Translating Ribosome Affinity Purification (TRAP) to Investigate <em>Arabidopsis thaliana</em> Root Development at a Cell Type-Specific Scale

Martha Thellmann; Tonni  Grube Andersen; Joop  EM Vermeer

doi:10.3791/60919

JoVE Journal > Developmental Biology

Developmental Biology

Oversette ribosom affinitet rensing (TRAP) for å undersøke Arabidopsis thaliana Root Development på en celle type-spesifikk skala

Published: May 14, 2020

doi:

10.3791/60919

Martha Thellmann, Tonni Grube Andersen, Joop EM Vermeer³

¹Department of Plant and Microbial Biology,University of Zurich, ²Biophore – UNIL, ³Laboratory of Cell and Molecular Biology, Institute of Biology,University of Neuchâtel

Summary

Oversette ribosome affinitet rensing (TRAP) gir mulighet til å dissekere utviklingsprogrammer med minimal behandling av organer og vev. Protokollen gir høy kvalitet RNA fra celler målrettet med en grønn fluorescerende protein (GFP)-merket ribosomal subunit. Nedstrøms analyseverktøy, for eksempel qRT-PCR eller RNA-seq, avslører vevs- og celletypespesifikke uttrykksprofiler.

Abstract

I denne artikkelen gir vi praktiske instruksjoner for å få translatome data fra forskjellige Arabidopsis thaliana rotcelletyper via den oversette ribosome affinitetsrensing (TRAP) metoden og påfølgende optimalisert lav-input bibliotek forberedelse.

Som startmateriale bruker vi plantelinjer som uttrykker GFP-merket ribosomalt protein RPL18 på en celletypespesifikk måte ved bruk av tilstrekkelige arrangører. Før immunrensing og RNA-ekstraksjon blir vevet frosset, noe som bevarer vevsintegritet og samtidig tillater gjennomføring av tidsseriestudier med høy temporal oppløsning. Spesielt forblir celleveggstrukturer intakte, noe som er en stor ulempe i alternative prosedyrer som fluorescensaktiverte cellesorteringsbaserte tilnærminger som er avhengige av vevsomforsynt for å isolere forskjellige cellepopulasjoner. I tillegg er ingen vevfiksering nødvendig som i laserfangst mikrodisseksjonsbaserte teknikker, noe som gjør at høykvalitets RNA kan oppnås.

Prøvetaking fra underpopulasjoner av celler og bare isolere polysom-assosiert RNA begrenser rna-utbytter alvorlig. Det er derfor nødvendig å anvende tilstrekkelig sensitive bibliotekforberedelsesmetoder for vellykket datainnhenting av RNA-seq.

TRAP tilbyr et ideelt verktøy for planteforskning, da mange utviklingsprosesser involverer celleveggrelaterte og mekaniske signalveier. Bruken av arrangører for å målrette spesifikke cellepopulasjoner er å bygge bro mellom organ- og encellenivå som igjen lider av liten oppløsning eller svært høye kostnader. Her bruker vi TRAP for å studere cellecellekommunikasjon i lateral rotdannelse.

Introduction

Drevet av den økende anvendelsen av neste generasjons sekvenseringsteknikker, kan romlig oppløsning i utviklingsbiologi økes. Moderne studier tar sikte på å dissekere vev ned til spesialiserte celletyper, om ikke encellede nivå¹^,²^,³^,⁴. For dette formål har en mengde forskjellige metoder blitt utarbeidet i løpet av de siste femti årene (se figur 1A)⁵^,⁶^,⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^,¹²^,¹³^,¹⁴^,¹⁵.

Mange verktøy i plantevitenskap har vært tilpasninger av teknikker som var pionerer i dyreforskning. Dette er ikke tilfelle for metoden vi introduserer i detalj her. I 2005, utstyrt med sterk bakgrunn i proteinoversettelse, satte Bailey-Serres Lab ut for å konstruere ribosomale proteiner for påfølgende affinitetsrensing¹⁶. Dermed kunne de unngå tidkrevende og arbeidskrevende polysom profilering, som er basert på ultracentrifugering med en sukrosegradient og ble brukt til å vurdere å oversette ribosomer siden 1960-tallet¹⁷^,¹⁸. Metoden har siden blitt referert til som translasjonell ribosom affinitet rensing (TRAP)¹⁶. Etter vellykkede translatome studier i planter, Heiman et al. tilpasset TRAP for dyr¹⁹ og andre utvidet sin søknad til gjær^20, Drosophila^21, Xenopus²² og sebrafisk²³^,²⁴.

Selv om genetisk modifisering av modellsystemet er en forutsetning for TRAP, som begrenser anvendelsen til arter som er egnet til genetisk transformasjon, kan man samtidig utnytte denne innvendingen mot undergrupper av celler som er av spesiell interesse og ellers ekstremt vanskelig å isolere fra det intakte vevet/orgelet²⁵ (f.eks. svært forgrenede dendrittiske celler i en mushjerne eller sopphyphae i infisert plantevev). I planter holdes alle celler på plass via cellevegger som danner grunnlaget for det hydrostatiske skjelettet²⁶. For å frigjøre en plantecelle fra denne matrisen, har forskere enten fysisk kuttet cellen ut av sitt omkringliggende vev gjennom laserfangstmikrodisseksjon (LCM)²⁷ eller utført enzymatisk fordøyelse av celleveggene²⁸. Blant de sistnevnte cellene, såkalte protoplasts, er befolkningen av interesse fluorescerende merket og kan skilles via fluorescensaktivert cellesortering (FACS)⁷. LCM krever vanligvis en prøve som skal festes og bygges inn i voks, noe som til slutt forverrer kvaliteten på RNA²⁹. FACS-baserte metoder gir høy kvalitet RNA, men prosessen med å protopelastere i seg selv introduserer forskjeller i genuttrykk³⁰ og vev med modifiserte og tykke sekundære cellevegger er notorisk vanskelig å behandle. Videre antas mange utviklingsprosesser i planter å stole på mekanisk overførte signaler, og derfor er integriteten til celleveggen av avgjørende betydning³¹. To metoder, som bruker en snarvei til å omgå celleisolasjon ved å operere på nivået av kjerner, er fluorescensaktivert kjernefysisk sortering (FANS) og isolering av kjerner merket i bestemte celletyper (INTAKT). Som i TRAP bruker de celletypespesifikke arrangører for å markere kjerner, som senere blir beriket via sortering eller pull down, henholdsvis⁸^,¹⁵. En stor utfordring for alle disse tilnærmingene er å få tilstrekkelig RNA-materiale fra undergrupper av celler i et vev. Som TRAP fanger bare en brøkdel av cellulære RNAs, prøvesamling er en betydelig flaskehals. Spesielt sensitive bibliotekforberedelsesprotokoller er derfor nødvendig for å produsere data av høy kvalitet fra lave inngangsbeløp.

Siden etableringen har TRAP enten blitt brukt i kombinasjon med DNA-mikroarrayer eller, som sekvenseringskostnader falt betydelig de siste årene, RNA-seq¹⁰^,³²^,³³. En rekke forskningsspørsmål har allerede blitt belyst som gjennomgått i Sablok et al.³⁴. Vi er overbevist om at flere rapporter vil følge i de kommende årene som teknikken er svært allsidig når du kombinerer ulike arrangører for å målrette bestemte celletyper. Til slutt vil dette bli gjort selv på en utilbørlig måte, og kan kombineres med å undersøke anleggets reaksjon på mange biotiske og abiotiske stressfaktorer. I tillegg, der stabile transgene linjer ikke er tilgjengelige, har hårete rotuttrykkssystemer også blitt brukt til å utføre TRAP i tomat og medicago³⁵^,³⁶.

Figur 1: Translating ribosome affinity purification (TRAP) utfyller “omics” analyseporteføljen. A. Økende nivåer av analytisk presisjon, ned til encellede eller til og med subcellulær oppløsning kan oppnås ved en mengde metoder eller kombinasjoner av disse. Ordningen gir en oversikt over tilgjengelige verktøy i plante- og dyrefeltet. Vevsinnsamling ved cellulær oppløsning kan oppnås ved protokoller som LCM eller FACS, som deretter kobles til standard transkripsjon eller polysome profilering / translatome analyse. TRAP og INTAKT integrerer både vevsfangst og RNA-isolasjon som de er basert på epitop-tagging. Intakte prøver bare cellekjerner og utgjør derfor et spesielt tilfelle av transkripsjonsanalyse. Et lite kaninikon markerer nyutviklede metoder i dyrefeltet: Mens SLAM-ITseq og Flura-seq er avhengige av metabolsk targetting av nascent RNAs med modifiserte uracilbaser i celler som uttrykker det tillatte enzymet, bruker Slide-seq et belagt glasslysbilde med DNA-strekkoder som gir posisjonsinformasjon i cellulærområdet. En nærhetsmerkingstilnærming følges i APEX-seq for å prøve RNAer i bestemte undercellulære rom. Spesielt krever økt oppløsning ofte generering av transgen materiale (stjerner) og disse metodene brukes dermed hovedsakelig til modellarter. TRAP er spesielt egnet for plantevitenskapsstudier som involverer cellevegg (CW) eller mekanikersignalering samt cellearter som er vanskelige å frigjøre fra cw-matrisen. B. Detaljerte våtlabtrinn i TRAP-prosedyren: Frøplanter som uttrykker GFP-merket ribosomalt protein i forskjellige celletyper (f.eks. rotendodermis) dyrkes på Petri-retter i syv dager og rotmateriale høstet ved snap frysing. En total RNA-kontrollprøve samles inn fra det homogeniserte råoljeekstraktet før ruskene blir avstøtende via sentrifugering. Magnetiske anti-GFP perler legges til det klarerte ekstraktet for å utføre immunnedbør. Etter inkubasjon og tre vasketrinn oppnås polysomassosiert RNA (TRAP/polysome RNA) direkte via fenol-kloroformekstraksjon. LCM: laser fangst mikrodisseksjon, FACS / FANS: fluorescens-aktivert celle / kjernefysisk sortering, APEX-seq: metode basert på konstruert ascorbat peroksidans, INTAKT: isolering av kjerner merket i spesifikke celletyper, SLAM-ITseq: tiol (SH)-koblet alkylation for metabolsk sekvensering av RNA i vev, Flura-seq: fluorouracil-merket RNA sekvensering (Opprettet med Biorender.com) Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Målet med denne artikkelen er å gi en detaljert beskrivelse av TRAP-metoden, for å markere kritiske trinn og gi veiledning for en mulig bibliotekklargjøringsmetode.

Et generisk TRAP-eksperiment vil i hovedsak bestå av følgende trinn (se også figur 1B): (1) Tilberedning av plantemateriale, inkludert kloning av ribosom-tagging konstruksjon, transgen linjeproduksjon og valg, voksende og bulking opp av frø, sterilisering og plating, og stress søknad / behandling (valgfritt) og vev høsting; (2) immunrensing inkludert vevhomogenisering og rydding av råekstrakt, perlevask og immunrensing, og vasketrinn; (3) RNA-ekstraksjon og kvalitetsvurdering; og (4) bibliotekforberedelse.

Arabidopsis roten har vært et modellsystem for å studere planteutvikling helt siden introduksjonen som modellanlegg³⁷^,³⁸. Her vises anvendelsen av TRAP i sammenheng med plantesiderotutvikling. I planter er oppbyggingen av hele rotsystemet avhengig av utførelsen av dette programmet og er derfor svært viktig for organismens overlevelse³⁹. I Arabidopsisstammer laterale røtter fra pericycle vev som ligger ved siden av xylem fartøy og derfor kalles xylem pole pericycle (XPP; se figur 2C)⁴⁰. Noen XPP-celler, som ligger dypt inne i roten, får en grunnleggercelleidentitet og, på en lokal hormonell utløser, begynner å spre seg ved hevelse og dele anticlinally⁴¹. Men på grunn av tilstedeværelsen av en stiv celleveggmatrise, utøver denne prosessen mekanisk stress på det omkringliggende vevet. Spesielt påvirkes den overliggende endodermis, da den er i veien for den laterale rotvekstaksen⁴²^,⁴³^,⁴⁴. Faktisk må det nylig dannede primordium vokse gjennom den overliggende endodermiscellen (Figur 2C2) mens cortex- og epidermis-celler bare skyves til side for primordium å endelig dukke opp⁴⁵^,⁴⁶. Nylig arbeid i laboratoriet vårt har vist at endodermis aktivt bidrar til å imøtekomme spredningen i perisyklusen. Målrettet blokkering av endodermal hormonell signalisering er tilstrekkelig til å hemme selv den aller første divisjonen i XPP-cellene⁴⁷. Derfor utgjør pericycle-endodermis kommunikasjon et svært tidlig kontrollpunkt for lateral rotutvikling i arabidopsis. Det er imidlertid ikke kjent hvordan denne crosstalk utføres. For å løse dette mysteriet valgte vi TRAP-seq-tilnærmingen for å målrette XPP og endodermale celler. For å berike for celler i siderotprogrammet, etterlignet vi den hormonelle utløseren ved å eksogene bruke en auxin analog (1-naftaleneddiksyre, NAA)⁴⁸, som samtidig lov til å midlertidig løse den første fasen av lateral rotdannelse.

Protocol

1. Kloning av transgene, transgen linjeproduksjon og valg Klone arrangøren av valget i riktig oppføring vektor. Bruk en rekombinasjonsbasert kloningsmetode (Materialtabellen) og kombiner arrangørene på nytt i pDONRP4-P1r. Clone RPL18 (med affinitetsmerke eller fluorescerende protein) ved hjelp av rekombinasjonsbasert kloning i pDONRP1-P249. Kombiner inngangsvektoren som inneholder RPL18 med den promoterholdige inngangsvektoren i en tofragments reko…

Representative Results

For kvalitetsvurdering bør den ovennevnte prosedyren undersøkes ved flere mellomliggende trinn: validering av uttrykksmønster i planta, kvalitetskontroll av den isolerte polysomale RNA samt av de endelige bibliotekene. qRT-PCR ved hjelp av kjente markørgener kan i tillegg utføres for å bekrefte responsen på behandlingstilstanden eller for å finjustere de eksperimentelle forholdene. Konfokal analyse av GFP-signalf…

Discussion

Verifisering av RPL18 lokaliseringsmønster
Avgjørende for å unngå feiltolkning av data fra et TRAP-eksperiment er riktig uttrykksmønster for den kodede ribosomale underenheten. Derfor tillater inkorporering av GFP som en epitoptag til RPL18 svært elegant verifisering av ønsket uttrykksmønster og fortløpende, nedtrekking av polysome fraksjonen fra samme vev. Mer invasive tilnærminger for å sikre riktig promotor mønstre etterfølges av Jiao og Mayerowitz 2010, som krever GUS-farging og i Tia…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi vil gjerne takke Jean-Claude Walser fra Genetic Diversity Center Zurich for avgjørende ekspertråd i den tidlige fasen av dette prosjektet. Arbeidet i Vermeer-laboratoriet ble støttet av et SNF Professorship-stipend (PP00P3_157524) og et R’EQUIP-utstyrsstipend (316030_164086) fra Swiss National Science Foundation (SNSF) tildelt JEMV.

Materials

Sterilization
bleach, 13%	Sigma	71696
beaker	VWR	214-1172/74/75
desiccator with porcelaine plate (DURAN)	Sigma/Merck	Z317454-1EA/Z317594-1EA
EtOH, p.a.	Honeywell	02860-1L
HCl, 37%	Roth	4625.1
Tween 20	Sigma	P9416
Plate growth + harvesting
MS salts, basal salt mixture, incl. MES buffer	Duchefa	M0254
agar plant for cell culture	Applichem/Panreac	A2111.1000
DMSO	Sigma	D4540
forcepts	Rubis Switzerland	5-SA model
KOH	Fluka	60370
micropore/surgical tape	3M	1530-0
NAA	Duchefa	N0903
petri dishes 120×120 mm	Greiner bio-one	688102
scalpel	VWR/Swann-Morton	233-5454
tissues, neutral, two-layered			any supplier of your choice
Immunoprecipitation
GFP-beads: gtma-100 GFP-Trap_MA	Chromotek	e.g. gtma-100
Brij-35	Sigma	P1254-500G
centrifuge tubes (in accordance with centrifuge)	Beckman Coulter	357001
Chloramphenicol	Applichem	C0378-25G
cotton gloves	VWR	113-7355
Cycloheximide, HPLC grade	Sigma	01810-1G
DEPC	VWR	E174	might have long delivery times
DTT	Fluka	43815
EGTA	Sigma	3054.3
homogenizers DUALL 23	KONTES GLASS CO (via VWR)	SCERSP885450-0023 (set)	SCERSP885451-0023 pestle only – SCERSP885452-0023 cylinder only; long delivery times
Igepal CA-360	Sigma	I3021-100ml
KCl	Sigma	60130
MgCl₂ hexahydrat	Roth	2189.2
mortar and pestle	VWR	470148-960 & 470019-978
PMSF	Roche	10 837 091 001
Polyoxyethylene-(10)-tridecylether/PTE	Sigma	P2393-500G
RNase-free water	Roth	T143.3
RNAZap	Thermo Fisher	AM9780/AM9782	for cleaning surfaces
Tris, >99.3%	Roth	AE15.3
Triton X-100	Fluka	T8787-250ml
Tween 20	Sigma	P9416-100ml
RNA extraction
2-Propanol, p.a.	Sigma	33539-1L-GL-R
Chloroform, HPLC grade	Scharlau	CL02181000
EtOH, p.a.	Honeywell	02860-1L
low-retention microcentrifuge tubes, 1.5 ml	Eppendorf/Sigma	Z666548-250EA	LoBind
RNase-free DNase set	Qiagen	79254
RNeasy MiniElute Cleanup Kit	Qiagen	74204
TRIzol reagent	ThermoFisher/Ambion	15596018
Library preparation
15/50 mL Tube Magnetic Separator	Abraxis	PN 472250
AMPure beads	Beckman Coulter	A63881
Index Kit A	Illumina	FC-131-2001
Index Kit D	Illumina	FC-131-2004
neodymium magnets	Amazon/other	6 x 1.5 mm range: N42 (NdFeB)
Nextera XT kit	Illumina	FC-131-1024/1096	https://emea.support.illumina.com/
PCR strips	ThermoScientific	AB-0266
SMARTer v4 kit	Takara Bioscience	634892	https://www.takarabio.com/
Bioanalyzer	Agilent	2100 Bioanalyzer Instrument	specialized equipment for RNA/DNA quality control
Tapestation	Agilent	4200 Tapestation Instrument	specialized equipment for RNA/DNA quality control
Fragment Analyzer	Agilent	5400 Fragment Analyzer System	specialized equipment for RNA/DNA quality control (high throughput)
LabChip	PerkinElmer	LabChip GX Touch Nucleic Acid Analyzer	specialized equipment for RNA/DNA quality control (high throughput)
Qubit 4 Fluorometer	ThermoFisher	Q33239	specialized equipment for RNA/DNA concentration determination
qRT-PCR
GATA23	Microsynth		fwd: AGTGAGAATGAA AGAAGAGAAGGG; rev: GTGGCTGCGAAT AATATGAATACC
GH3.3	Microsynth		fwd: CAAACCAATCCT CCAAATGAC; rev: ACTTATCCGCAA CCCGACT
LBD29	Microsynth		fwd: TCTCCAACAACA GGTTGTGAAT; rev: AAGGAGCCTTAG TAGTGTCTCCA
UBC21	Microsynth		fwd: TGCGACTCAGGG AATCTTCT; rev: TCATCCTTTCTT AGGCATAGCG
SsoAdvanced Universal SYBR Green	Bio-Rad	#172-5270
iScript Adv cDNA Kit	Bio-Rad	#172-5038
miscellaneous
Falcon tubes 15 ml, Cellstar	Greiner bio-one	188261
Falcon tubes 50 ml, Cellstar	Greiner bio-one	210261
filter tips 1 ml	Axygen	TF-1000-R-S
filter tips 10 µl	Axygen	TF-10-R-S
filter tips 100 µl	Axygen	TF-100-R-S
filter tips 20 µl	Axygen	TF-20-R-S
filter tips 200 µl	Axygen	TF-200-R-S
microcentrifuge tubes 1.5 ml	SARSTEDT	72.690.001
Propidium iodide	Sigma	P4170-100MG
sequencing company	Novogene		en.novogene.com

References

Van Verk, M. C., Hickman, R., Corné, M. J., Pieterse, M., Van Wees, S. C. RNA-Seq: Revelation Of The Messengers. Trends In Plant Science. 18 (4), 175-179 (2013).
Libault, M., Pingault, L., Zogli, P., Schiefelbein, J. Plant Systems Biology At The Single-Cell Level. Trends In Plant Science. 22 (11), 949-960 (2017).
Mustroph, A., et al. Profiling Translatomes Of Discrete Cell Populations Resolves Altered Cellular Priorities During Hypoxia In Arabidopsis. Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America. 106 (44), 18843-18848 (2009).
Karve, R., Iyer-Pascuzzi, A. S. Digging Deeper: High-Resolution Genome-Scale Data Yields New Insights Into Root Biology. Current Opinion In Plant Biology. 24, 24-30 (2015).
Warner, J. R., Knopf, P. M., Rich, A. A Multiple Ribosomal Structure In Protein Synthesis. Proceedings of The National Academy of Sciences of The United States of America. 49 (1), 122-129 (1963).
Gautam, V., Sarkar, A. K. Laser Assisted Microdissection, An Efficient Technique To Understand Tissue Specific Gene Expression Patterns And Functional Genomics In Plants. Molecular Biotechnology. 57 (4), 299-308 (2015).
Bargmann, B. O. R., Birnbaum, K. D. Fluorescence Activated Cell Sorting Of Plant Protoplasts. Journal of Visualized Experiments. (36), e1673 (2010).
Deal, R. B., Henikoff, S. The Intact Method For Cell Type-Specific Gene Expression And Chromatin Profiling In Arabidopsis Thaliana. Nature Protocols. 6 (1), 56-68 (2011).
Dougherty, J. D. The Expanding Toolkit Of Translating Ribosome Affinity Purification. The Journal of Neuroscience: The Official Journal Of The Society For Neuroscience. 37 (50), 12079-12087 (2017).
Mustroph, A., Juntawong, P., Bailey-Serres, J. Isolation Of Plant Polysomal mRNA By Differential Centrifugation And Ribosome Immunopurification Methods. Methods in Molecular Biology. 553, 109-126 (2009).
Matsushima, W., et al. SLAM-ITseq: Sequencing Cell Type-Specific Transcriptomes Without Cell Sorting. Development. 145 (13), (2018).
Basnet, H., et al. Flura-Seq Identifies Organ-Specific Metabolic Adaptations During Early Metastatic Colonization. Elife. 8, (2019).
Rodriques, S. G., et al. Slide-Seq: A Scalable Technology For Measuring Genome-Wide Expression At High Spatial Resolution. Science. 363 (6434), 1463-1467 (2019).
Fazal, F. M., et al. Atlas Of Subcellular RNA Localization Revealed By Apex-Seq. Cell. 178 (2), 473-490 (2019).
Slane, D., Bayer, M., Kaufmann, K., Mueller-Roeber, B. Cell Type-Specific Gene Expression Profiling Using Fluorescence-Activated Nuclear Sorting. Plant Gene Regulatory Networks: Methods And Protocols. , 27-35 (2017).
Zanetti, M. E., Chang, I. F., Gong, F., Galbraith, D. W., Bailey-Serres, J. Immunopurification Of Polyribosomal Complexes Of Arabidopsis For Global Analysis Of Gene Expression. Plant Physiology. 138 (2), 624-635 (2005).
King, H. A., Gerber, A. P. Translatome Profiling: Methods For Genome-Scale Analysis Of mRNA Translation. Briefings In Functional Genomics. 15 (1), 22-31 (2016).
Mašek, T., Valášek, L., Pospíšek, M., Nielsen, H. Polysome Analysis And RNA Purification From Sucrose Gradients. RNA: Methods And Protocols. , 293-309 (2011).
Heiman, M., et al. A Translational Profiling Approach For The Molecular Characterization Of Cns Cell Types. Cell. 135 (4), 738-748 (2008).
Halbeisen, R. E., Scherrer, T., Gerber, A. P. Affinity Purification Of Ribosomes To Access The Translatome. Methods. 48 (3), 306-310 (2009).
Thomas, A., et al. A Versatile Method For Cell-Specific Profiling Of Translated mRNAs In Drosophila. Plos One. 7 (7), e40276 (2012).
Watson, F. L., et al. Cell Type-Specific Translational Profiling In The Xenopus Laevis Retina. Developmental Dynamics. 241 (12), 1960-1972 (2012).
Lam, P. Y., Harvie, E. A., Huttenlocher, A. Heat Shock Modulates Neutrophil Motility In Zebrafish. Plos One. 8 (12), e84436 (2013).
Fang, Y., et al. Translational Profiling Of Cardiomyocytes Identifies An Early Jak1/Stat3 Injury Response Required For Zebrafish Heart Regeneration. Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America. 110 (33), 13416-13421 (2013).
Mustroph, A., Zanetti, M. E., Girke, T., Bailey-Serres, J. Isolation And Analysis Of mRNAs From Specific Cell Types Of Plants By Ribosome Immunopurification. Methods In Molecular Biology. 959, 277-302 (2013).
Monshausen, G. B., Gilroy, S. Feeling Green: Mechanosensing In Plants. Trends In Cell Biology. 19 (5), 228-235 (2009).
Day, R. C., Grossniklaus, U., Macknight, R. C. Be More Specific! Laser-Assisted Microdissection Of Plant Cells. Trends In Plant Science. 10 (8), 397-406 (2005).
Sheen, J. Signal Transduction In Maize And Arabidopsis Mesophyll Protoplasts. Plant Physiology. 127 (4), 1466-1475 (2001).
Datta, S., et al. Laser Capture Microdissection: Big Data From Small Samples. Histology And Histopathology. 30 (11), 1255-1269 (2015).
Birnbaum, K., et al. A Gene Expression Map Of The Arabidopsis Root. Science. 302 (5652), 1956 (2003).
Hamant, O., Haswell, E. S. Life Behind The Wall: Sensing Mechanical Cues In Plants. BMC Biology. 15 (1), 1354 (2017).
Vragović, K., et al. Translatome Analyses Capture Of Opposing Tissue-Specific Brassinosteroid Signals Orchestrating Root Meristem Differentiation. Proceedings of The National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (3), 923-928 (2015).
Wang, Y., Jiao, Y. Translating Ribosome Affinity Purification (Trap) For Cell-Specific Translation Profiling In Developing Flowers. Methods In Molecular Biology. 1110, 323-328 (2014).
Sablok, G., Powell, J. J., Kazan, K. Emerging Roles And Landscape Of Translating mRNAs In Plants. Frontiers in Plant Science. 8, 1443 (2017).
Ron, M., et al. Hairy Root Transformation Using Agrobacterium Rhizogenes As A Tool For Exploring Cell Type-Specific Gene Expression And Function Using Tomato As A Model. Plant Physiology. 166 (2), 455-469 (2014).
Reynoso, M. A., et al. Evolutionary Flexibility In Flooding Response Circuitry In Angiosperms. Science. 365 (6459), 1291-1295 (2019).
Dolan, L., et al. Cellular Organisation Of The Arabidopsis Thaliana Root. Development. 119 (1), 71 (1993).
Ristova, D., Barbez, E. . Root Development. , (2018).
Shekhar, V., Stӧckle, D., Thellmann, M., Vermeer, J. E. M. The Role Of Plant Root Systems In Evolutionary Adaptation. Current Topics in Developmental Biology. 131, 55-80 (2019).
Malamy, J. E., Benfey, P. N. Down And Out In Arabidopsis: The Formation Of Lateral Roots. Trends in Plant Science. 2 (10), 390-396 (1997).
de Smet, I., et al. Bimodular Auxin Response Controls Organogenesis In Arabidopsis. Proceedings of the National Academy of Sciences of The United States of America. 107 (6), 2705-2710 (2010).
Péret, B., et al. Arabidopsis Lateral Root Development: An Emerging Story. Trends In Plant Science. 14 (7), 399-408 (2009).
Vilches-Barro, A., Maizel, A. Talking Through Walls: Mechanisms Of Lateral Root Emergence In Arabidopsis Thaliana. Current Opinion in Plant Biology. 23, 31-38 (2015).
Porco, S., et al. Lateral Root Emergence In Arabidopsis Is Dependent On Transcription Factor Lbd29 Regulation Of Auxin Influx Carrier Lax3. Development. 143 (18), 3340-3349 (2016).
Stoeckle, D., Thellmann, M., Vermeer, J. E. Breakout-Lateral Root Emergence In Arabidopsis Thaliana. Current Opinion in Plant Biology. 41, 67-72 (2018).
Banda, J., et al. Lateral Root Formation In Arabidopsis: A Well-Ordered Lrexit. Trends in Plant Science. 24 (9), 826-839 (2019).
Vermeer, J. E. M., et al. A Spatial Accommodation By Neighboring Cells Is Required For Organ Initiation In Arabidopsis. Science. 343 (6167), 178-183 (2014).
Vanneste, S., et al. Cell Cycle Progression In The Pericycle Is Not Sufficient For Solitary Root/Iaa14-Mediated Lateral Root Initiation In Arabidopsis Thaliana. The Plant Cell. 17 (11), 3035-3050 (2005).
Marques-Bueno, M. M., et al. A Versatile Multisite Gateway-Compatible Promoter And Transgenic Line Collection For Cell Type-Specific Functional Genomics In Arabidopsis. The Plant Journal : For Cell and Molecular Biology. 85 (2), 320-333 (2016).
Shimada, T. L., Shimada, T., Hara-Nishimura, I. A Rapid And Non-Destructive Screenable Marker, Fast, For Identifying Transformed Seeds Of Arabidopsis Thaliana. The Plant Journal : For Cell and Molecular Biology. 61 (3), 519-528 (2010).
Clough, S. J., Bent, A. F. Floral Dip: A Simplified Method For Agrobacterium Mediated Transformation Of Arabidopsis Thaliana. The Plant Journal. 16 (6), 735-743 (1998).
Lindsey, B. E., Rivero, L., Calhoun, C. S., Grotewold, E., Brkljacic, J. Standardized Method For High-Throughput Sterilization Of Arabidopsis Seeds. Journal Of Visualized Experiments. (128), e56587 (2017).
Andersen, T. G., et al. Diffusible Repression Of Cytokinin Signalling Produces Endodermal Symmetry And Passage Cells. Nature. 555, 529-533 (2018).
Schroeder, A., et al. The Rin: An Rna Integrity Number For Assigning Integrity Values To Rna Measurements. BMC Molecular Biology. 7, 3 (2006).
Vragović, K., Bartom, E., Savaldi-Goldstein, S. Quantitation Of Cell Type-Specific Responses To Brassinosteroid By Deep Sequencing Of Polysome-Associated Polyadenylated RNA. Methods in Molecular Biology. 1564, 81-102 (2017).
Bertin, B., Renaud, Y., Aradhya, R., Jagla, K., Junion, G. Trap-Rc, Translating Ribosome Affinity Purification From Rare Cell Populations Of Drosophila Embryos. Journal Of Visualized Experiments. (103), e52985 (2015).
Livak, K. J., Schmittgen, T. D. Analysis Of Relative Gene Expression Data Using Real-Time Quantitative PCR And The 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods. 25 (4), 402-408 (2001).
Jiao, Y., Meyerowitz, E. M. Cell-Type Specific Analysis Of Translating Rnas In Developing Flowers Reveals New Levels Of Control. Molecular Systems Biology. 6, 419 (2010).
Tian, C., et al. A Gene Expression Map Of Shoot Domains Reveals Regulatory Mechanisms. Nature Communications. 10 (1), 141 (2019).
Townsley, B. T., Covington, M. F., Ichihashi, Y., Zumstein, K., Sinha, N. R. Brad-Seq: Breath Adapter Directional Sequencing: A Streamlined, Ultra-Simple And Fast Library Preparation Protocol For Strand Specific mRNA Library Construction. Frontiers in Plant Science. 6, 366 (2015).
Song, Y., et al. A Comparative Analysis Of Library Prep Approaches For Sequencing Low Input Translatome Samples. BMC Genomics. 19 (1), 696 (2018).
Basu, D., Haswell, E. S. Plant Mechanosensitive Ion Channels: An Ocean Of Possibilities. Current Opinion in Plant Biology. 40, 43-48 (2017).
Brady, S. M., et al. A High-Resolution Root Spatiotemporal Map Reveals Dominant Expression Patterns. Science. 318 (5851), 801 (2007).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Thellmann, M., Andersen, T. G., Vermeer, J. E. Translating Ribosome Affinity Purification (TRAP) to Investigate Arabidopsis thaliana Root Development at a Cell Type-Specific Scale. J. Vis. Exp. (159), e60919, doi:10.3791/60919 (2020).