Divulgamos un método sencillo y versátil para realizar fluorescente live-proyección de imagen de hojas de Arabidopsis thaliana durante un período prolongado de tiempo. Utilizamos una planta Arabidopsis transgénica expresando un gen reportero fluorescente bajo el control de un promotor de inmunidad como un ejemplo para obtener comprensión espaciotemporal de inmunorespuestas de la planta.
La respuesta inmune de planta asociada a una reprogramación transcripcional del genoma se inicia en el sitio de la infección. Por lo tanto, la respuesta inmune está regulada espacial y temporalmente. El uso de un gen fluorescente bajo el control de un promotor de relacionadas con la inmunidad en combinación con un microscopio de fluorescencia automatizada es una forma sencilla de entender la regulación espacio-temporal de la inmunidad de la planta. En contraste con los tejidos de la raíz que se han utilizado para un número de diversos experimentos de imagen fluorescentes intravital, existen algunos ejemplos de imágenes en vivo fluorescentes para los tejidos de la hoja que encontramos una gran variedad de infecciones microbianas aerotransportadas. Por lo tanto, hemos desarrollado un método simple para montar hojas de plantas de Arabidopsis thaliana para proyección de imagen de células vivas durante un período prolongado de tiempo. Utilizamos plantas transgénicas de Arabidopsis expresando la proteína fluorescente amarilla (YFP) genefused a la señal de localización nuclear (NLS) bajo el control del promotor de un gen marcador relacionadas con la defensa, () Pathogenesis-Related 1 PR1). Nos se infiltró en una hoja de transgénica con Pseudomonas syringae pv. tomate DC3000 (avrRpt2) (Pst_a2) la tensión y realizar proyección de imagen en vivo de Time-lapse de la señal YFP para un total de 40 h con un estereomicroscopio de fluorescencia automatizada. Este método puede ser utilizado no sólo para estudios en inmunorespuestas de la planta, sino también para el análisis de los diversos eventos del desarrollo y las respuestas ambientales que ocurren en los tejidos de la hoja.
Respuesta inmune de las plantas implica una dinámica reprogramación transcripcional regulado por múltiples de la transcripción factores así como fitohormonas1. La acumulación de datos transcriptoma proporciona oportunidades para recoger información sobre el sistema de inmunológico de la planta: por ejemplo, la estructura de la red de señalización cascadas2. Sin embargo, nuestro conocimiento de la dinámica espacial y temporal de la inmunidad de la planta sigue siendo limitada3,4,5.
En estudios previos, Reglamento spatiotemporal de la expresión génica relacionados con la defensa ha sido mayormente analizada mediante hibridación in situ y un β-glucuronidasa (GUS) reportero ensayo6,7,8. Estos métodos nos permiten visualizar la activación transcripcional de diversos genes de interés in situ. Sin embargo, estos procedimientos requieren fijación química de las muestras y así resultan en la pérdida de toda la información temporal. Acontecimientos biológicos, como la inmunidad, progreso en el tiempo. El uso de la luciferasa como reportero ha permitido la captura de la dinámica temporal de la promotora de interés3. Sin embargo, ensayo de luciferasa requiere de un sustrato caro y detectores altamente sensibles. Para aumentar nuestra comprensión de los aspectos espacio-temporales de la respuesta inmune de planta usando un procedimiento simple, generamos transgénicas de Arabidopsis thaliana plantas que expresan la proteína fluorescente amarilla (YFP) gen fusionado a la señal de localización nuclear (NLS de YFP) bajo el control del promotor del gen marcador relacionadas con la defensa, Pathogenesis-Related 1 (PR1)9. Utilizamos la autofluorescencia de la clorofila, un marcador de células vivas, para capturar el proceso de muerte celular programada (PCD), que ocurre a menudo durante la inmunidad activada por efectores (ETI), una forma de inmunidad de la planta inducido por la infección de patógenos específicos9 , 10. monitoreo de la dinámica temporal de la intensidad de la señal de fluorescencia en libremente objetos en movimiento, tales como vida hojas de Arabidopsis , requiere una imagen compleja de procesamiento software construido en casa o disponible comercialmente. Alternativamente, evitar que ejemplares moviéndose es un método sencillo para resolver el problema. Aquí, se desarrolló un método versátil y simple para el montaje de vida hojas de una planta Arabidopsis transgénica para la observación a largo plazo bajo un estereomicroscopio de fluorescencia automatizada. El método nos permite capturar al promotor dinámica dentro de suelo cultivado intacta planta hojas durante unos días.
Aquí, Divulgamos un método sencillo para montar una vida hoja de Arabidopsis expresando un gen reportero fluorescente bajo el control de un promotor de interés para la observación a largo plazo mediante un estereomicroscopio fluorescente automatizado. Imágenes de Time-lapse de un reportero fluorescente se ha realizado con frecuencia en los tejidos de la raíz; sin embargo, sólo unos pocos estudios similares se han realizado en tejidos de la hoja. Esto es más probable porque las hojas son capaces de moverse libremente en el espacio, mientras que las raíces son a menudo enterradas y fija en medio de agar sólido.
En este informe, nos concentramos en la dinámica espacio-temporal de la actividad pPR1 en ETI inducida por Pst_a2. Además de la fijación suave de la hoja detallada anteriormente, es importante visualizar claramente la dinámica espacio-temporal de eventos celulares tales como activación promotor y PCD. Si la distinción entre células que muestran actividad pPR1 y PCD no es fuerte, asegúrese de que todos los espacios intercelulares en el área infiltrado están completamente llenos con la suspensión del patógeno (ver paso 2.4). Esto es crítico cuando con Estereomicroscopio de fluorescencia de campo amplio ya que estos microscopios capturan todas las señales detectables a lo largo de la misma posición vertical de la muestra. Autofluorescencia de la clorofila de las células sobrevivientes por encima o por debajo de las células en el dominio PCD enmascara fácilmente las células muertas, no exponiendo autofluorescencia. Esto también es cierto para la señal de YFP.
Condiciones para Time-lapse de imágenes necesitan ser establecidos cuidadosamente a través de varios experimentos preliminares bajo diferentes condiciones experimentales. Parámetros para Time-lapse de imágenes dependen de varios factores tales como el sistema microscópico, las plantas transgénicas y patógenos. Para obtener estos parámetros, en primer lugar analizamos diferentes tiempos de exposición de intensidad de la señal YFP en la hoja infiltrada en 7 hpi, que casi coincide con la activación inicial de pPR1. Una exposición s 5 se determinó como apropiado para la captura de señal YFP con el estereomicroscopio utilizado en este estudio. Se realizó una prueba similar para imágenes de Autofluorescencia de la clorofila. Exposición de la muestra a la luz entre intervalos de 3 minutos se programó en el lapso de tiempo programa de imagen como proyección de imagen de campo claro normal con tiempo de exposición máxima. Nuestro sistema (Tabla de materiales) nos permitió tener 2,5 min además de YFP, TXR y proyección de imagen de campo claro. Esta restricción fue la razón principal para elegir un intervalo de 3 minutos. A continuación, se confirmó que esta condición de Time-lapse no causado ningún daño aparente a las muestras de la planta y no indujo ectópica luz activación relacionada con el estrés de pPR1 (figura 3B, C). Esto condujo al desarrollo del programa utilizado en este estudio. Así, intervalos de 3 minutos de imágenes por fluorescencia se consideraron suficientes para capturar la dinámica pPR1 durante Pst_a2-mediada por ETI9.
Construcciones de promotor-reportero, especialmente con el reportero fluorescente fundido a la NLS, han sido utilizadas por muchos grupos y son fácilmente disponible de la comunidad de investigación; hemos utilizado el constructo publicado por Kubo et al. 13. así, el protocolo descrito aquí puede utilizarse en cualquier estudio de Biología de la planta examinando tejidos de la hoja, si se dispone de adecuadas plantas transgénicas. Nuestro protocolo simple y fácil ofrece una gran oportunidad para los investigadores que están dispuestos a analizar la dinámica espacio-temporal de cualquier evento biológico que ocurre en las hojas, como la respuesta inmune. Es plausible que nuestro método usando piezas de cinta induce un estrés físico leve en las muestras. Sin embargo, este problema puede controlarse mediante la inclusión de controles positivos y negativos adecuados, tales como tratamientos de simulacros, en los experimentos (figura 3C). Las condiciones experimentales pueden modificadas y optimizadas mediante el análisis de estos controles en diferentes condiciones.
En los últimos años, desarrollo rápido de imagen instrumentos y técnicas ha estimulado el interés de los investigadores en los aspectos espacio-temporales complejos de fenómenos biológicos. En cualquier análisis de proyección de imagen, montaje y fijación de muestras adecuadas son entre los temas más importantes. El método sencillo y versátil de montaje vida que hojas de Arabidopsis desarrollado en este estudio pueda ser aplicado y optimizado para varios experimentos de proyección de imagen.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue financiado por el Japón Agencia de ciencia y tecnología [PRESTO117665 a S.B., ERATOJPMJER1502 a N.N.] y por la sociedad japonesa para la promoción de la ciencia (subvenciones para investigación actividad puesta en marcha [22880008 a S.B.] y [jóvenes científicos (B) 23780040 a S.B.]). Agradecemos A. Senzaki, Y. Suzuki, Y. Sugisawa y E. Betsuyaku asistencia técnica excelente, J. Parker para proporcionar la tensión de Pst_a2 y T. Demura para proporcionar el vector de pBGYN.
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 |