Verfahren zur Herstellung<em> Arabidopsis</em> Blattprotoplasten, die kompatibel mit der fluoreszenzaktivierten Zellsortierung (FACS) sind, so dass für Studien spezifischer Zellpopulationen. Diese Methode ist kompatibel mit allen<em> Arabidopsis</em> Linie, die GFP drückt in einer Untergruppe von Zellen.
Nach der Initiierung des Blattes Primordium wird Biomasseakkumulation hauptsächlich durch die Zellproliferation und die Expansion in den Blättern 1 gesteuert. Jedoch ist die Arabidopsis Blatt ein komplexes Organ aus vielen verschiedenen Zelltypen und mehrere Strukturen. Gleichzeitig enthält das wachsende Blattzellen in verschiedenen Stadien der Entwicklung, die mit den Zellen am weitesten von der Blattstiel die erste zu stoppen Expandieren und durchlaufen ein Seneszenz. Verschiedene Zellen innerhalb des Blattes werden daher Dividieren, Verlängern oder Unterscheidungswert ist, wirksamen, gespannten oder tot, und / oder als Reaktion auf Reize in Teilsätze von ihren zellulären Typs zu einem bestimmten Zeitpunkt. Dies macht genomische Untersuchung des Blattes herausfordernden: zum Beispiel bei der Analyse Expressionsdaten aus ganzen Blättern, Signale von genetischen Netze in unterschiedlichen Zonen oder zellulären Antwort Zelltypen verwechselt werden, was zu einer ungenauen Profil erzeugt wird.
Um dieses Problem anzugehen, sehrere Methoden beschrieben worden, die es ermöglichen Studien von zellspezifischen Genexpression. Hierzu gehören Laser-Mikrodissektion (LCM) 2 oder GFP exprimierenden Pflanzen für Protoplasten und folgenden fluoreszenzaktivierten Zellsortierung (FACS) 3,4, das vor kurzem beschriebene INTACT System für nukleare Niederschlag 5 und Immunpräzipitation von Polysomen 6 verwendet.
FACS wurde erfolgreich für eine Reihe von Studien, einschließlich zeigt, dass die Cell-Identität und Entfernung von der Wurzelspitze eine signifikante Wirkung auf die Expression Profilen einer Vielzahl von Genen 3,7 aufwies. FACS von GFP-Linien sind auch verwendet worden, um zellspezifische Transkriptionsregulation während Wurzel Stickstoff Antworten und seitlichen Wurzelentwicklung 8, Salzstress 9 Auxin Verteilung in der Wurzel 10 zu demonstrieren und einen Genexpression Karte der Arabidopsis Sprossapikalmeristem 11 zu erstellen. ObwohlFACS benutzt worden ist, um Arabidopsis Blatt abgeleitet Protoplasten auf 12,13 Autofluoreszenz zu sortieren, hat bisher die Verwendung von FACS auf Arabidopsis-Linien, die GFP in den Blättern sehr begrenzt 4. In dem folgenden Protokoll beschreiben wir ein Verfahren zur Gewinnung von Arabidopsis Blattprotoplasten, die kompatibel sind mit FACS wobei gleichzeitig die Auswirkungen des Protoplasten Generation Regimes. Wir demonstrieren die Methode mit dem KC464 Arabidopsis-Linie, die ausdrückliche GFP in der adaxialen Epidermis 14, KC274 Linie, die ausdrückliche GFP in das Gefäßgewebe 14 und dem TP382 Arabidopsis-Linie, die Ausdruck einer doppelten GFP zu einer Kernlokalisierungssignal in Zusammenhang Konstrukt die Schließzellen (Daten nicht gezeigt; Abbildung 2). Wir sind derzeit mit dieser Methode sowohl Zelltyp-spezifische Expression während der Entwicklung und Stress, sowie heterogene Zellpopulationen in verschiedenen Phasen der Seneszenz zu studieren.
Wir haben ein Verfahren, das die Verwendung von Arabidopsis-Pflanzen, die GFP in den Blättern für Protoplasten und folgenden Zellsortierung mittels FACS ermöglicht beschrieben. Diese Methode führt zu ausreichenden Mengen an RNA zur Amplifikation und somit die anschließende Analyse durch entweder qPCR oder Mikroarray verwendet werden. Die Fraktionen sortiert werden besonders für GFP-haltigen Zellen, wie durch qPCR (Abbildung 2) nachgewiesen angereichert.
Um hohe Ausbeuten von Live-Protoplasten zu erreichen ist es wichtig, schnell zu arbeiten, während der ersten Schritte des Verfahrens, bis das Blatt Streifen gewesen Vakuum mit dem Inhibitor-haltigen Protoplasten Lösung infiltriert. Darüber hinaus bei der Erzeugung 1 mm Blatt Streifen ist es sehr wichtig zu schneiden oder schneiden Sie die Blätter anstatt "Chop" oder zerdrücken, da dies führt zu einer übermäßigen Schäden und damit einem niedrigeren Protoplasten Ausbeute.
Ein entscheidender Unterschied zwischen dem hier beschriebenen Verfahren und andere Published Methoden ist die Verwendung von RNase-Inhibitoren und Transkriptions-Inhibitoren. Die meisten Methoden sind für Arabidopsis Wurzeln, aus denen Protoplasten leichter erzeugt werden können entwickelt. Bei der Arbeit mit Blättern, mit Ausnahme Mesophyll, ist es notwendig, die Protoplasten Generationszeit erhöhen. Daher ist es wichtig, diese Inhibitoren umfassen, gegen Veränderungen in der Genexpression als Ergebnis des Protoplasten Generation Behandlung selbst (Daten nicht gezeigt) zu schützen. Allerdings führt die Anwesenheit der Inhibitoren zu einer Unfähigkeit, eine Transkriptions-Reaktion montieren, entweder durch Umschalten Gene an-oder ausgeschaltet, die wahrscheinlich machen die Protoplasten anfälliger ist, da dies zu einem Verlust der Plastizität mit denen die Belastungen des Zählers protoplasting Prozedur.
Wir haben die hier beschriebenen Verfahren erfolgreich mit einer Anzahl der GFP-exprimierenden Arabidopsis-Linien verwendet. Wichtig ist, dass wir diese Methode mit GFP exprimieren GFP entweder stark in verwendetder Kern, oder viel schwächer in einer cytosolischen non-localized/diffuse Weise, wie es der Fall mit den KC464 und KC274 Linien hier verwendet. Beide Arten von Leitungen sind mit dem Verfahren und ergeben hoch angereicherten Fraktionen von GFP-exprimierenden Protoplasten (Abbildung 2 und 3). Das Verfahren kann leicht auf andere Fluorophore angepasst werden, obwohl das Fluorophor für die Fluoreszenz, die signifikant verschieden von der Autofluoreszenz von tot / sterbenden Zellen, um die Fähigkeit, lebende Zellen auszuwählen bewahren ausgewählt werden muss.
The authors have nothing to disclose.
Die Arbeit in der Buchanan-Wollaston Labor auf Zelltyp, Entwicklungsstadium spezifische Profilierung wird durch die AGRON-omics Projekt (Grant # LSHG-CT-2006 bis 037.704) in der 6. Rahmenprogramm der EU der Europäischen Kommission unterstützt. Die Arbeit in der Gifford Labor auf Zelltyp-spezifische Profilierung wird durch eine BBSRC New Investigator Grant (BB/H019502/1) unterstützt.
Die KC274 und KC464 Arabidopsis-Linien wurden aus AAR Webb (University of Cambridge) erhalten.
Name of the reagent | Company | Catalogue number |
Cellulase R-10 | Melford | C8001 |
Cellulase RS | Melford | C8003 |
Macerozyme R-10 | Melford | M8002 |
BSA | Sigma-Aldrich | A3912 |
ProtectRNA | Sigma-Aldrich | R7397 |
Actinomycin D | Sigma-Aldrich | A1410 |
70 μm cell strainer | Fisher | FB35181 |
50 μm filcon cup-type filters | BD Biosciences | 340630 |