Protokol , Arabidopsis birincil çiçeklenme sapları ve Brassica napus hipokotilleri kullanılarak tüylü kök indüksiyonunu açıklar. Tüylü kökler kültürlenebilir ve transgenik bitkileri yenilemek için eksplant olarak kullanılabilir.
Tüylü kök dönüşümü, çeşitli türlerde bitki biyoteknolojisi için çok yönlü bir araçtır. Kök indükleyici (Ri) plazmid taşıyan bir Agrobacterium suşu tarafından enfeksiyon, T-DNA’nın Ri plazmidinden bitki genomuna aktarılmasından sonra yaralama bölgesinde tüylü köklerin oluşumunu indükler. Protokol, Brassica napus DH12075 ve Arabidopsis thaliana Col-0’da enjeksiyon bazlı tüylü kök indüksiyonunun prosedürünü ayrıntılı olarak açıklamaktadır. Tüylü kökler, ilgilenilen bir transgeni analiz etmek için kullanılabilir veya transgenik bitkilerin üretimi için işlenebilir. Sitokinin 6-benzilaminopurin (5 mg/L) ve oksin 1-naftalinasetik asit (8 mg/L) içeren rejenerasyon ortamı, her iki türde de başarılı bir şekilde sürgün oluşumunu ortaya çıkarır. Protokol, ilgilenilen bir transgen taşıyan ve Ri plazmidinden T-DNA içermeyen bitkiler elde etmek için rejenerantların ve T1 bitkilerinin genotiplenmesini ve seçimini kapsar. Kompozit bir tesisin oluşumuna yol açan alternatif bir süreç de tasvir edilmiştir. Bu durumda, tüylü kökler sürgünde tutulur (doğal kökler yerine), bu da tüylü kök kültürlerinde bir transgenin tüm bitki bağlamında incelenmesini sağlar.
Bitki dönüşümü, bitki biyolojisindeki herhangi bir genetik çalışmanın darboğazıdır. Toprak kaynaklı bir bakteri olan Agrobacterium tumefaciens, transformantlar üretmek için çiçek daldırma veya doku kültürü yoluyla gen iletimi için bir araç olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. A. tumefaciens, bir yaralama bölgesindeki bitkileri enfekte eder ve T-DNA’nın bir Tümör indükleyici (Ti) plazmidden konakçı bitki genomuna aktarılması ve entegrasyonu nedeniyle tümörlere neden olur. Yabani tip T-DNA içermeyen modifiye Ti plazmidli tasarlanmış A. tumefaciens suşları ve ilgilenilen bir geni eklemek için yapay T-DNA ve klonlama bölgelerine sahip bir ikili vektör, verimli bir bitki dönüşüm sistemi olarak yaygın olarak kullanılır1. Bununla birlikte, birçok model tür ve mahsul, çiçek daldırmasına veya in vitro bitki rejenerasyonuna karşı inatçıdır veya bu dönüşüm sisteminin verimliliğini etkileyen uzun büyüme döngülerine sahiptir.
Agrobacterium rhizogenes, bir konakçı bitkiyi enfekte ettikten sonra yaralama bölgesinde maceracı köklerin veya tüylü köklerin oluşumunu indükler. A. tumefaciens’e benzer şekilde, A. rhizogenes, bir T-DNA’sını Kök indükleyici (Ri) bir plazmitten konakçı bitki genomuna aktararak transgenik tüylü köklerin gelişmesine neden olur. Bu süreç esas olarak kök onkojenik lokus (rol) genleri 2,3 tarafından kontrol edilir. Hem Ri plazmidini hem de ilgilenilen bir geni kodlayan yapay bir ikili vektörü taşıyan agrobakteriyel suşlar kullanılarak, rekombinant proteinler üretmek, promotörlerin veya genlerin işlevini analiz etmek veya Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrarlar (CRISPR’ler)/CRISPR ile ilişkili protein 9 (Cas9)4,5,6.
Protokolümüz, Ri plazmidi pRiA4b7’yi taşıyan transkonjugan Ti-less A. tumefaciens C58C1 suşunu kullanır. Ri plazmidinin T-DNA’sı, bitki genomuna bağımsız olarak entegre olabilen sağ ve sol T-DNA (SIRASIYLA TR-DNA ve TL-DNA) olmak üzere iki bölgeden oluşur8. Bu sistemden yararlanılarak, Brassica napus DH12075 çeşidindeki uzun eksplant dönüşüm süreci optimize edildi9. Aşağıda ayrıntıları verilen protokol, seçilen tüylü kök hatlarının yenilenmesine ve ilgilenilen transgeni taşıyan ve rol genlerinden arınmış T1 bitkilerinin yaklaşık 1 yıl içinde elde edilmesine izin verir. Enjeksiyon bazlı tüylü kök dönüşümü, Arabidopsis thaliana Col-0’ın dönüştürülmesiyle gösterildiği gibi diğer Brassicaceae türlerinde kullanılabilir. Hipokotil, B. napus’u dönüştürmek için kullanılırken, A. thaliana birincil çiçeklenme gövdesine enjekte edilir.
B. napus ve A. thaliana’da tüylü kök transformasyonu ve ardından rejenerasyon için basit bir protokol geliştirdik. Bu işlem, hipokotil (B. napus) veya birincil çiçeklenme sapında (A. thaliana) enjeksiyon bazlı tüylü kök indüksiyonunu içerir. Bu çalışmada sunulan Brassicaceae üyelerinin yanı sıra, hipokotilin bir Ri plazmidi taşıyan agrobakteriyel suşu C58C1 ile enjekte edilmesi yöntemi, Fabaceae familyasında10,11 de etkili olmuştur.
Enjeksiyon bazlı yönteme bir alternatif, eksplantın bir bakteri süspansiyonuna daldırılmasından ve ardından eksplantın agrobakterilerle birlikte yetiştirilmesinden oluşan daldırma bazlı dönüşümdür. Enjeksiyon bazlı yöntemin daldırma yöntemine göre avantajı, bazı protokol adımlarının yokluğundan tasarruf edilen zamandır: eksplant hazırlama, birlikte yetiştirme süresinin bir testi ve tüylü köklerin indüksiyonu için hormon içeren bir ortam üzerinde kültür. Her iki yaklaşım da tüylü kök indüksiyonu için etkili olmakla birlikte, enjeksiyon bazlı yöntemle bazı türlerde eksplant daldırmaya göre daha yüksek transformasyon etkinliği gözlenmiştir12,13. Ayrıca, enjeksiyona dayalı dönüşüm, kompozit bitkiler (transgenik tüylü kökler ve yabani tip sürgünler) üretmek için de yararlıdır. Dönüştürülen bitkinin orijinal kökleri kesildikten sonra, tüylü kökler bitki büyümesini destekler ve transgen tüm bitki bağlamında incelenebilir.
Tüylü kök indüksiyonunun kritik adımı, inokulumun hipokotil veya birincil çiçeklenme sapına enjekte edilmesidir. B. napus’un hipokotilleri kırılabilir ve tüm hipokotilin kesilmesi kolayca gerçekleşebilir. Aynısı, çiçeklenme sapı inceliği nedeniyle A. thaliana ile de gözlemlenebilir. Farklı türlerin/çeşitlerin dönüşüm verimliliğinin karşılaştırılması gerekiyorsa, bitkileri enjekte etmede manipülasyon ve becerinin neden olduğu hatayı önlemek için tüm deneyleri bir kişinin yapmasını öneririz.
B. napus DH12075 ve A. thaliana Col-0’da tüylü kök rejenerasyonu için etkili bir protokol geliştirdik. Rejenerasyon oldukça değişken bir süreç olduğundan, tercih edilen bir türe veya çeşide bazı protokol değişiklikleri uygulanabilir. Örneğin, tüylü kök kaynaklı sürgünler, B. oleracea14’te farklı bir oksin/sitokinin oranı (1:1) ile ortaya çıkarılabilir. Alternatif olarak, B. campestris tüylü köklerdeolduğu gibi BAP yerine sitokinin tidiazuron kullanılabilir 15.
Ri plazmid T-DNA’nın bitki genomuna çoklu eklenmesi, tüylü kök transformasyonu ve rejenerasyon sisteminin potansiyel bir sınırlamasını temsil eder. Bu gibi durumlarda, T1 fidelerinin segregasyon analizinden sonra Ri plazmidinden TL/TR içermeyen hiçbir bitki ortaya çıkarılmaz. Bu nedenle, her transgen için birkaç bağımsız tüylü kök hattı oluşturmanızı öneririz.
Tüylü kök kültürleri, hızlı kurulumları ve ucuz bakımları nedeniyle (yetiştirme ortamında hormon gerekmez) gen fonksiyonel çalışmaları için son derece güçlü bir araçtır. Bu protokol, B. napus ve A. thaliana’da tüylü kök indüksiyonu ve rejenerasyonu için yöntemleri kapsar ve bu, ilgilenilen transgeni doğrudan tüylü kök kültürlerinde, kompozit bitkiler kullanılarak tüm bitki bağlamında veya transgenik bitkilerin rejenerasyonundan sonra incelemek için kullanılabilir.
The authors have nothing to disclose.
Jiří Macas’a (Biyoloji Merkezi CAS, České Budějovice, Çek Cumhuriyeti) agrobakteriyel suşu sağladığı için teşekkür ederiz. CEITEC MU’nun Çekirdek Tesis Bitki Bilimleri, teknik desteği için kabul edilmektedir. Bu çalışma, Çek Cumhuriyeti Eğitim, Gençlik ve Spor Bakanlığı tarafından Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu-Projesi “SINGING PLANT” ile desteklenmiştir. CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_026/0008446) ve INTER-COST projesi LTC20004.
1.50 mL tubes | Eppendorf | 125.215 | |
10% solution of commercial bleach | SAVO | ||
1-naphthaleneacetic acid (NAA) | Duchefa | N0903 | Callus regeneration medium |
2.0 mL tubes | Eppendorf | 108.132/108.078 | |
3M micropore tape | Micropore | ||
6-Benzylaminopurine (BAP) | Duchefa | B0904 | Callus regeneration medium, Shoot elongation medium |
70% ethanol | |||
bacteriological agar | HiMedia | RM201 | LB medium |
Bacteriological peptone | Oxoid | LP0037 | LB and YEB media |
Beef extract | Roth | X975.1 | YEB medium |
Bottles | DURAN | L300025 | |
Cefotaxime sodium | Duchefa | C0111 | Hairy root growing medium, Callus regeneration medium, Shoot elongation medium, Root induction medium |
chloroform | Serva | 3955301 | |
CTAB Hexadecyltrimethylammonium bromide | Sigma | 52365 | |
dNTP mix | Thermo Fisher Scientific | R0193 | |
EDTA – Titriplex III, (Ethylenendinitrilo)tetraacetic Acid, Disodium Salt, Dihydrate | Sigma | ES134-250G | |
elctroporation cuvette | |||
electrophesis agar, peqGOLD universal | VWR | 732-2789 | |
electrophoresis chamber | BIO-RAD | ||
electrophoresis gel reader | BIO-RAD | ||
electroporator GenePulser Xcell | BIO-RAD | ||
ethidium bromide | AppliChem | ||
Gene Pulser/MicroPulser electroporation cuvettes, 0.2 cm gap | BIO-RAD | 1652082 | |
Gene Ruler DNA ladder mix | Thermo Fisher Scientific | SM0331 | |
Gibberellic acid (GA3) | Duchefa | G0907 | Shoot elongation medium |
glycerol | Sigma | G5516-1L | |
HEPES (2-(4-(2-hydroxyethyl)-1-pirerazinyl)-ethansulfonique | Merck | 1101100250 | |
indole-3-butyric acid (IBA) | Duchefa | I0902 | Root induction medium |
kanamycin monosulfate | Duchefa | K0126 | |
Magenta GA-7 Plant Culture Box w/ Lid | Plant Media | V8505-100 | |
Measuring cylinder | |||
MES monohydrate | Duchefa | M1503 | Hairy root growing medium, Callus regeneration medium, Shoot elongation medium, Root induction medium, Medium for germination, Plant growing medium |
Murashige and Skoog medium (MS) | Duchefa | M0237 | Medium for germination, Plant growing medium |
Murashige and Skoog medium (MS) + B5 vitamins | Duchefa | M0231 | Hairy root growing medium, Callus regeneration medium, Shoot elongation medium, Root induction medium |
needle Agani 26G x 1/2 – 0.45 x 13mm | Terumo | ||
pH meter | |||
Phytagel | Sigma | P8169 | Callus regeneration medium, Root induction medium, Medium for germination |
PVP 40 (polyvinylpyrolidone Mr 40000) | Sigma | 9003-39-8 | |
Redtaq DNA Polymerase,Taq for routine PCR with inert dye, 10X buffer included | Sigma | D4309-250UN | |
Retsh mill | Qiagen | ||
sodium chloride | Lachner | 30093-APO | LB medium |
square Petri Dishes | Corning | GOSSBP124-05 | |
sucrose | Penta | 24970-31000 | Hairy root growing medium, Callus regeneration medium, Shoot elongation medium, Root induction medium, Medium for germination, Plant growing medium |
Syringe filter | Carl Roth | P666.1 | Rotylabo syringe filters 0.22 µm pore size |
thermomixer | Eppendorf | ||
Ticarcillin disodium | Duchefa | T0180 | Hairy root growing medium |
Tris(hydroxymethyl)aminomethan | Serva | 3719003 | |
ultrapure water | Millipore Milli-Q purified water | ||
Yeast extract | Duchefa | Y1333 | LB medium |