레이저 이외에 Microdissection RNA-서열에 대한 실험 디자인 : 옥수수 잎 개발의 분석 교훈
Summary
Many developmentally important genes have cell- or tissue-specific expression patterns. This paper describes LM RNA-seq experiments to identify genes that are differentially expressed at the maize leaf blade-sheath boundary and in lg1-R mutants compared to wild-type. The experimental considerations discussed here apply to transcriptomic analyses of other developmental phenomena.
Abstract
개발에 중요한 역할 유전자는 자주 공간적 및 / 또는 시간적으로 제한된 발현 패턴이 있습니다. 종종 이러한 유전자 성적 증명서가 감지되지 않거나 차별적으로 전체 식물 기관의 transcriptomic 분석에서 (DE) 표시로 확인되지 않습니다. 레이저 이외에 Microdissection RNA-SEQ (LM RNA-SEQ)는 특정 발달 영역에서 DE이다 유전자를 식별 할 수있는 강력한 도구입니다. 그러나, 셀룰러 도메인의 선택은 microdissect과 비교하고 microdissections의 정확도는 실험의 성공에 매우 중요한다. 여기서 두 가지 예 transcriptomics 실험에 대한 디자인 고려 사항을 설명; RNA-서열 분석은 옥수수 잎 근위 말단부 축을 따라 DE되는 유전자를 동정하는 LM 및 두번째 실험에서 liguleless1 DE-R (LG1-R)이다 유전자를 동정 할 돌연변이는 야생형에 비해. 이 실험의 성공에 기여한 핵심 요소는 조직 학적 및시에 설명 된TU 하이브리드 분석 할 수있는 영역 분석, 동등한 발달 단계에서 잎 primordia의 선택, 형태 학적 랜드 마크의 사용은 미세 절제에 대한 영역을 선택하고 정확하게 측정 영역의 미세 절제합니다. 이 논문은 LM RNA-서열에 의해 개발 도메인 분석을위한 상세한 프로토콜을 제공합니다. 여기에 제시된 데이터는 미세 절제 선택 영역이 얻은 결과에 영향을 미칠 것입니다 방법을 보여줍니다.
Introduction
이 유전자 해부 (그림 1A)에 의무가 블레이드와 외피 사이에 뚜렷한 경계가 같이 옥수수 잎, 형태 형성 과정 개발 분야의 형성을 연구하는 이상적인 모델이다. 잎 발달 작은 셀 선형 대역의 초기 단계 동안, preligule 대역 (PLB)은, 미리 블레이드 프리 시스 도메인에 리프 primordium을 세분화. 프린지 같은 잎혀와 삼각 이개는 PLB (그림 1A, C, D)에서 개발. 유전 화면은 블레이드 시스 경계를 방해 돌연변이를 확인했다. 예를 들면, 열성 liguleless1 (LG1) 돌연변이는 잎혀 귓바퀴 및 1, 2, 3, 4 (도 1b)을 삭제. 현장에서 하이브리드 LG1 성적은 P에서 축적 것으로 나타났다LB와 잎혀 개발 5, 6 (그림 1E)에 대한 그것에게 우수한 마커를 만들고, 잎혀 신흥.
그림 1 : 야생 형 및 liguleless1-R 옥수수 잎. 잎혀와 귓바퀴 구조를 나타내는 성숙한 야생형 리프 (A) 블레이드 시스 경계 영역. (B) 잎혀와 귓바퀴 구조의 성숙 liguleless1-R 잎 보여주는 부재의 블레이드 – 시스 경계 지역. A와 B의 잎은 주맥을 따라 반으로 잘라되었습니다. 야생형 잎 primordium 내지 (C) 종단면도. 샘플 처리 및 조직 학적 분석을 위해 염색되었다. 개시 잎혀 리프 (화살촉)의 평면으로부터 돌출 된 돌기로서 명백하다. (D) 세로 분파야생형 잎 primordium을 통해 이온. 본문에 설명 된 바와 같이 샘플 LM 위해 처리되었다. 화살촉은 잎혀를 시작 나타냅니다. 촬영 정점 측면 종단면의 현장 하이브리드에서 (E) LG1. 별표는 P6 잎 primordium의 PLB에서 LG1 성적 증명서 축적을 나타냅니다. 화살표는 P6의 primordium의 기반을 나타냅니다. 바는 PLB에 primordium의 기지에서 측정을 나타냅니다. A와 B의 스케일 바는 20mm를 =. CE에서 스케일 바 = 100 μm의. 이 수치는 참조 6 (식물 생물학의 저작권 미국 사회)에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이 연구에서, LM RNA-SEQ은 리프 primordium 및 IDE 다른 부분에 블레이드 시스 경계에 대하여 차등 발현되는 유전자 세트 (DE)를 식별하는데 사용 된 야생 형 형제에 대해 LG1-R 돌연변이에 드입니다 ntify 유전자. LM RNA-SEQ 특정 세포 또는 세포 영역 (7)에 전사 축적을 정량하는 방법이다. LM 시스템은 레이저와 디지털 카메라로 현미경을 결합한다. 단면 조직 슬라이드에 장착 현미경을 통해 볼 수 있습니다. LM 소프트웨어는 일반적으로 사용자가 미세 절제를 위해 선택된 영역을 간략하게 설명 할 수 있도록 그리기 도구가 포함되어 있습니다. 라인을 따라 레이저 절단, 및 선택된 조직 슬라이드를 발사 슬라이드 위에 매달린 튜브로되어있다. LM은 사용자가 특정 세포층 심지어 단 전지 (8, 9)를 포함하여 정확한 도메인을 microdissect 수있다. RNA는 다음 microdissected 조직으로부터 추출 될 수있다. 이어서, RNA-SEQ 성분이 추출 된 RNA로부터 생성 된 cDNA를 10 라이브러리 시퀀스 차세대 시퀀싱을 이용하여,= "외부 참조"> 11.
LM-RNA의 서열의 주요 장점은 정확하게 정의 된 영역에 축적 전사를 정량화하는 능력과 동시에 전 사체 7을 프로파일하는 능력이다. 이 기술은 관심 영역은 종종 마이크로 일찍 개발 이벤트 프로빙에 특히 적합하다. 이전 연구 LM 식물 9, 12, 13의 발달 과정을 연구하기 위해 마이크로 어레이 기술과 함께 이용했다. RNA-SEQ 저 발현 된 유전자를 포함하는 폭 넓은 동적 범위에 걸쳐 사체 정량의 장점을 가지며, 이전 시퀀스 정보 (11) (10)를 요구하지 않는다. 또한, LM RNA-서열 인해 외 손실 유전자 중복 또는의 치사에 돌연변이 화면에서 놓칠 수있다 발달 중요 유전자를 강조 할 수있는 잠재력을 가지고있다기능 돌연변이.
협 sheath1 (NS1) 및 컵 형상 cotyledon2 (cuc2)와 같은 중요한 발달 유전자는 종종 단지 하나의 특이 적 발현 패턴 또는 몇 셀 17, 18, 19, 20가있다. 대부분은 초기 개발 단계에서가 아닌 성숙한 장기로 표현된다. 전체 기관 또는 대형 도메인이 분석되면,이 세포 특이 성적 증명서는 희석 등 기존의 분석에서 검출되지 않을 수 있습니다. 정확하게 정의 된 도메인의 분석을 가능하게함으로써, LM RNA-서열이 조직 특이 적 유전자 식별 및 정량 할 수 있습니다.
여기에 설명 된 실험의 성공에 결정적 요인은 분석을 위해 적절한 발달 단계 및 도메인 선택 안내 철저한 조직 학적 분석 및 정확한 방식 측정했다LM에 대한 세포 조직 도메인의 NT를. 해당하는 도메인이 모든 복제에 대한 샘플링되었는지 확인하려면 조직은 동일한 발달 단계에서 잎 primordia에서 수집하고 microdissected 도메인은 신흥 잎혀 (그림 2)와 같은 형태의 랜드 마크를 기준으로 측정 하였다. 어떤 유전자가 잎의베이스 끝 부분에서 그라데이션 표현되는 것이 알려져있다. 인해 잎 근위 말단부 축을 따라 상이한 위치에서 샘플링 정확한 도메인 변동을 측정하여 최소 (도 3a)에 유지 하였다. 같은 크기의 영역을 microdissecting으로 인한 변화는 셀 특정 성적 증명서의 희석도 (그림 3B) 감소 차등합니다. 촬영 정점의 측면 길이 섹션은 모든 microdissections 사용 하였다. 이 (그림 4) 주맥 마진 축에 수직 섹션이다. 샘 만 포함 섹션을 사용하여의 동등한 측면 영역을 보장합니다잎 primordia 분석된다.
처리 및 LM에 대한 단면 샘플에서, 잎혀 가지의 첫 번째 형태 학적 기호 인해 향축 표피 (그림 1D, 그림 2)에서 periclinal 세포 분열에 향축 측에 범프이다. 신흥 잎혀 신뢰성 plastochron 7 단계 잎 primordia에서 식별 할 수 있다고 판단 하였다. 우리는 새로운 잎혀와 귓바퀴를 형성 할 것이다 즉시 말단 세포를 포함한 전체 잎혀 영역에서 발현 유전자에 관심이 있었다. 등가 조직의 선택이 이루어되었는지 확인하기 위해서, 범프 잎혀는 랜드 마크 형태로 사용하고, 범프 잎혀 중심 100㎛의 사각형은 LM (도 2A, 2B)으로 선정 하였다. 사전 블레이드 및 사전 시스의 동등한 크기의 사각형은 같은 잎 primordia에서 선정되었다.
liguleless 돌연변이 식물의 분석은 다른 challe 발표NGE; LG1-R 돌연변이 따라서이 형태 학적 특징 LM의 지역을 선택하는 데 사용할 수없는 잎혀을 형성하지 않는다. 대신, 야생형 잎 primordia에서 LG1 사체 축적 영역을 결정하고,이 영역을 포함 할 영역을 정의 하였다. 최종 분석에 사용 된 바와 같이 이전의 연구는 PLB의 위치가 성장 조건에 따라 변화하는 것이 도시 이후 이러한 예비 분석은, 동일한 모종 심기에서 수행 하였다. 현장에서 하이브리드 LG1 성적 증명서가 PLB P6의 잎 primordia (그림 1E)에 축적 것으로 나타났다. 우리는 LG1 표현의 도메인 (보라색 사각형, 그림 2A)를 포위하고 야생 형 및 LG1-R의 식물이 해당하는 지역을 촬영 한 잎 primordia의 기지에서 도메인 400-900 μm의를 선택했습니다. transcrip 비교할 때 유전 적 배경과 성장 조건의 변화를 최소화하기 위해LG1-R 및 야생형 식물 돌연변이 및 야생형 형제 가족 편석에 t 축적 하였다.
Protocol
Representative Results
Discussion
실험 설계는 RNA-서열 실험에서 중요한 요소이다. 중요한 고려 사항은 정확한 도메인 (들) 및 발달 단계 (들)을 분석하는 것과 비교가 이루어질 것이다이다. 출력은 두 개 이상의 상태 사이 DE되는 유전자의 목록은 전형적 이래로, 비교의 관점에서 생각하는 것이 중요하다. 모든 실험에서와 같이, 한 번에 단 하나의 변수를 변경하는 것이 중요하다. 다른 리프 도메인을 비교할 때, 예를 들어, 동일한 ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 협업을 진행하고 잎혀 개발에 대한 토론을 자극하기위한 S. 메르 루사 감사합니다. 이 작품은 국립 과학 재단 (National Science Foundation) 교부금 MCB 1,052,051 및 IOS-1848478에 의해 지원됩니다.
Materials
| Diethyl pyrocarbonate | Sigma-Aldrich | 159220 | Used for RNase treatment of solutions |
| Razor blades | Electron Microscopy Sciences | 72000 | |
| RNase Zap | Sigma-Aldrich | R2020-250ML | RNase decontamination solution |
| Ethanol absolute 200 proof | Fisher Scientific | BP28184 | |
| Acetic acid, glacial | Sigma-Aldrich | A6283 | |
| Glass vials – 22mL | VWR | 470206-384 | |
| Xylenes, histological grade | Sigma-Aldrich | 534056-4L | |
| Paraplast plus | Sigma-Aldrich | P3683-1KG | |
| Disposable base molds, 15 x 15 x 5mm | VWR | 15154-072 | |
| Embedding rings | VWR | 15154-303 | |
| Silica gel packets | Electron Microscopy Sciences | 71206-01 | Desiccant for storage of paraffin blocks |
| Oven | Fisher Scientific | 15-103-0503 | Oven must maintain temperature of 60° C |
| Paraffin embedding station | Leica | EG1160 | |
| Microtome | Leica | RM2235 | |
| Slide warmer | Electron Microscopy Sciences | 71317-10 | |
| Coplin jars | Electron Microscopy Sciences | 70316-02 | |
| Laser microdissector | Zeiss | ||
| KIMWIPES™ Delicate Task Wipers | Kimberly-Clark Professional | 34120 | Lint-free wipes for wicking excess solutions from microscope slides |
| Membrane Slide 1.0 PEN | Zeiss | 415190-9041-000 | Slides for laser microdissection |
| Adhesive Cap 200 opaque | Zeiss | 415190-9181-000 | Tubes for laser microdissection |
| PicoPure RNA Isolation Kit | ThermoFisher Scientific | KIT0204 |
Referenzen
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