我们报告了一种简单和通用的方法, 用于在较长时间内对拟南芥叶片进行荧光实时成像。我们使用转基因拟南芥植物表达荧光记者基因在免疫相关的启动子控制下作为一个例子, 以获得时空了解植物免疫反应。
与全基因组转录重新编程相关的植物免疫反应是在感染部位启动的。因此, 免疫反应在空间和时间上受到调节。在免疫相关启动子的控制下, 结合自动荧光显微镜使用荧光基因是了解植物免疫时空调控的一种简单方法。与用于各种玻璃体内荧光成像实验的根组织相比, 对于遇到一系列空气中微生物感染的叶片组织, 很少有荧光活体成像的例子。因此, 我们开发了一种简单的方法来安装拟南芥植物的叶子, 以便在较长的时间内进行活细胞成像。我们使用转基因拟南芥植物表达黄色荧光蛋白(yfp) 基因在核定位信号 (nls) 的控制下, 防御相关标记基因的启动子, 病理原学相关 1 (pr1)。我们用假单胞菌浸润了转基因叶片。番茄酱dc3000 (avrrpt2) 菌株 (Pst_a2), 并使用自动荧光立体显微镜对 yfp 信号进行了共40小时的体内延时成像。该方法不仅可用于植物免疫反应的研究, 还可用于分析叶片组织中发生的各种发育事件和环境反应。
植物免疫反应涉及由多种转录因子以及植物激素1调节的动态转录再编程。转录组数据的积累为收集植物免疫系统的信息提供了机会: 例如, 信号级联2的网络结构.然而, 我们对植物免疫的时空活力的了解仍然有限, 仍然是3,4,5。
在以往的研究中, 主要采用原位杂交和β-葡萄糖尿素酶 (gus) 报告法 6、7、8对防御相关基因表达的时空调控进行了分析。这些方法使我们能够想象各种感兴趣的基因在原位的转录激活。然而, 这些程序需要对标本进行化学固定, 从而导致所有时间信息的丢失。生物事件, 如免疫, 随着时间的推移而进步。利用荧光素酶作为记者, 可以捕捉感兴趣的启动子的时间动力学 3.然而, 基于荧光素体的检测需要昂贵的基板和高度敏感的检测器。为了提高我们对植物免疫反应的时空方面的了解, 我们用一个简单的程序, 我们产生了转基因拟南芥植物表达黄色荧光蛋白(yfp) 基因融合到核定位信号 (yfp-nls) 控制下的防御相关标记基因的启动子,病理相关 1 (pr1)9。我们使用叶绿素自体荧光, 活细胞的标记, 捕捉程序性细胞死亡 (pcd) 的过程, 这往往发生在效应-触发免疫 (eti), 一种植物免疫的形式诱导特定的病原体感染9,10. 监测自由移动物体 (如活拟南芥叶) 中荧光信号强度的时间动态, 需要在内部或商业上提供复杂的图像处理软件。或者, 防止样品移动是解决问题的简单方法。在这里, 我们开发了一种多功能和简单的方法来安装转基因拟南芥植物的活叶, 以便在自动荧光立体显微镜下进行长期观察。该方法允许我们在几天内捕获土壤生长的完整植物叶子中的启动子动力学。
在这里, 我们报告了一个简单的方法, 安装一个活的拟南芥叶, 表达荧光记者基因的控制下, 一个有兴趣的启动子长期观察使用自动荧光立体显微镜。荧光记者的延时成像经常在根部组织中进行;然而, 只有少数类似的研究已经在叶片组织中进行。这很可能是因为叶子能够在太空中自由移动, 而根部通常被埋在固体琼脂介质中并固定。
在本报告中, 我们重点研究了由 Pst_a2诱导的eti 期间 ppr1活性的时空动力学。除了上面详述的叶子的温和固定, 清楚地想象细胞事件的时空动力学, 如启动子激活和 pcd 是很重要的。如果显示 ppr1 活性的细胞与 pPR1 之间的区别不明显, 请确保浸润区域中的所有细胞间空间都完全充满了病原体悬浮液 (见步骤 2.4)。这在使用广域荧光立体显微镜时至关重要, 因为这些显微镜可捕获沿样品相同垂直位置的所有可检测信号。从 pcd 域中的细胞上方或下方存活的细胞产生叶绿素自体荧光, 很容易掩盖不存在自体荧光的死细胞。yfp 信号也是如此。
在不同的实验条件下, 需要通过几个初步实验来仔细确定延时成像的条件。延时成像的参数取决于几个因素, 如微观系统、转基因植物和病原体.为了得到这些参数, 我们首先分析了 7 hpi 浸润叶片中 yfp 信号强度的各种曝光时间, 这几乎与ppr1的初始激活相吻合。根据本研究中使用的立体显微镜, 确定了5的接触情况, 以捕获 yfp 信号。对叶绿素自体荧光的成像进行了类似的试验。将样品在3分钟间隔之间暴露在光线下的时间被编程为具有最大曝光时间的正常明亮场成像程序。我们的系统 (材料表) 使我们除了 yfp、txr 和明亮的现场成像外, 还有2.5 分钟的时间。此约束是选择3分钟间隔的主要原因。接下来, 我们确认这种延时条件不会对植物样品造成明显损害, 也没有诱导与异位光应力相关的ppr1激活 (图 3b, c)。这导致了本研究中使用的程序的发展。因此, 3分钟的荧光成像间隔被认为足以捕捉ppr1动力学在Pst_a2介导的eti 9。
宣传员的结构, 特别是与荧光记者融合到 nls, 已被许多群体所利用, 并容易从研究界获得;我们使用了库博等人出版的结构。13. 因此, 如果有适当的转基因植物, 这里所述的协议可用于检查叶片组织的任何植物生物学研究。我们简单易用的协议为热衷于分析树叶中发生的任何生物事件的时空动态的研究人员提供了一个很好的机会, 如免疫反应。我们使用磁带片的方法会在样品上产生轻微的物理应力, 这是有道理的。但是, 可以通过在实验中加入适当的正负控制 (如模拟处理) 来控制此问题 (图 3c)。通过对不同条件下的控制, 可以进一步修改和优化实验条件。
近年来, 成像仪器和技术的迅速发展激发了研究人员对生物事件复杂时空方面的兴趣。在任何成像分析中, 适当安装和固定样品都是最重要的问题。本研究开发的简单通用的拟南芥活叶安装方法可应用于各种成像实验并进行优化。
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了日本科学技术署 [presto117665 至 s. b.、ERATOJPMJER1502 至 n. n.] 和日本科学促进协会 (研究活动启动赠款援助额 [22880008 至 s. b.] 和青年科学家协会 (b) 的支持 [23780040至 s. b.])。我们感谢 a. senzaki、y. suzuki、y. sugisawa 和 e. betsuyaku 提供了出色的技术援助, j. parker 提供了 Pst_a2 应变, t. demura 提供了 pbgyn 矢量。
Bacto Agar | BD biosciences | 214010 | |
Bacto Protease Peptone No. 3 | BD biosciences | 211693 | |
Bacto Yeast Extract | BD biosciences | 212750 | |
BM2 soil | Berger | ||
Glycerol | nacalai tesque | 17017-35 | |
Kanamycin sulfate | Wako | 113-00343 | |
Leica M205FA with DFC365FX, LED_MCI and Leica EL6000 (Las X software-regulated) | Leica Microsystems | Yellow fluorescent protein (YFP) and Texas Red (TXR) filters installed | |
Magnesium Chloride Hexahydrate | Wako | 135-00165 | |
Micro Slide Glass (Size: 76 mm × 26 mm, Thickness: 1.0–1.2 mm) | MATSUNAMI | S1112 | |
Micropore Surgical Tape (1.25 cm × 9 m) | 3M | 1530-0 | |
Needleless 1 ml plastic syringe | Terumo | SS-01T | |
Plastic cell plug tray (cell size: 44 mm × 44mm × 44 mm) | Tanaka sangyo, Japan | htray-bk72 | Any tray with similar sized cells can be used |
Rifampicin | nacalai tesque | 30259-81 | |
Plastic Tape (0.2 mm thick × 19 mm wide × 10 m long) | Yamato | No0200-19-1 | Any plastic/vinyl tape with similar thickness can be used |