağımlılık gibi çalışma için ise daha da önemli süreçleri genomik konumu ve Kromatin yapısı ekleme sitesi. Bizim ilgi için yönetmen Oligonükleotid mutagenesis (ODM) bağımlılığı yerel genomik içeriğine, eğitim için oluşturulan (Şekil 2)10bir muhabir çizgi kümesi mutagenesis muhabir gen olduğu gibi tek kopya entegrasyonlar ile oldu. Bu çizgiler kümesi kullanarak, ODM verimliliği transgenik loci rağmen oldukça benzer olarak transgene ifade düzeyleri farklı genomik yerlerde entegre arasında değişir gösterildi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Üreten transgenics bir transgene tek, bozulmamış entegrasyonlar ile kullanılan ikili vektör seçimi çok önemlidir. BIBAC aile vektörel çizimler dizileri çıkarlarının birçok bitki türü23için,24,25,26,27,28teslim etmek için kullanılmaktadır. BIBAC Vektörler, BIBAC-GW, dahil olmak üzere verim tek kopya ente…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma Hollandalı teknoloji Vakfı için bilimsel araştırma (NWO) Hollanda organizasyonun bir parçası olduğu ve hangi kısmen tarafından Ekonomik İşler Bakanlığı (OTP Grant 12385 MS) finanse edilmektedir STW (12385) tarafından desteklenmektedir. Carol M. Hamilton (Cornell Üniversitesi, Amerika Birleşik Devletleri) pCH20, BIBAC-GW vektörel çizimler omurgası sağlamak için teşekkür ederiz.
Materials
| Kanamycin sulphate monohydrate | Duchefa | K0126 | |
| Gentamycin sulphate | Duchefa | G0124 | |
| Rifampicin | Duchefa | R0146 | |
| Tetracycline hydrochloride | Sigma | T-3383 | |
| DB3.1 competent cells | Thermo Scientific – Invitrogen | 11782-018 | One Shot ccdB Survival 2 T1R Competent Cells (A10460) by Invitrogen or any other ccdB resistant E. coli strain can be used instead |
| DH10B competent cells | Thermo Scientific – Invitrogen | 18290-015 | |
| Gateway LR clonase enzyme mix | Thermo Scientific – Invitrogen | 11791-019 | |
| tri-Sodium citrate dihydrate | Merck | 106432 | |
| Trizma base | Sigma-Aldrich | T1503 | |
| EDTA disodium dihydrate | Duchefa | E0511 | |
| Proteinase K | Thermo Scientific | EO0491 | |
| Bacto tryptone | BD | 211705 | |
| Yeast extract | BD | 212750 | |
| Sodium chloride | Honeywell Fluka | 13423 | |
| Potassium chloride | Merck | 104936 | |
| D(+)-Glucose monohydrate | Merck | 108346 | |
| Electroporation Cuvettes, 0.1 cm gap | Biorad | 1652089 | |
| Electroporator Gene Pulser | BioRad | ||
| Magnesium sulfate heptahydrate | Calbiochem | 442613 | |
| D(+)-Maltose monohydrate 90% | Acros Organics | 32991 | |
| Sucrose | Sigma-Aldrich | 84100 | |
| Silwet L-77 | Fisher Scientific | NC0138454 | |
| Murashige Skoog medium | Duchefa | M0221 | |
| Agar | BD | 214010 | |
| Glufosinate-ammonium (Basta) | Bayer | 79391781 | |
| Restriction enzymes | NEB | ||
| Ethidium Bromide | Bio-Rad | 1610433 | |
| Electrophoresis system | Bio-Rad | ||
| Sodium hydroxide | Merck | 106498 | |
| Hydrochloric acid | Merck | 100316 | |
| Blotting nylon membrane Hybond N+ | Sigma Aldrich | 15358 | or GE Healthcare Life Sciences (RPN203B) |
| Whatman 3MM Chr blotting paper | GE Healthcare Life Sciences | 3030-931 | |
| dNTP | Thermo Fisher | R0181 | |
| Acetylated BSA | Sigma-Aldrich | B2518 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H4034 | |
| 2-Mercaptoethanol | Merck | 805740 | |
| Sephadex G-50 Coarse | GE Healthcare Life Sciences | 17004401 | or Sephadex G-50 Medium (17004301) |
| Dextran sulfate sodium salt | Sigma-Aldrich | D8906 | |
| Sodium Dodecyl Sulfate | US Biological | S5010 | |
| Salmon Sperm DNA | Sigma-Aldrich | D7656 | |
| Sodium dihydrogen phosphate monohydrate | Merck | 106346 | |
| Storage Phosphor screen and casette | GE Healthcare Life Sciences | 28-9564-74 | |
| Phosphor imager | GE Healthcare Life Sciences | Typhoon FLA 7000 | |
| UV Crosslinker | Stratagene | Stratalinker 1800 | |
| cling film (Saran wrap) | Omnilabo | 1090681 | |
| Agarose | Thermo Scientific – Invitrogen | 16500 | |
| Boric acid | Merck | 100165 | |
| DNA marker ‘Blauw’; DNA ladder. | MRC Holland | MCT8070 | |
| DNA marker ‘Rood’; DNA ladder | MRC Holland | MCT8080 | |
| Hexanucleotide Mix | Roche | 11277081001 | |
| Large-Construct Kit | Qiagen | 12462 | |
| Heat-sealable polyethylene tubing, clear | various providers | the width of the tubing should be wider than that of blotting membrane | |
| Heat sealer | |||
| Membrane filter disk | Merck | VSWP02500 | |
| Magnesium chloride | Merck | 105833 | |
| Hybridization mesh | GE Healthcare Life Sciences | RPN2519 |
References
- Jorgensen, R. A., Cluster, P. D., English, J., Que, Q., Napoli, C. A. Chalcone synthase cosuppression phenotypes in petunia flowers: comparison of sense vs. antisense constructs and single-copy vs. complex T-DNA sequences. Plant Mol Biol. 31 (5), 957-973 (1996).
- Stam, M., et al. Post-transcriptional silencing of chalcone synthase in Petunia by inverted transgene repeats. Plant J. 12, 63-82 (1997).
- Stam, M., Viterbo, A., Mol, J. N., Kooter, J. M. Position-dependent methylation and transcriptional silencing of transgenes in inverted T-DNA repeats: implications for posttranscriptional silencing of homologous host genes in plants. Mol Cell Biol. 18 (11), 6165-6177 (1998).
- Jin, Y., Guo, H. S. Transgene-induced gene silencing in plants. Methods Mol Biol. 1287, 105-117 (2015).
- Oltmanns, H., et al. Generation of Backbone-Free, Low Transgene Copy Plants by Launching T-DNA from the Agrobacterium Chromosome 1[W][OA]. Plant Physiol. , (2010).
- Ye, X., et al. Enhanced production of single copy backbone-free transgenic plants in multiple crop species using binary vectors with a pRi replication origin in Agrobacterium tumefaciens. Transgenic Res. , (2011).
- Hamilton, C. M. A binary-BAC system for plant transformation with high-molecular-weight DNA. Gene. 200 (1-2), 107-116 (1997).
- Frary, A., Hamilton, C. M. Efficiency and stability of high molecular weight DNA transformation: an analysis in tomato. Transgenic Res. 10 (2), 121-132 (2001).
- Vega, J. M., et al. Agrobacterium-mediated transformation of maize (Zea mays) with Cre-lox site specific recombination cassettes in BIBAC vectors. Plant Mol Biol. 66 (6), 587-598 (2008).
- Anggoro, D. T., Tark-Dame, M., Walmsley, A., Oka, R., de Sain, M., Stam, M. BIBAC-GW-based vectors for generating reporter lines for site-specific genome editing in planta. Plasmid. 89, 27-36 (2017).
- Hamilton, C. M., Frary, A., Lewis, C., Tanksley, S. D. Stable transfer of intact high molecular weight DNA into plant chromosomes. Proc Natl Acad Sci U S A. 93 (18), 9975-9979 (1996).
- Belele, C. L., Sidorenko, L., Stam, M., Bader, R., Arteaga-Vazquez, M. A., Chandler, V. L. Specific tandem repeats are sufficient for paramutation-induced trans-generational silencing. PLoS Genet. 9 (10), e1003773 (2013).
- Shizuya, H., et al. Cloning and stable maintenance of 300-kilobase-pair fragments of human DNA in Escherichia coli using an F-factor-based vector. Proc Natl Acad Sci U S A. 89 (18), 8794-8797 (1992).
- Shi, X., Zeng, H., Xue, Y., Luo, M. A pair of new BAC and BIBAC vectors that facilitate BAC/BIBAC library construction and intact large genomic DNA insert exchange. Plant Methods. 7, 33 (2011).
- Woodman, M. E., et al. Direct PCR of Intact Bacteria (Colony PCR). Curr Protoc Microbiol. , A.3D.1-A.3D.7 (2016).
- Ausubel, F. M., et al. Mol Biol. Current Protocols in Molecular Biology. 1, (2003).
- Edwards, K., Johnstone, C., Thompson, C. A simple and rapid method for the preparation of plant genomic DNA for PCR analysis. Nucleic Acids Res. 19 (6), 1349 (1991).
- Clarke, J. D. Cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) DNA miniprep for plant DNA isolation. Cold Spring Harb Protoc. (3), (2009).
- Lee, P. Y., Costumbrado, J., Hsu, C. Y., Kim, Y. H. Agarose Gel Electrophoresis for the Separation of DNA Fragments. J Vis Exp. (62), e3923 (2012).
- Green, M. R., Sambrook, J. . Molecular Cloning. , (2012).
- Sosa, J. M. Chromatography with Sephadex Gels. Anal Chem. 52 (6), 910-912 (1980).
- Depicker, A., Stachel, S., Dhaese, P., Zambryski, P., Goodman, H. M. Nopaline synthase: transcript mapping and DNA sequence. J Mol Appl Genet. 1 (6), 561-573 (1982).
- Feng, J., Vick, B. A., Lee, M. K., Zhang, H. B., Jan, C. C. Construction of BAC and BIBAC libraries from sunflower and identification of linkage group-specific clones by overgo hybridization. Theor Appl Genet. 113 (1), 23-32 (2006).
- Lee, M. K., et al. Construction of a plant-transformation-competent BIBAC library and genome sequence analysis of polyploid Upland cotton (Gossypium hirsutum L). BMC Genomics. 14, 208 (2013).
- Wang, W., et al. A large insert Thellungiella halophila BIBAC library for genomics and identification of stress tolerance genes. Plant Mol Biol. 72 (1-2), 91-99 (2010).
- Wu, C., et al. A BAC- and BIBAC-based physical map of the soybean genome. Genome Res. 14 (2), 319-326 (2004).
- Xu, Z., et al. Genome physical mapping from large-insert clones by fingerprint analysis with capillary electrophoresis: a robust physical map of Penicillium chrysogenum. Nucleic Acids Res. 33 (5), e50 (2005).
- Zhang, M., et al. Genome physical mapping of polyploids: a BIBAC physical map of cultivated tetraploid cotton, Gossypium hirsutum L. PLoS One. 7 (3), e33644 (2012).
- Frary, A., Hamilton, C. M. Efficiency and stability of high molecular weight DNA transformation: An analysis in tomato. Transgenic Res. , (2001).
- Stam, M., Viterbo, A., Mol, J. N. M., Kooter, J. M. Position-Dependent Methylation and Transcriptional Silencing of Transgenes in Inverted T-DNA Repeats: Implications for Posttranscriptional Silencing of Homologous Host Genes in Plants. Cell Biol. 18 (11), 6165-6177 (1998).
- Głowacka, K., Kromdijk, J., Leonelli, L., Niyogi, K. K., Clemente, T. E., Long, S. P. An evaluation of new and established methods to determine T-DNA copy number and homozygosity in transgenic plants. Plant Cell Environ. 39 (4), 908-917 (2016).
- Stefano, B., Patrizia, B., Matteo, C., Massimo, G. Inverse PCR and Quantitative PCR as Alternative Methods to Southern Blotting Analysis to Assess Transgene Copy Number and Characterize the Integration Site in Transgenic Woody Plants. Biochem Genet. 54 (3), 291-305 (2016).
