Inducción de raíces peludas por Agrobacterium rhizogenes-Transformación mediada en trigo sarracenotataricum tataricum)
Summary
Describimos un método de inducir raíces peludas por Agrobacterium rhizogenes-transformación mediada en trigo sarraceno tartá ) (Fagopyrum tataricum). Esto se puede utilizar para investigar las funciones genéticas y la producción de metabolitos secundarios en el trigo sarraceno tártaro, ser adoptado para cualquier transformación genética, o utilizado para otras plantas medicinales después de la mejora.
Abstract
El trigo sarraceno taráfilo (TB)[Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn] posee diversas actividades biológicas y farmacológicas porque contiene abundantes metabolitos secundarios como flavonoides, especialmente rutinarina. Agrobacterium rhizogenes se han utilizado gradualmente en todo el mundo para inducir raíces peludas en plantas medicinales para investigar las funciones genéticas y aumentar el rendimiento de metabolitos secundarios. En este estudio, hemos descrito un método detallado para generar a. rizogenes-raíces peludas mediadas en la tuberculosis. Los cotiledons y el eje hipocotiledónider a los 7-10 días fueron seleccionados como explantas e infectados con A. rizogenes llevando un vector binario, que indujo raíces peludas aventureras que aparecieron después de 1 semana. La transformación de la raíz peluda generada se identificó en función de la morfología, la selección de resistencia (kanamicina) y la expresión génica del reportero (proteína fluorescente verde). Posteriormente, las raíces peludas transformadas se autopropagaron según sea necesario. Mientras tanto, un factor de transcripción de mieloblastosis (MYB), FtMYB116,se transformó en el genoma de la tuberculosis utilizando las raíces pellizudas mediadas por A. rhizogenespara verificar el papel de FtMYB116 en la síntesis de flavonoides. Los resultados mostraron que la expresión de genes relacionados con el flavonoide y el rendimiento de los compuestos flavonoides (rutina y quercetina) fueron significativamente (p < 0.01) promovidos por FtMYB116,lo que indica que las raíces peludas mediadas por A. rhizogenespueden utilizarse como una herramienta alternativa eficaz para investigar las funciones génicas y la producción de metabolitos secundarios. El protocolo detallado paso a paso descrito en este estudio para generar raíces peludas puede ser adoptado para cualquier transformación genética u otras plantas medicinales después del ajuste.
Introduction
Tartary sarraceno (TB) (Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn) es un tipo de dicotiledón perteneciente al género Fagopyrum y la familia Polygonaceae1. Como un tipo de alimento homóloga de la medicina china, la tuberculosis ha estado recibiendo un interés considerable debido a su composición química distintiva y diversas bioactividades contra las enfermedades. La tuberculosis es principalmente rica en carbohidratos, proteínas, vitaminas y carotenoides, así como en polifenoles como ácidos fenólicos y flavonoides1. Varias actividades biológicas y farmacológicas de flavonoides, incluyendo antioxidante, antihipertensivo2, y antiinflamatorias, así como propiedades anticancerígenas y antidiabéticas, se han demostrado3.
Agrobacterium rhizogenes es una bacteria del suelo que contribuye al desarrollo de la enfermedad de las raíces peludas en varias plantas superiores, especialmente dicotiledos, infectando los sitios de la herida4,,5. Este proceso se inicia mediante la transferencia del ADN-T en el plásmido de inducción de raíces (Ri)5,6 y se acompaña comúnmente de la integración y expresión de un gen exógeno del plásmido Ri y los pasos subsiguientes de generación del fenotipo de raíz peluda7. A. rhizogenes-raíces vellosas transgénicas mediadas, como una poderosa herramienta en el campo de la biotecnología vegetal, han sido más ampliamente utilizados debido a su estable y alta productividad y fácil obtención en un corto período de tiempo. Por otra parte, raíces peludas inducidas por A. rizogenes se distinguen eficientemente por su desarrollo de raíz plagiotrópica y crecimiento altamente ramificado en un medio libre de hormonas8. Se pueden utilizar en varios campos de investigación, incluyendo la producción artificial de semillas, investigación de nódulos de raíz, y en el estudio de las interacciones con otros organismos como hongos micorrizas, nematodos, y patógenos de la raíz7,9. Además, los cultivos de transformación de raíces peludas se han utilizado ampliamente como un sistema experimental para investigar las vías bioquímicas y la señalización química y para producir metabolitos secundarios vegetales que se utilizan como productos farmacéuticos, cosméticos y aditivos alimentarios8,,10. Los valiosos metabolitos secundarios, incluyendo alcaloides indólicos, aconitas, alcaloides tropano, terpenoides y flavonoides, sintetizados en raíces peludas de tipo salvaje se han investigado durante varias décadas en numerosas especies, como el ginsenoside en Panax ginseng11,coumarine en Ammi majus12,y compuestos fenólicos en TB2,,13.
Raíces peludas se han producido utilizando A. rizogenes en 79 especies de plantas de 27 familias14. Por ejemplo, A. rhizogenes-transformación de raíz peluda mediada se ha divulgado en soja15,16, Salvia17, Plumbago indica18, Lotus japonicus19, y achicoria (Cichorium intybus L.) 20. Tb transformación de raíz peluda también se ha investigado2. Pocos protocolos detallados están disponibles con respecto al desarrollo de raíces peludas mediadas por A. rhizogenes ya sea que lleven un vector binario o no. Por ejemplo, Sandra et al.21 introdujeron un método para producir raíces peludas de papa transgénicas sostenidas en brotes de tipo salvaje. Las raíces peludas completamente desarrolladas podrían visualizarse 5-6 semanas después de la inyección de A. rizogenes llevando el gen del reportero de gus en los internodos del tallo de las plantas de papa. Otro estudio también había reportado un sistema radicular peludo transgénico inducido por A. rhizogenes albergando el gen reportero gusA en yute (Corchorus capsularis L.) 22.23 obtuvieron raíces peludas de tabaco transgénica utilizando A. rhizogenes transformados con la expresión vector pBI121 que transporta el gen del ácido1tetrahidrocannabinólico (THCA) para producir THCA.
Sin embargo, un proceso paso a paso para una generación efectiva de transformación de la raíz peluda, especialmente en la tuberculosis, ha sido relativamente menos demostrado. En este estudio, hemos descrito un protocolo detallado utilizando A. rhizogenes que llevan el gen reportero (GFP), un marcador selectivo (Kan), y un gen de interés (b4, un gen identificado de nuestro grupo pero inédito de la familia básica helix-loop-helix(bHLH)) para generar transformación genética de raíz peluda en TB. El experimento duró 5-6 semanas, desde la inoculación de semillas hasta la generación de raíces peludas, que involucraron la preparación de explantas, infección, cocultura, subcultura ción y posterior propagación. Además, A. rhizogenes que contiene un plásmido binario que transporta el transgén de tuberculosis del factor de transcripción de mieloblastosis 116 (FtMYB116) se utilizó para determinar si FtMYB116 puede promover la acumulación de flavonoides, particularmente la rutina, en la tuberculosis a nivel genético y metabólico a través de la transformación de la raíz peluda de TB. FtMYB116, que es un factor transcripcional inducido por la luz, regula la síntesis de rutina en diferentes condiciones de luz5. La calcocona sintasa (CHS), la flavanona-3-hidroxilasa (F3H), el flavonoide-3′-hidroxilasa (F3‘H) y la flavonol sintasa (FLS)24 son enzimas clave implicadas en la vía metabólica de la biosíntesis de rutina. Por lo tanto, este estudio demuestra la sobreexpresión de FtMYB116 en raíces peludas de tuberculosis y la expresión de genes clave de enzimas, así como el contenido de rutina y otros flavonoides como la quercetina.
Protocol
Representative Results
Discussion
La tuberculosis se ha utilizado en varios estudios relacionados con metabolitos secundarios a niveles genéticos y metabólicos1,2,5,27,28. El cultivo de raíces peludas, como fuente única para la producción de metabolitos, desempeña un papel fundamental en la ingeniería metabólica29 y se puede utilizar para alterar las vías metab…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por los Fondos Fundamentales de Investigación para los Institutos Centrales de Investigación de Bienestar Público ZXKT17002.
Materials
| 2*Taq PCR MasterMix | Aidlab, China | PC0901 | |
| Agar powder | Solarbio Life Science, Beijing, China | A8190 | |
| Applied Biosystems 2720 thermo cycler | ThermoFisher Scientific, US | A37834 | |
| AS | Solarbio Life Science, Beijing, China | A8110 | Diluted in DMSO, 100 mM |
| binary vectors | ThermoFisher Scientific (invitrogen), US | / | pK7WG2D/pK7GWIWG2D (II) |
| Cefotaxime,sodium | Solarbio Life Science, Beijing, China | C8240 | Diluted in Water, 200 mg/mL |
| CF15RXII high-speed micro | Hitachi, Japan | No. 90560201 | |
| Diposable Petri-dish | Guanghua medical instrument factory, Yangzhou, China | / | |
| DYY-6C electrophoresis apparatus | Bjliuyi, Beijing China | ECS002301 | |
| EASYspin Plus Plant RNA Kit | Aidlab, China | RN38 | |
| ELGA purelab untra bioscience | ELGA LabWater, UK | 82665JK1819 | |
| Epoch Microplate Spectrophotometer | biotek, US | / | |
| Gateway BP/LR reaction enzyme | ThermoFisher Scientific (invitrogen), US | 11789100/11791110 | |
| HYG-C multiple-function shaker | Suzhou Peiying Experimental Equipment Co., Ltd. China | / | |
| Kan | Solarbio Life Science, Beijing, China | K8020 | Diluted in Water, 100 mg/mL |
| MLS-3750 Autoclave sterilizer | Sanyo, Japan | / | |
| MS salts with vitamins | Solarbio Life Science, Beijing, China | M8521 | |
| NaCl | Solarbio Life Science, Beijing, China | S8210 | |
| Other chemicals unstated | Beijing Chemical Works, China | ethanol, mercury bichloride, etc. | |
| PHS-3C pH meter | Shanghai INESA Scientific Instrument Co., Ltd, China | a008 | |
| Plant Genomic DNA Kit | TIANGEN BIOTECH (BEIJING) CO., LTD | DP305 | |
| Rifampin | Solarbio Life Science, Beijing, China | R8010 | Diluted in DMSO, 50 mg/mL |
| Spectinomycin | Solarbio Life Science, Beijing, China | S8040 | Diluted in Water, 100 mg/mL |
| Sucrose | Solarbio Life Science, Beijing, China | S8270 | |
| Trans2K DNA Marker | TransGen Biotech, Beijing, China | BM101-01 | |
| Tryptone | Solarbio Life Science, Beijing, China | LP0042 | |
| Whatman diameter 9 cm Filter paper | Hangzhou wohua Filter Paper Co., Ltd | / | |
| Yeast Extract powder | Solarbio Life Science, Beijing, China | LP0021 |
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