介绍了以甘露聚糖为例, 用凝胶电泳 (佩斯) 对多糖进行结构分析的协议。
植物细胞壁多糖是众所周知的难以分析, 大多数方法需要昂贵的设备, 熟练的操作员, 和大量的纯化材料。在这里, 我们描述了一种获取详细的多糖结构信息的简单方法, 包括结构异构体的解析。用凝胶电泳 (速度) 对多糖进行分析, 用糖水解对植物细胞壁材料进行水解, 其特异性为多糖 (如: mannanases 甘露聚糖)。大格式的聚丙烯酰胺凝胶, 然后用于分离释放的低聚糖, 已被荧光标记。凝胶可以用改良的凝胶体成像系统来可视化 (参见材料表)。由此产生的寡糖指纹可以定性地进行比较, 也可与复制定量地进行对比。可以使用附加的糖水解 (例如, mannosidases 和 galactosidases) 建立链接和分支信息。本协议描述了一种分析葡甘聚糖结构的方法, 可用于任何具有特征糖水解的多糖。另外, 它可以用来表征新的糖水解使用定义的多糖基质。
用凝胶电泳 (速度) 分析多糖的方法是对多糖的详细描述1,2,3。植物细胞壁多糖是众所周知的难以分析, 大多数方法需要昂贵的设备, 熟练的操作员, 和大量的纯化材料。在这里, 我们描述了一种获取详细的多糖结构信息的简单方法, 包括结构异构体的解析。
研究植物细胞壁生物合成或植物细胞壁在植物发育中的作用, 是了解植物细胞壁多糖结构的必要条件。然而, 最近, 植物细胞壁的组成已成为有趣的一个更广泛的研究小组, 由于重点是利用植物生物量 (本质上是细胞壁) 作为原料生产生物燃料和生化4。例如, 有效的酶糖化这一材料需要详细了解的多糖结构, 使优化酶鸡尾酒可以选择5。
速度比其他方法有几个优点, 使其成为复杂糖结构快速分析的理想选择。首先, 它不需要纯化的多糖的问题, 是需要的解决方案状态核磁共振 (NMR)6。其次, 速度可以解决结构异构体, 不像质谱 (MS,例如,基质辅助激光解吸/电离 (MALDI) 和电喷雾电离 (ESI)), 这也可能是挑战, 以执行液相色谱 (LC)7. 第三, 速度是非常敏感的, 与 low-picomole 分辨率, 不像薄层色谱 (TLC) 或纸层析。最后, 它不需要昂贵的设备或专业知识, 如 MS, 核磁共振和 LC 的情况。
这种速度方法依赖于糖水解酶 (GH) 的特异性, 它以多糖的混合物中的某些糖苷联系为目标。当 GH 酶在多糖链上作用时, 它会发现一个还原的末端, 然后可以被化学衍生, 在这种情况下用荧光标签。因此, 此方法无法检测到样本的 unhydrolyzed 部分。用电泳法在大格式丙烯酰胺凝胶中分离出标记的寡糖。这给非常相似的分子的卓越的决议, 例如, 三 Glc-人-人和 Glc-人-Glc 将有不同的 Rf。
速度已被广泛用于表征不同的木聚糖结构横跨植物种类8, 以识别糖突变体在拟南芥6,9,10,11, 执行糖检测9, 并为新的 GH 活动特征12,13。我们最近也用它来表征酵母细胞壁甘露聚糖 (Mahboubi 和莫蒂默, 在准备)。在这里, 我们描述了一种植物细胞壁葡甘聚糖结构的表征方法, 根据以前的报告11,14。
速度是表征多糖结构的直接方法。它可以适用于任何已知的具有特征的活动的全球统一制度的多糖, 在文献1,6,9,11中看到许多例子。通过利用定义的多糖基质和受体, Tt 也被应用于新的全球统一制度12、13、18和转移9的特性。
可重现、解释的结果取决于三关键步骤。首先, 使用的全球统一制度应该不受污染活动的干扰。这是最好的实现, 只有使用 heterologously 表达, 亲和纯化酶。其次, 对于大多数的实验, 重要的是, 酶水解的基质是在完成。这将确保同一个生长激素水解相同的生物量在每一个实验中给出相同的指纹。最后, 在衍生化反应中应该有过量的荧光。这样可以确保可用的减少端被标记为接近100%。这将导致结果的高重现性, 以及数据的数量。
凝胶和试剂质量是确保可重复数据的关键。质量较差的缓冲器, 特别是不正确的 pH 值, 凝胶中的气泡, 以及过量的盐的样品都能影响寡糖的分辨率和保留因子。但是, 将协议和结果部分中介绍的建议的控件包括在内将启用疑难解答。
其识别低聚糖的能力限制了速度。对于一些实验, 一个简单的指纹是所有必要的。然而, 要真正定量在空气中的葡甘聚糖的数量, 例如, 所有释放寡糖的身份是必需的, 这是一个耗时的过程。对于不太复杂的多糖, 如木聚糖的3, 这种方法更为简单。由于有少量的低聚糖标准可供商业使用, 它可能并不总是可能或可取的, 以确定所有的波段。在这种情况下, 速度可以提供非常免费的数据质谱 (即, MALDI CID9或 ESI-MS7, 和核磁共振6)。对于这些方法, 它通常是有益的做一个 large-scale 的准备, 分离的大小-排除色谱, 然后分析每个分数的两个速度之前的 MS 或核磁共振。虽然据报道, 带可以切除和识别的 MALDI-CID, 在实践中, 我们发现, 这是一个低成功率 (可能由于与丙烯酰胺凝胶的相互作用, 当暴露在紫外线光)。
速度的另一个主要限制是吞吐量。要有良好的质量, 解释凝胶与适当的控制, 每一个凝胶将只有〜10实验样品, 和研究员可以预计运行〜4步伐凝胶每天。最近, 一个版本的速度使用毛细管电泳 (CE) 已开发19, 这使得准备样品在 96-井板。它已成功地用于表征糖酶活性和多糖结构6,19, 虽然它需要访问 CE 机器, 这可能是昂贵的购买和维护。
The authors have nothing to disclose.
这一步的方法是由杜普利集团 (英国剑桥大学) 的各个成员开发和优化的, 我们赞赏他们的贡献。这项工作是作为能源部联合生物能源研究所 (http://www.jbei.org) 的一部分, 由美国能源部、科学办公室、生物学和环境研究办公室 (DE-AC02-05CH11231) 在劳伦斯之间签订合同的情况下资助的。伯克利国家实验室和美国能源部。我们还感谢西娅挑选和 Vy 非政府组织帮助准备csla9示例。
Oligosaccaharide Standards | |||
Mannose | Sigma-Aldrich | CAS 3458-28-4 | |
Mannobiose | Megazyme | CAS: 14417-51-7 | |
Mannotriose | Megazyme | CAS: 28173-52-6 | |
Mannotetraose | Megazyme | CAS: 51327-76-5 | |
Mannopentaose | Megazyme | CAS: 70281-35-5 | |
Mannhexaose | Megazyme | CAS: 70281-36-6 | |
Glucomannan (Konjac; Low Viscosity) | Megazyme | P-GLCML | |
Name | Company | Catalog Number | コメント |
Other specialty chemicals | |||
8-Aminonaphthalene-1,3,6-trisulfonic acid | (Molecular probes) Thermo | A350 | |
2-picoline borane | TCI | B3018 | |
40 % acrylamide/Bis-acrylamide (29:1 acrylamide:Bis) | Bio-rad | 1610146 | |
Name | Company | Catalog Number | コメント |
Specialty Equipment | |||
Gel casting kit | Hoefer | SE660 kit | 18×24 cm glass plates, 0.75 mm spacers |
Cooling recirculating water bath | Hoefer | RCB20-plus 115v | Needs to be able to maintain temperature at ~10 C |
G:Box Chemi XRQ Imaging System | Syngene | 05-GBOX-CHEMI-XRQ | Order with filters appropriate to fluorphore, and transilluminator should be fitted with long-wave UV light bulbs |
High Voltage Power Pack | Thermo | EC1000XL | 1000V |
Vacuum centrifuge(Speedvac) | Savant | SPD131 | |
Vertical Gel electrophoresis system | Hoefer | SE660 | |
Glycosyl hydrolases | |||
These can be obtained from companies e.g. Megazyme (https://www.megazyme.com/) or Prozomix (http://www.prozomix.com/), or can be expressed in house by requesting the plasmid from the relevant research group. | |||
Name | Company | Catalog Number | コメント |
Lab supplies | |||
15 ml Centrifuge tube ( Falcon Centrifuge Tubes, Polypropylene, Sterile, Corning) | VWR | 21008-918 | |
50 ml Centrifuge tube ( Falcon Centrifuge Tubes, Polypropylene, Sterile, Corning) | VWR | 21008-951 | |
Name | Company | Catalog Number | コメント |
Software | |||
Gel imaging software ( Genesys) | Syngene |