L’obiettivo di questo studio era di determinare gli effetti della sterilizzazione del gas di cloro e candeggina su germinazione del seme di una gamma di Arabidopsis genotipi coltivati in terreno sterile. Sono stati sviluppati protocolli di sterilizzazione ottimizzato per impedire la crescita di contaminanti microbici fornendo al contempo sopravvivenza seme soddisfacente.
Arabidopsis thaliana Piantine (Arabidopsis) spesso bisogno di essere coltivato su terreno sterile. Ciò richiede sterilizzazione seme preventiva per prevenire la crescita di contaminanti microbici presenti sulla superficie del seme. Attualmente, i semi di Arabidopsis sono sterilizzati usando due tecniche di sterilizzazione distinti in condizioni che differiscono leggermente tra i laboratori e non sono state standardizzate, spesso con conseguente sterilizzazione solo parzialmente efficace o nella mortalità eccessiva seme. La maggior parte di questi metodi non sono anche facilmente scalabile per un gran numero di linee di semi diversi genotipi. Come tecnologie per analisi di alto-rendimento di Arabidopsis continuano a proliferare, tecniche standardizzate per la sterilizzazione dei numerosi semi di differenti genotipi sono sempre essenziali per lo svolgimento di questi tipi di esperimenti. È stata valutata la risposta di un certo numero di linee di Arabidopsis a due tecniche di sterilizzazione diversi basato sul tasso di germinazione del seme e il livello di contaminazione del seme con microbi ed altri agenti patogeni. I trattamenti incluso diverse concentrazioni di agenti e tempi di esposizione, combinati per determinare le condizioni ottimali per la sterilizzazione del seme di Arabidopsis di sterilizzazione. Sono stati sviluppati protocolli ottimizzati per due metodi di sterilizzazione diversi: candeggina (fase liquida) e cloro (Cl2) gas (fase gassosa), entrambi con conseguente tassi di germinazione di semi di alta e minima contaminazione microbica. L’utilità di questi protocolli è stato illustrato attraverso la sperimentazione di wild type e mutanti semi con una gamma di potenziali di germinazione. I nostri risultati indicano che semi possono essere efficacemente sterilizzati utilizzando qualsiasi metodo senza mortalità eccessiva seme, anche se sono stati osservati effetti nocivi di sterilizzazione per semi con minore potenziale di germinazione ottimale. Inoltre, un’equazione è stata sviluppata per consentire ai ricercatori di applicare le condizioni di sterilizzazione del gas cloro standardizzato per contenitori ermetici di diverse dimensioni. I protocolli descritti qui consentono sterilizzazione seme facile, efficiente e poco costoso per un gran numero di linee di Arabidopsis.
Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) è un organismo modello privilegiata per la ricerca di base e applicata in pianta biologia1,2,3. Mentre le condizioni standard per crescita di Arabidopsis sono stati affermati4, l’effetto di sterilizzazione di seme sulla vitalità del seme non è stato rigorosamente testato. Terreni solidi in lastre o scatole sono usato ordinariamente per facilitare la crescita delle piantine di Arabidopsis per molte applicazioni sperimentali, come l’identificazione di mutanti omozigoti letale in una popolazione segregating, osservazione dei fenotipi sparare e radice a presto fasi, isolamento del patogeno-libero tessuto, raccolta di grandi quantità di tessuto semenzale, selezione di piante resistenti alla droga o trasformanti e valutazione di germinazione1,2,3,4 . Semi raccolti da piante coltivate in una serra o camera di crescita occasionalmente sono contaminati da microrganismi e polvere. Crescita delle piantine di Arabidopsis su diversi tipi di terreno sterile richiede sterilizzazione preventiva seme per rimuovere i contaminanti microbici quali funghi e batteri presenti sulla superficie del seme. L’uso di un regime di sterilizzazione efficace seme è fondamentale per un equilibrio di alta germinazione, contaminazione minima e la pianta vigorosa crescita.
I due metodi più comuni utilizzati per la sterilizzazione del seme di Arabidopsis sono basati su candeggina commerciale (fase liquida) e gas di cloro (fase gassosa). Varie procedure sono state impiegate per entrambi fase liquida sterilizzazione1,4,5,6,7,8,9 , sterilizzazione del vapore-fase e 10 di Arabidopsis semi8,10,11,12,13,14,15 ,16. Tuttavia, mentre queste procedure sono state efficaci nell’effettuazione sterilizzazione seme dei genotipi utilizzati, un’analisi dettagliata degli effetti di trattamenti diversi sterilizzazione sui semi di differenti genotipi non è stata segnalata. Pertanto, l’ottimizzazione di queste procedure di sterilizzazione è necessaria per definire le condizioni in cui efficiente sterilizzazione è combinato con alta germinabilità.
Centro di risorse biologiche (ABRC) di The Arabidopsis è posizionata per) sperimentare la vitalità di sementi di una varietà di differenti genotipi nel vantaggio raccolta e b) di adottare le procedure di controllo della qualità applicate internamente e in risposta al feedback degli utenti sulla germinazione del seme. Gli obiettivi degli esperimenti presentati qui erano di determinare gli effetti dei vari metodi di sterilizzazione sulla germinazione dei semi di una gamma di Arabidopsis genotipi. Procedure di sterilizzazione ottimizzato che provocare tassi di germinazione di semi di alta mantenendo la contaminazione da agenti patogeni minimal sono presentate per la sterilizzazione a gas sia candeggina e cloro.
Quando crescere semi di Arabidopsis su terreno sterile, qualche forma di sterilizzazione deve essere applicato. Trattamenti di sterilizzazione di gas sia candeggina e cloro causare inibizione simile di crescita tasso e muffa di germinazione. Nessuno dei due metodi di sterilizzazione causa una riduzione significativa nel tasso di germinazione di semi con alta germinazione potenziale; Tuttavia, candeggina sterilizzazione è consigliata per linee con più basso potenziale di germinazione (20-70%), dovuto la piccola, seppur non significativo, miglioramento nel tasso di germinazione rispetto alla sterilizzazione del gas (Figura 3A).
Semi di Arabidopsis con concentrazioni di candeggina da 40-100% per fino a 10 min di sterilizzazione fornisce percentuali di germinazione soddisfacente e muffa efficace soppressione. Anche se le concentrazioni di candeggina meno del 40% fornire adeguata sterilizzazione per la maggior parte delle partite di sementi, utilizzando una concentrazione di 40% o superiore garantisce una sterilizzazione efficace anche pesantemente contaminati di lotti di sementi. È importante non superare i 10 min di sterilizzazione quando usando candeggina concentrazioni pari o superiori a 80% per evitare difetti di sviluppo del semenzale e semi di alta mortalità.
Il trattamento semi di Arabidopsis con le concentrazioni di gas di cloro del 6,1% e 16,5% per risultati 1H in tassi di germinazione alta e muffa adeguata eliminazione. Concentrazione di gas di cloro basso (2,1%) può essere utilizzato con successo da aumento della durata della sterilizzazione a 3 h.
Quando poche righe devono essere sterilizzati, si consiglia sterilizzazione liquida in una soluzione di candeggina al 50% per 10 min. Per un numero maggiore di righe, sterilizzazione a gas con una concentrazione di gas del 6,1% per 1 h è un’opzione migliore poiché molte linee possono essere sterilizzati in modo facile e veloce con meno manipolazione.
I nostri risultati forniscono condizioni standardizzate per la sterilizzazione sia grande numero di semi di diversi genotipi e i semi con basso potenziale di germinazione. L’unica limitazione di queste tecniche di sterilizzazione è che non possono essere applicati ai semi con tassi di germinazione meno del 20% a causa di mortalità di vasto seme. Metodi alternativi, come sonicazione17, per aumentare il tasso di germinazione in assenza di sterilizzazione potrebbero essere utile in quei casi.
The authors have nothing to disclose.
Vorremmo ringraziare Gauri Datta per la sua assistenza nella preparazione di materiali sperimentali. Siamo inoltre grati a Bettina Wittler e James Mann per la revisione critica del manoscritto. Questo lavoro è stato supportato da NSF sovvenzioni DBI-1049341 e MCB-1143813.
0.65 mL Microcentrifuge tubes | GeneMate | C-3260-5 | Tube in which Arabidopsis thaliana seeds are placed to perform sterilization |
1.7 mL Microcentrifuge tube | GeneMate | C-3262-1 | Tube in which Arabidopsis thaliana seeds are placed to perform sterilization |
7 L plastic container | Sistema | 1016265438 | Container in which gas sterilization is performed |
Concentrated HCl | Sigma-Aldrich | 320331 | Chemical used in the process of creating chlorine gas |
Disposable sterile inoculating loop | Fisher Scientific | 22-363-603 | Loop is used to spread or position Arabidopsis seeds on MS plates |
Gamborg’s vitamin solution | Sigma-Aldrich | G1019 | Vitamin solution used in the process of making MS media |
Household bleach | Clorox | Regular-Bleach2 | Chemical used in the process of creating chlorine gas and liquid sterliziation |
MES hydrate | Sigma-Aldrich | M2933 | Chemical used in the process of making MS media |
Micropore surgical tape | 3M | 1530-1 | Microporous surgical paper tape used to seal MS plates |
Murashige and Skoog basal salt mixture (MS) | Sigma-Aldrich | M5524 | Chemical used in the process of making MS media |
Parafilm M | Bemis Company | #PM996 | Parraffin film used to seal sterilization container |
Petri dish 100 X 15 mm | Fisher Scientific | FB0875713 | Petri dishes in which MS media is poured for the purpose of growing Arabidopsis thaliana |
pH indicator strips | Whatman | 2613991 | Used to check pH of neutralizied chlorine and sodium bicarbonate solution |
Phytoagar | Fisher Scientific | 50-255-212 | Used to aid in the suspension of Arabidopsis seeds in the process of plating seeds |
Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | S5761 | Chemical used in the process of neutralizing chlorine gas reaction |
Sucrose | Sigma-Aldrich | S0389 | Chemical used in the process of making MS media |
Tween 20 | Fisher BioReagents | BP337-100 | Chemical used in the process of liquid sterilization |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | CS70000 (Col-0) | Arabidopsis wild-type seeds |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_037606C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_041402C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_059101C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_063470C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_072048C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_072240C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_081989C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_084124C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_085049C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_089717C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_107354C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_110111C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_111322C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_113109C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_114702C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_114872C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_115657C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_116803C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_039445C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_039782C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_043037C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2 |
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Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_111424C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_111584C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_112097C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_113339C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_115837C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 2 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_019535C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_026478C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_046565C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_049258C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_049339C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3 |
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Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_110573C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_112793C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_113658C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 3 |
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Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_013186C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_018261C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_062509C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4 |
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Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_096651C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 4 |
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Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_071275C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5 |
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Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_140643C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_142288C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_143304C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_147597C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_209076C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Group 5 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_081081C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Groups 5 and 1 |
Arabidopsis thaliana seeds | ABRC; order through TAIR www.arabidopsis.org | SALK_107487C | Arabidopsis seeds used in testing as a part of Groups 5 and 2 |