Summary

С помощью пузырчатая maydis как троянский конь в месте доставки кукурузу белков

Published: February 08, 2019
doi:

Summary

Эта работа описывает клонирования штамма троянский конь пузырчатая maydis на месте доставки секретируемые белки кукурузы в три различных видов кукурузы тканей.

Abstract

Вдохновленный Homer´s троянский конь миф, мы инженерии кукурузы возбудителя пузырчатая maydis доставить секретируемые белки в кукурузы апопласт, позволяющие в естественных условиях фенотипического анализа. Этот метод не полагаться на кукурузу трансформации, но подвиги микробной генетики и секреторную возможности патогенов. Здесь он позволяет осмотр в естественных условиях доставлены секретируемые белки с высоким пространственно-временных резолюции на различные виды сайтов инфекции и тканей. Троянский конь стратегия может быть использован для временно дополнять кукурузы фенотипы функция потерь, функционально характеризовать доменов протеина, анализировать-целевого белка эффекты, или для изучения передозировка играющий белка, что делает его мощным инструментом для изучений протеина в системе урожая кукурузы. Эта работа содержит точный протокол о том, как генерировать штамм троянский конь, следуют стандартизированных инфекции протоколы применить этот метод к трем типам различных кукурузы ткани.

Introduction

Возбудитель biotrophic maydis пузырчатая является возбудителем болезни головня кукурузы1. Он заражает все надземные части кукурузы, что приводит к большой опухоли, которые содержат споры melanized, черный. На глобальном уровне U. maydis оценивается вызвать ежегодные потери около 2% урожая кукурузы, в то время как опухоли ценятся как гастрономическим деликатесом в Мексике. Аппрессории, который выделяет лизировать ферменты клеточной стенки проникнуть первый слой кукурузы эпидермальных клеток инициируется завод инфекции. С сайта первичной инфекции U. maydis растет внутриклеточно и intercellularly, вторгаясь клетки один или два слоя каждый день1,2. Успешное инфекции приводит к гипертрофии завод, который превращается в видимые опухоли после пяти дней должность инфекции1,3,4. На всех стадиях инфекции грибные гифы инвагинировать мембраны цитоплазме завод без прямого контакта в цитоплазме принимающей1,2. Жесткие apoplasmic пространство между заражение гифы и завод плазматической мембраны считается хост/возбудителя интерактивный сайт, называется biotrophic зоны взаимодействия. Для того, чтобы преодолеть иммунной системы растений, U. maydis выделяет массив эффекторных белков в biotrophic взаимодействия зоны1. Некоторые эффекторов занимают растительных клеток, в то время как другие остаются в biotrophic взаимодействия зоны5,6,,78. Один apoplastic эффектора — UmPit2, который взаимодействует с apoplastic кукурузы протеазы для предотвращения выхода сигнальный пептид ZmZIP1 от ZmPROZIP,apoplastic протеазы деятельность910.

За последние десятилетия U. maydis стал не только модель для грибковых генетики растений возбудитель взаимодействия, но и ценным инструментом в области биотехнологии в силу понятных жизненного цикла, доступность генетических и гетерологичных выражение выделяется белки11,12,13. Сигналы для обоих традиционных и нетрадиционных белка секрецию были определены разрешение контроль Посттрансляционная изменения14. Недавно U. maydis работал как троянский конь инструмент для изучения малых, выделяется кукуруза белков в situ15. Троянский конь подход успешно использовался для анализа функции небольшой, выделяется белка ZmMAC1, который участвует в развитии пыльников. ZmMAC1 вызывает periclinal разделение плюрипотентных клеток и клеток судьба спецификации новообразованной клетки15. Таким же методом была выявлена биологическая функция кукурузы ущерб связанных пептидной ZmZIP1. U. maydis секреции кукурузы, ZmZIP1 привели к нарушение формирования опухоли10. Таким образом троянский конь подход представляет ценные альтернативный маршрут для белка в situ исследований с высоким пространственно-временных резолюцией, которая делает не требуют поколение стабильной кукурузы преобразование линии ни инфильтрации тканей с участием выраженное и очищенных белков. В частности троянский конь стратегия позволяет секрецию любой гетерологичных белка в кукурузы Апопласт и прямое сравнение инфицированных и неинфицированных растительных клеток внутри же ткани.

Этот протокол иллюстрирует основные шаги для создания штамма троянский конь U. maydis для изучения протеина интереса. Она далее включает в себя точную информацию о процедурах инфекции трех типов различных кукурузы ткани (взрослый листья, кистями и уши) с U. maydis, который является предпосылкой для изучения пространственно-временных инфекции прогрессии и белков функции в этих тканях-мишенях. Без дальнейших спецификаций приводятся кукурузы амплификации генов и микроскопических изображений техники, поскольку эти шаги являются целевыми и инструмент зависимой. Таким образом этот протокол предназначен для опытных пользователей стандартных молекулярные методы биологии.

Protocol

1. Строительство U. maydis троянский конь Примечание: Смотрите Рисунок 1. Усилить ген интереса от кукурузы кДНК гена специфические праймеры и корректура ДНК-полимеразы. Клон основной продукт PCR и превратить конструкцию в E. coli следуя инс…

Representative Results

Конструкции для U. maydis троянский конь экспериментов клонируются в плазмиду p123-PUmpit2-Sppit2Um-гена интереса mCherry-ха. Кукурузы гена интереса сливается с репортером флуоресценции mCherry и epitope ха-тег. Выражение синтез …

Discussion

Исследование современных культур требует протоколы для молекулярного анализа генетических и уровни белка. Генетическая доступность через преобразование не доступен или неэффективным и трудоемким для большинства видов сельскохозяйственных культур, например кукурузы. Кроме тог…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы хотели бы поблагодарить Томас Дресселгауз, Мартин Parniske, Нуреддин Djella и Армин Хильдебранд для предоставления лаборатории пространства и растительных материалов. Оригинальные работы по методу троянский конь было поддержано Леопольдина постдока стипендий и NSF проекта IOS13-39229. Работы, представленные в этой статье было поддержано SFB924 (проекты A14 и В14) от DFG.

Materials

2 mL syringe  B. Braun 4606027V
23G x 1 1/4 hypodermic needle B. Braun 4657640
Bacto Peptone  BD 211677
cDNA from maize from maize tissue expressing the gene of interrest
Charcoal Sigma-Aldrich 05105
Confocal laser scanning microscope use locally available equipment
Cuvette (10 x 4 x 45 mm) Sarstedt 67742
Incubator-shaker set to 28 °C, 200 rpm use locally available equipment
Light microscope with 400-fold magnification use locally available equipment
Nco I NEB R0193
p123-PUmpit2-SpUmpit2-Zmmac1mCherry-Ha please contact the corresponding author 
Pasteur pipet (glass, long tip) VWR 14673-043
pCR-Blunt-II-TOPO Thermo Fisher Scientific K280002 can be exchanged for other basic cloning vectors like pENTR or pJET
Potato Dextrose Agar  VWR 90000-745
Sharpie pen use locally available equipment
Spectrophotometer use locally available equipment
Ssp I NEB R0132
Sucrose Sigma-Aldrich S0389
T4 DNA ligase NEB M0202
TRIS Sigma-Aldrich TRIS-RO
Xba I NEB R0145
Yeast extract  BD 212750

References

  1. Kämper, J., et al. Insights from the genome of the biotrophic fungal plant pathogen Ustilago maydis. Nature. 444, 97-101 (2006).
  2. Doehlemann, G., et al. Establishment of compatibility in the Ustilago maydis/maize pathosystem. Journal of Plant Physiology. 165, 29-40 (2008).
  3. Matei, A., et al. How to make a tumour: cell type specific dissection of Ustilago maydis-induced tumour development in maize leaves. New Phytologist. , (2018).
  4. Doehlemann, G., et al. Reprogramming a maize plant: transcriptional and metabolic changes induced by the fungal biotroph Ustilago maydis. The Plant Journal. 56, 181-195 (2008).
  5. Doehlemann, G., et al. Pep1, a secreted effector protein of Ustilago maydis., is required for successful invasion of plant cells. PLOS Pathogens. 5, e1000290 (2009).
  6. Redkar, A., et al. A secreted effector protein of Ustilago maydis guides maize leaf cells to form tumors. The Plant Cell. 27, 1332-1351 (2015).
  7. Djamei, A., et al. Metabolic priming by a secreted fungal effector. Nature. 478, 395-398 (2011).
  8. Tanaka, S., et al. A secreted Ustilago maydis effector promotes virulence by targeting anthocyanin biosynthesis in maize. eLife. 3, e01355 (2014).
  9. Mueller, A. N., Ziemann, S., Treitschke, S., Assmann, D., Doehlemann, G. Compatibility in the Ustilago maydis-maize interaction requires inhibition of host cysteine proteases by the fungal effector Pit2. PLOS Pathogens. 9, e1003177 (2013).
  10. Ziemann, S., et al. An apoplastic peptide activates salicylic acid signalling in maize. Nature Plants. 4, 172-180 (2018).
  11. Juárez-Montiel, M., et al. The corn smut (‘Huitlacoche’) as a new platform for oral vaccines. PLoS One. 10, e0133535 (2015).
  12. Sarkari, P., Feldbrügge, M., Schipper, K., Schmoll, M., Dattenböck, C. . Gene Expression Systems in Fungi: Advancements and Applications. , 183-200 (2016).
  13. Monreal-Escalante, E., et al. The corn smut-made cholera oral vaccine is thermostable and induces long-lasting immunity in mouse. Journal of Biotechnology. 234, 1-6 (2016).
  14. Stock, J., et al. Applying unconventional secretion of the endochitinase Cts1 to export heterologous proteins in Ustilago maydis. Journal of Biotechnology. 161, 80-91 (2012).
  15. van der Linde, K., et al. Pathogen Trojan horse delivers bioactive host protein to alter maize (Zea mays) anther cell behavior in situ. The Plant Cell. 30, 528-542 (2018).
  16. Bösch, K., et al. Genetic manipulation of the plant pathogen Ustilago maydis to study fungal biology and plant microbe interactions. Journal of Visualized Experiments. , e54522 (2016).
  17. Chavan, S., Smith, S. M. A rapid and efficient method for assessing pathogenicity of Ustilago maydis on maize and teosinte lines. Journal of Visualized Experiments. 50712, (2014).
  18. Kelliher, T., Walbot, V. Emergence and patterning of the five cell types of the Zea mays anther locule. Developmental Biology. 350, 32-49 (2011).
  19. Egger, R. L., Walbot, V. Quantifying Zea mays. tassel development and correlation with anther developmental stages as a guide for experimental studies. Maydica. 60, M34 (2015).
  20. Holliday, R., King, R. C. . Bacteria, Bacteriophages, and Fungi: Volume 1. , 575-595 (1974).
  21. Doehlemann, G., Reissmann, S., Aßmann, D., Fleckenstein, M., Kahmann, R. Two linked genes encoding a secreted effector and a membrane protein are essential for Ustilago maydis-induced tumour formation. Molecular Microbiology. 81, 751-766 (2011).
  22. Banuett, F., Herskowitz, I. Different a alleles of Ustilago maydis are necessary for maintenance of filamentous growth but not for meiosis. Proceedings of the National Academy of Sciences. 86, 5878-5882 (1989).
  23. Bortfeld, M., Auffarth, K., Kahmann, R., Basse, C. W. The Ustilago maydis a2 mating-type locus genes lga2 and rga2 compromise pathogenicity in the absence of the mitochondrial p32 family protein Mrb1. The Plant Cell. 16, 2233-2248 (2004).

Play Video

Cite This Article
Fiedler, I., Weiberg, A., van der Linde, K. Using Ustilago maydis as a Trojan Horse for In Situ Delivery of Maize Proteins. J. Vis. Exp. (144), e58746, doi:10.3791/58746 (2019).

View Video