Purificazione dei polisomi dai noduli simbiotici di soia
Summary
Questo protocollo descrive un metodo per la purificazione dei polisomi eucariotici da noduli di soia intatti. Dopo il sequenziamento, le pipeline standard per l’analisi dell’espressione genica possono essere utilizzate per identificare geni differenzialmente espressi a livello di trascrittoma e translatoma.
Abstract
Lo scopo di questo protocollo è quello di fornire una strategia per lo studio del translatoma eucariotico del nodulo simbiotico di soia (Glycine max). Questo articolo descrive metodi ottimizzati per isolare i poliribosomi di origine vegetale e i loro mRNA associati da analizzare utilizzando il sequenziamento dell’RNA. In primo luogo, i lisati citoplasmatici sono ottenuti attraverso l’omogeneizzazione in condizioni di conservazione di polisomi e RNA da noduli di soia interi e congelati. Quindi, i lisati vengono eliminati mediante centrifugazione a bassa velocità e il 15% del surnatante viene utilizzato per l’isolamento totale dell’RNA (TOTAL). Il restante lisato eliminato viene utilizzato per isolare i polisomi mediante ultracentrifugazione attraverso un cuscino di saccarosio a due strati (12% e 33,5%). L’mRNA associato ai polisomi (PAR) viene purificato dai pellet polisomiali dopo la risospensione. Sia TOTAL che PAR sono valutati mediante elettroforesi capillare altamente sensibile per soddisfare gli standard di qualità delle librerie di sequenziamento per RNA-seq. Come esempio di applicazione a valle, dopo il sequenziamento, è possibile utilizzare pipeline standard per l’analisi dell’espressione genica per ottenere geni differenzialmente espressi a livello di trascrittoma e translatoma. In sintesi, questo metodo, in combinazione con RNA-seq, permette lo studio della regolazione traslazionale degli mRNA eucariotici in un tessuto complesso come il nodulo simbiotico.
Introduction
Le leguminose, come la soia (Glycine max), possono stabilire simbiosi con specifici batteri del suolo chiamati rizobia. Questa relazione mutualistica provoca la formazione di nuovi organi, i noduli simbiotici, sulle radici delle piante. I noduli sono gli organi vegetali che ospitano i batteri e sono costituiti da cellule ospiti il cui citoplasma è colonizzato con una forma specializzata di rizobia chiamata batterioidi. Questi batterioidi catalizzano la riduzione dell’azoto atmosferico (N 2) in ammoniaca, che viene trasferita alla pianta in cambio di carboidrati 1,2.
Sebbene questa simbiosi azotofissatrice sia una delle simbiosi pianta-microbo più studiate, molti aspetti rimangono da comprendere meglio, come il modo in cui le piante sottoposte a diverse condizioni di stress abiotico modulano la loro interazione con il loro partner simbiotico e come questo influisce sul metabolismo dei noduli. Questi processi potrebbero essere meglio compresi analizzando il translatoma dei noduli (cioè, il sottoinsieme di RNA messaggeri [mRNA] attivamente tradotti). I poliribosomi o polisomi sono complessi di ribosomi multipli associati all’mRNA, comunemente usati per studiare la traduzione3. Il metodo di profilazione dei polisomi consiste nell’analisi degli mRNA associati ai polisomi ed è stato utilizzato con successo per studiare i meccanismi posttrascrizionali che controllano l’espressione genica che avviene in diversi processi biologici 4,5.
Storicamente, l’analisi dell’espressione del genoma si è concentrata principalmente sulla determinazione dell’abbondanza di mRNA 6,7,8,9. Tuttavia, vi è una mancanza di correlazione tra i livelli di trascrizione e proteina a causa delle diverse fasi di regolazione posttrascrizionale dell’espressione genica, in particolare la traduzione10,11,12. Inoltre, non è stata osservata alcuna dipendenza tra i cambiamenti a livello del trascrittoma e quelli che si verificano a livello del translatoma13. L’analisi diretta dell’insieme di mRNA che vengono tradotti consente una misura più accurata e completa dell’espressione genica cellulare (il cui endpoint è l’abbondanza proteica) rispetto a quella ottenuta quando vengono analizzati solo i livelli di mRNA14,15,16.
Questo protocollo descrive come i polisomi di origine vegetale vengono purificati dai noduli di soia intatti mediante centrifugazione differenziale attraverso un cuscino di saccarosio a due strati (Figura 1). Tuttavia, poiché nei noduli sono presenti anche ribosomi di derivazione batterioide, viene purificato un mix di ribosomi e specie di RNA, anche se quelli eucariotici rappresentano la frazione principale (90%-95%). Vengono inoltre descritti il successivo isolamento, quantificazione e controllo di qualità dell’RNA (Figura 1). Questo protocollo, in combinazione con RNA-seq, dovrebbe fornire risultati sperimentali sulla regolazione traslazionale degli mRNA eucariotici in un tessuto complesso come il nodulo simbiotico.
Figura 1: Panoramica schematica della metodologia proposta per la purificazione dei polisomi eucariotici da noduli simbiotici. Lo schema fornisce una panoramica delle fasi seguite nel protocollo da (1) crescita delle piante e (2) raccolta di noduli a (3) preparazione degli estratti citosolici, (3) ottenimento di campioni TOTAL e (4) campioni PAR e (5) estrazione dell’RNA e controllo di qualità. Abbreviazioni: PEB = tampone di estrazione dei polisomi; RB = buffer di risospensione; TOTALE = RNA totale; PAR = mRNA associato ai polisomi. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Protocol
Representative Results
Discussion
Studiare la regolazione dell’espressione genica a livello traslazionale è fondamentale per comprendere meglio i diversi processi biologici poiché l’endpoint dell’espressione genica cellulare è l’abbondanza proteica13,14. Questo può essere valutato analizzando il translatoma del tessuto o dell’organismo di interesse per il quale la frazione polisomiale deve essere purificata e i suoi mRNA associati analizzati 3,4,34,35,36.<su…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata finanziata dalla sovvenzione CSIC I + D 2020 n. 282, dalla sovvenzione FVF 2017 n. 210 e PEDECIBA (María Martha Sainz).
Materials
| Plant growth and rhizobia inoculation | |||
| Orbital shaker | Daihan Scientific | Model SHO-1D | |
| YEM-medium | Amresco | J850 (yeast extract) 0122 (mannitol) | |
| Water deficit treatment | |||
| KNO3 | Merck | 221295 | |
| Porometer | Decagon Device | Model SC-1 | |
| Scalpel | |||
| Preparation of cytosolic extracts | |||
| Brij L23 | Sigma-Aldrich | P1254 | |
| Centrifuge | Sigma | Model 2K15 | |
| Chloranphenicol | Sigma-Aldrich | C0378 | |
| Cycloheximide | Sigma-Aldrich | C7698 | |
| DOC | Sigma-Aldrich | 30970 | |
| DTT | Sigma-Aldrich | D9779 | |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E3889 | |
| Igepal CA 360 | Sigma-Aldrich | I8896 | |
| KCl | Merck | 1.04936 | |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | M8266 | |
| Plastic tissue grinder | Fisher Scientific | 12649595 | |
| PMSF | Sigma-Aldrich | P7626 | |
| PTE | Sigma-Aldrich | P2393 | |
| Tris | Invitrogen | 15504-020 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P1379 | |
| Weighing dish | Deltalab | 1911103 | |
| Preparation of sucrose cushions | |||
| Sucrose | Invitrogen | 15503022 | |
| SW 40 Ti rotor | Beckman-Coulter | ||
| Ultracentrifuge | Beckman-Coulter | Optima L-100K | |
| Ultracentrifuge tubes | Beckman-Coulter | 344059 | 13.2 mL tubes |
| RNA extraction and quality control | |||
| Agarose | Thermo scientific | R0492 | |
| Bioanalyzer | Agilent | Model 2100. Eukaryote total RNA nano assay | |
| Chloroform | DI | 41191 | |
| Ethanol | Dorwil | UN1170 | |
| Isopropanol | Mallinckrodt | 3032-06 | |
| Glycogen | Sigma | 10814-010 | |
| TRIzol LS | Ambion | 102960028 | |
| Miscellaneous | |||
| Falcon tubes 15 mL | Biologix | 10-0152 | |
| Filter tips 10 µL | BioPointe Scientific | 321-4050 | |
| Filter tips 1000 µL | BioPointe Scientific | 361-1050 | |
| Filter tips 20 µL | BioPointe Scientific | 341-4050 | |
| Filter tips 200 µL | Tarsons | 528104 | |
| Microcentrifuge tubes 1.5 mL | Tarsons | 500010-N | |
| Microcentrifuge tubes 2.0 mL | Tarsons | 500020-N | |
| Sequencing company | Macrogen | ||
| Sterile 250 mL flask | Marienfeld | 4110207 |
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