Агроинфильтрация и агроинфекция PVX являются обычными функциональными анализами для преходящей эктопической экспрессии генов в растениях. Эти методы являются эффективными анализами в стратегиях effectoromics (быстрое сопротивление и открытие гена авируляции) и имеют решающее значение для современных исследований в молекулярной патологии растений. Они отвечают спросу на надежный функциональный анализ высокой пропускной способности на заводах.
Агроинфильтрация и агроинфекция PVX являются двумя эффективными переходными экспрессиями для функционального анализа генов-кандидатов в растениях. Наиболее часто используемым агентом для агроинфильтрации является Agrobacterium tumefaciens, патоген многих видов растений дикота. Это означает, что агроинфильтрация может быть применена ко многим видам растений. Здесь мы представляем наши протоколы и ожидаемые результаты при применении этих методов к картофелю(Solanum tuberosum), связанный с ним дикий клубень-несущий вид Solanum (раздел Solanum Petota) и модель растения Nicotiana benthamiana. В дополнение к функциональному анализу отдельных генов, таких какрезистентность (R) или avirulence(Avr) гены, анализ агроинфильтрации очень подходит для повторения R-AVR взаимодействий, связанных с конкретными взаимодействиями патогенов хозяина, просто доставляя R и Avr трансгенов в ту же клетку. Тем не менее, некоторые генотипы растений могут вызвать неспецифические ответы обороны на Agrobacterium, как мы наблюдали, например, для нескольких генотипов картофеля. По сравнению с агроинфильтрацией, обнаружение активности AVR с PVX агроинфекции является более чувствительным, более высокой пропускной способностью в функциональных экранах и менее чувствительны к неспецифическим ответы обороны Agrobacterium. Тем не менее, неспецифическая защита PVX может произойти, и есть риск пропустить ответы из-за вирус-индуцированной крайней устойчивости. Несмотря на такие ограничения, по нашему опыту, агроинфильтрация и PVX агроинфекции являются подходящими и дополнительными анализами, которые могут быть использованы одновременно для подтверждения результатов друг друга.
Effectoromics, высокой пропускной способности функциональной геномики подход недавно появился в качестве мощного инструмента для выявления резистентности (R) генов в растениеводствах и соответствующиеавируляции( Avr ) геныпатогенов 1-4. В отличие от более трудоемкой стабильной трансформации с генами R, стратегия эффекторомии основана на переходных анализах последовательностей генов патогенов.
Со времен геномики были широко изучены геномы растительных патогенов. Например, для oomycetes, которые включают наиболее разрушительных патогенов растений, большие коллекции последовательностей были созданы и проанализированы для генов, которые играют определенную роль во время взаимодействия срастением 5-10. Один класс патогенных белков представляет эффекторы, которые манипулируют структурой клеток-хозяина и функционируют либо для облегчения инфекции (факторы вирулентности), либо для запуска защитных реакций(факторов авируляции) 11-13. Выражение генов Avr в клетках растений, содержащих R-гены, обычно приводит к гиперчувствительной реакции смерти клеток (HR) 14,15. В подошве экспрессия генов R и Avr может быть выполнена с помощью переходных систем экспрессии, таких как Agrobacterium tumefaciens – основаннаяпреходящая трансформация (агроинфильтрация)16. Эта преходящая трансформация также может быть применена в сочетании с вирусными системами экспрессии (агроинфекция)17,18.
Для агроинфильтрации наиболее часто используемым агентом является A. tumefaciens, широко распространенный патоген дикотовых растений. A. tumefaciens содержит опухолеобразующую (Ti) плазмиду. Передача ДНК (Т-ДНК) из плазмиды Ti будет транслокироваться в клетки растений после активации вирулентного механизма бактерии. Это может быть вызвано в раненых растительных клеток, выпущенных низкоямокулярно-вес фенольных соединений и моносакхаридов в слегка кислойсреде 19. Ген вирулентности активируется после проникновения суспензий Agrobacterium в листовые панели, определяемые основными венами. Затем растительные клетки в листовых панелях преобразуются и выражают трансген (ы), содержащийся в области Т-ДНК.
Агроинфекция основана на ране-прививке Agrobacterium, который является посредником при транслокации вируса в клетки растений. Затем вирус распространяется на соседние ткани растений, при отсутствии агробактерий. Для агроинфекции можно использовать несколько растительных вирусов. РНК-вирусы являются идеальными векторами экспрессии генов, поскольку они могут размножаться до очень высоких уровней в инфицированных растениях. Среди вирусов РНК растений, Картофельный вирус X (PVX) широко используется для эффектомических экранов. Для облегчения функциональных тестов для вставленного гена, бинарные векторы, которые содержат геном PVX в окружении вируса мозаики цветной капусты 35S промоутер и терминатор нопалин синтазы, были клонированы в T-ДНК A. tumefaciens20. После передачи Т-ДНК в растительные клетки геном PVX, содержащийся в Т-ДНК, транскрибируется из промоутера 35S. Затем вирусные частицы системно распространяются в зараженных растениях, что приводит к экспрессии вставленного гена. Этот метод, основанный как на Agrobacterium, так и pvX, называется PVX agroinfection.
Здесь мы покажем примеры как для агроинфильтрации, так и для анализов агроинфекции PVX. В качестве принимающих растений мы используем зародышевуюплазму картофеля (раздел Solanum Petota), для которой подходы effectoromics были впервые идоказали свою успешноту 3,4. Мы также используем Nicotiana benthamiana, который известен как модель завода в Solanaceous растений 14,21,22.
Переходные анализы, такие как агроинфильтрация и агроинфекция являются эффективными методами, которые имеют жизненно важное значение для современных молекулярных исследований патологии растений. Несмотря на некоторые ограничения, эти методы отвечают спросу на эффективный и надежный функциональный анализ высокой пропускной способности на заводах.
Система агроинфильтрации является широко используемым функциональным анализом в ряде видов растений. Агроинфильтрация облегчает доставку нескольких трансгенов в ту же клетку с одновременным выражением взаимодействующих белков. Это выгодно для повторения R-AVR отношений, путем coinfiltrating Агробактерии штаммов, которые выражают Avr генов с штаммами, которые выражают соответствующие R генов. Кроме того, для известных пар R-AVR, такие coinfiltrations могут быть использованы в качестве положительного контроля. Включение таких элементов управления имеет важное значение, поскольку в некоторых генотипах растений эффективность преобразования может быть ниже порога для обнаружения ответов. В том числе отрицательный контроль, например, штамм Агробактерий, содержащий вектор без вставки гена, также имеет важное значение для определения того, является ли определенный генотип растений поднимает неспецифические ответы обороны на Agrobacterium. Эта особенность происходит на определенной частоте в зародышевой плазме картофеля, и не все виды Solanum хорошо подходят для этой системывыражения на основе агробактерий. Как правило, анализ агроинфильтрации очень хорошо работает в N. benthamiana и большинстве генотипов картофеля. В дополнение к effectoromics, Существуют различные другие потенциальные применения для техники агроинфильтрации, такие как производство белков из трансгенов и локализации белка в клетках растений конфокальной микроскопии.
PVX agroinfection является очень чувствительной системой скрининга и, как правило, более подходит для высокопроходных скринингов. Так как Agrobacterium в настоящее время присутствует только локально, неспецифические реакции на эту бактерию в настоящее время не очень тревожные, так как вирус PVX берет на себя дальнейшее распространение трансгена. Тем не менее, растения могут быть устойчивы к PVX, или монтировать экстремальные сопротивления (ER) ответы, и в этом случае метод агроинфекции не подходит. Еще одним ограничением метода агроинфекции PVX является размер вставки гена интереса. Наблюдаемые фенотипы реакций могут варьироваться от интенсивного черного некроза, окружающего рану, до слабого некроза вблизи места прививки. Как в N. benthamiana, так и в Solanum виды, PVX агроинфекция признана более чувствительной, чем агроинфильтрация.
Учитывая, что генетический фон различных проверенных генотипов растений может иметь некоторые ограничения (см. выше), мы обычно получаем аналогичные выводы по PVX агроинфекции и агроинфильтрации. Эти результаты также сопоставимы, как получено в других анализах, таких как инфильтрациябелка 29 и ELISA3. Учитывая преимущества и ограничения обеих систем, мы рекомендуем использовать оба метода, чтобы либо дополнять друг друга, либо подтверждать независимые результаты.
The authors have nothing to disclose.
Работа частично поддерживается Фондом Университета Вагенингена (WUF), Программой Стипендиального Совета Китая для аспирантов и грантом NWO-VIDI 12378.
Beef extract | Sigma-Aldrich | B4888 | |
Bacteriological peptone | Oxoid | LP0037 | |
Yeast extract | Oxoid | LP0021 | |
MgSO4 | Sigma-Aldrich | 208094 | |
MS salts (without vitamins) | Duchefa Biochemie | M0221 | |
MES | Duchefa Biochemie | M1503 | |
LB broth powder | Sigma-Aldrich | L3022 | |
Acetosyringone | Sigma-Aldrich | D134406 | |
Syringe (1 ml) | BD Plastipak | 300013 | |
Incubator | Infors HT | Multitron II | |
Centrifuge | Heraeus | Multifuge 3S-R | |
Spectrophotometer | Eppendorf | Biophotometer 6131 |