Hệ thống protoplast rau xanh ở lúa có hiệu quả cao cho biểu hiện gen tạm thời và nghiên cứu các quá trình liên quan đến ánh sáng/chloroplast
Tóm tắt
Protoplast thực vật, một hệ thống tế bào đã được chứng minh có tính sinh lý và linh hoạt, thường được sử dụng trong phân tích quy mô lớn và đặc trưng chức năng của các gen. Protoplast xanh đã được sử dụng thành công trong các nghiên cứu về con đường truyền tín hiệu thực vật liên quan đến hormone, chuyển hóa và thách thức môi trường. Ở cây lúa, protoplast thường được chuẩn bị từ các tế bào nuôi cấy dịch treo hoặc cây mầm bị ngạt, nhưng chỉ có một vài nghiên cứu khám phá việc sử dụng protoplast từ mô xanh của cây lúa.
Chúng tôi báo cáo một phương pháp đơn giản để tách protoplast từ mô xanh của cây lúa non được canh tác bình thường mà không cần hóa chất không cần thiết và thiết bị chân không. Việc chuyển gen cho protoplast được tạo ra với các plasmid có kích thước khác nhau (4.5-13 kb) và đồng chuyển gen với nhiều plasmid đạt được hiệu suất rất cao và cho phép đánh giá bằng 1) phân tích protein bằng kỹ thuật miễn dịch, 2) thử nghiệm định vị tế bào, và 3) phân tích tương tác protein-protein thông qua sự complementation huỳnh quang phân tử đôi (BiFC) và sự complementation luciferase đom đóm (FLC). Quan trọng là, protoplast từ mô xanh của lúa có hoạt tính quang hợp và nhạy cảm với chất kích thích tín hiệu plastid ngược dòng norflurazon (NF). Việc biểu hiện tạm thời yếu tố phiên mã liên quan đến ánh sáng đánh dấu GFP OsGLK1 đã tăng cường đáng kể mức độ bản sao của các gen quang hợp nội sinh
Từ khóa
#protoplast #lúa #biểu hiện gen tạm thời #nghiên cứu chloroplast #ánh sángTài liệu tham khảo
De Sutter V, Vanderhaeghen R, Tilleman S, Lammertyn F, Vanhoutte I, Karimi M, Inzé D, Goossens A, Hilson P: Exploration of jasmonate signalling via automated and standardized transient expression assays in tobacco cells. Plant J. 2005, 44 (6): 1065-1076. 10.1111/j.1365-313X.2005.02586.x.
Marion J, Bach L, Bellec Y, Meyer C, Gissot L, Faure JD: Systematic analysis of protein subcellular localization and interaction using high-throughput transient transformation of Arabidopsis seedlings. Plant J. 2008, 56 (1): 169-179. 10.1111/j.1365-313X.2008.03596.x.
Sheen J: Signal transduction in maize and Arabidopsis mesophyll protoplasts. Plant Physiol. 2001, 127 (4): 1466-1475. 10.1104/pp.010820.
Fischer R, Hain R: Tobacco protoplast transformation and use for functional analysis of newly isolated genes and gene constructs. Methods Cell Biol. 1995, 50: 401-410.
Zang A, Xu X, Neill S, Cai W: Overexpression of OsRAN2 in rice and Arabidopsis renders transgenic plants hypersensitive to salinity and osmotic stress. J Exp Bot. 2010, 61 (3): 777-789. 10.1093/jxb/erp341.
Lam SK, Siu CL, Hillmer S, Jang S, An G, Robinson DG, Jiang L: Rice SCAMP1 defines clathrin-coated, trans-golgi-located tubular-vesicular structures as an early endosome in tobacco BY-2 cells. Plant Cell. 2007, 19 (1): 296-319. 10.1105/tpc.106.045708.
Kitajima A, Asatsuma S, Okada H, Hamada Y, Kaneko K, Nanjo Y, Kawagoe Y, Toyooka K, Matsuoka K, Takeuchi M: The Rice α-Amylase Glycoprotein Is Targeted from the Golgi Apparatus through the Secretory Pathway to the Plastids. Plant Cell. 2009, 21 (9): 2844-2858. 10.1105/tpc.109.068288.
Yoo SD, Cho YH, Sheen J: Arabidopsis mesophyll protoplasts: a versatile cell system for transient gene expression analysis. Nat Protoc. 2007, 2 (7): 1565-1572. 10.1038/nprot.2007.199.
Ueki S, Lacroix B, Krichevsky A, Lazarowitz SG, Citovsky V: Functional transient genetic transformation of Arabidopsis leaves by biolistic bombardment. Nat Protoc. 2009, 4 (1): 71-77.
Manavella PA, Chan RL: Transient transformation of sunflower leaf discs via an Agrobacterium-mediated method: applications for gene expression and silencing studies. Nat Protoc. 2009, 4 (11): 1699-1707. 10.1038/nprot.2009.178.
Cantrell RP, Reeves TG: The rice genome. The cereal of the world's poor takes center stage. Science. 2002, 296 (5565): 53. 10.1126/science.1070721.
Bruce WB, Christensen AH, Klein T, Fromm M, Quail PH: Photoregulation of a phytochrome gene promoter from oat transferred into rice by particle bombardment. Proc Natl Acad Sci USA. 1989, 86 (24): 9692-9696. 10.1073/pnas.86.24.9692.
Chavez-Barcenas AT, Valdez-Alarcon JJ, Martinez-Trujillo M, Chen L, Xoconostle-Cazares B, Lucas WJ, Herrera-Estrella L: Tissue-specific and developmental pattern of expression of the rice sps1 gene. Plant Physiol. 2000, 124 (2): 641-654. 10.1104/pp.124.2.641.
Dekeyser RA, Claes B, Rycke RMUD, Habets ME, Montagu MCV, Caplan AB: Transient Gene Expression in Intact and Organized Rice Tissues. The Plant Cell. 1990, 2 (7): 591-602.
Dong J, Kharb P, Teng W, Hall TC: Characterization of rice transformed via an Agrobacterium-mediated inflorescence approach. Mol Breed. 2001, 7 (3): 187-194. 10.1023/A:1011357709073.
Li JF, Park E, von Arnim AG, Nebenfuhr A: The FAST technique: a simplified Agrobacterium-based transformation method for transient gene expression analysis in seedlings of Arabidopsis and other plant species. Plant Methods. 2009, 5: 6. 10.1186/1746-4811-5-6.
Liu CN, Li XQ, Gelvin SB: Multiple copies of virG enhance the transient transformation of celery, carrot and rice tissues by Agrobacterium tumefaciens. Plant Mol Biol. 1992, 20 (6): 1071-1087. 10.1007/BF00028894.
Shimamoto K, Terada R, Izawa T, Fujimoto H: Fertile transgenic rice plants regenerated from transformed protoplasts. Nature. 1989, 338 (6212): 274-276. 10.1038/338274a0.
Hayashimoto A, Li Z, Murai N: A polyethylene glycol-mediated protoplast transformation system for production of fertile transgenic rice plants. Plant Physiol. 1990, 93 (3): 857-863. 10.1104/pp.93.3.857.
Morris P, Thain JF: Comparative Studies of Leaf Tissue and Isolated Mesophyll Protoplasts. J Exp Bot. 1980, 31 (1): 97-104. 10.1093/jxb/31.1.97.
Augustynowicz J, Lekka M, Burda K, Gabryś H: Correlation between chloroplast motility and elastic properties of tobacco mesophyll protoplasts. Acta Physiol Plant. 2001, 23 (3): 291-302. 10.1007/s11738-001-0036-7.
Augustynowicz J, Krzeszowiec W, Gabrys H: Acquisition of plastid movement responsiveness to light during mesophyll cell differentiation. Int J Dev Biol. 2009, 53 (1): 121-127. 10.1387/ijdb.062140ja.
Yanagisawa S, Sheen J: Involvement of maize Dof zinc finger proteins in tissue-specific and light-regulated gene expression. Plant Cell. 1998, 10 (1): 75-89.
Chen S, Tao L, Zeng L, Vega-Sanchez ME, Umemura K, Wang GL: A highly efficient transient protoplast system for analyzing defence gene expression and protein-protein interactions in rice. Mol Plant Pathol. 2006, 7 (5): 417-427. 10.1111/j.1364-3703.2006.00346.x.
Bart R, Chern M, Park C-J, Bartley L, Ronald P: A novel system for gene silencing using siRNAs in rice leaf and stem-derived protoplasts. Plant Methods. 2006, 2 (1): 13. 10.1186/1746-4811-2-13.
Park CJ, Bart R, Chern M, Canlas PE, Bai W, Ronald PC: Overexpression of the endoplasmic reticulum chaperone BiP3 regulates XA21-mediated innate immunity in rice. PLoS One. 2010, 5 (2): e9262. 10.1371/journal.pone.0009262.
Kubo N, Fujimoto M, Arimura S, Hirai M, Tsutsumi N: Transfer of rice mitochondrial ribosomal protein L6 gene to the nucleus: acquisition of the 5'-untranslated region via a transposable element. BMC Evol Biol. 2008, 8: 314. 10.1186/1471-2148-8-314.
Chi YH, Moon JC, Park JH, Kim HS, Zulfugarov IS, Fanata WI, Jang HH, Lee JR, Lee YM, Kim ST: Abnormal chloroplast development and growth inhibition in rice thioredoxin m knock-down plants. Plant Physiol. 2008, 148 (2): 808-817. 10.1104/pp.108.123547.
Baier M, Dietz K-J: The plant 2-Cys peroxiredoxin BAS1 is a nuclear-encoded chloroplast protein: its expressional regulation, phylogenetic origin, and implications for its specific physiological function in plants. Plant J. 1997, 12 (1): 179-190. 10.1046/j.1365-313X.1997.12010179.x.
Walter M, Chaban C, Schutze K, Batistic O, Weckermann K, Nake C, Blazevic D, Grefen C, Schumacher K, Oecking C: Visualization of protein interactions in living plant cells using bimolecular fluorescence complementation. Plant J. 2004, 40 (3): 428-438. 10.1111/j.1365-313X.2004.02219.x.
Chen H, Zou Y, Shang Y, Lin H, Wang Y, Cai R, Tang X, Zhou JM: Firefly luciferase complementation imaging assay for protein-protein interactions in plants. Plant Physiol. 2008, 146 (2): 368-376.
Siberil Y, Doireau P, Gantet P: Plant bZIP G-box binding factors. Modular structure and activation mechanisms. Eur J Biochem. 2001, 268 (22): 5655-5666. 10.1046/j.0014-2956.2001.02552.x.
Maxwell K, Johnson GN: Chlorophyll fluorescence--a practical guide. J Exp Bot. 2000, 51 (345): 659-668. 10.1093/jexbot/51.345.659.
Waters MT, Wang P, Korkaric M, Capper RG, Saunders NJ, Langdale JA: GLK Transcription Factors Coordinate Expression of the Photosynthetic Apparatus in Arabidopsis. Plant Cell. 2009, 21 (4): 1109-1128. 10.1105/tpc.108.065250.
Nakamura H, Muramatsu M, Hakata M, Ueno O, Nagamura Y, Hirochika H, Takano M, Ichikawa H: Ectopic Overexpression of The Transcription Factor OsGLK1 Induces Chloroplast Development in Non-Green Rice Cells. Plant Cell Physiol. 2009, 50 (11): 1933-1949. 10.1093/pcp/pcp138.
Davey MR, Anthony P: Plant Cell Culture: Essential Methods. 2001, A John Wiley & Sons, Ltd., Publication
Asai T, Tena G, Plotnikova J, Willmann MR, Chiu WL, Gomez-Gomez L, Boller T, Ausubel FM, Sheen J: MAP kinase signalling cascade in Arabidopsis innate immunity. Nature. 2002, 415 (6875): 977-983. 10.1038/415977a.
Nelson BK, Cai X, Nebenfuhr A: A multicolored set of in vivo organelle markers for co-localization studies in Arabidopsis and other plants. Plant J. 2007, 51 (6): 1126-1136. 10.1111/j.1365-313X.2007.03212.x.
Alberts B: The Cell as a Collection of Protein Machines: Preparing the Next Generation of Molecular Biologists. Cell. 1998, 92 (3): 291-294. 10.1016/S0092-8674(00)80922-8.
Pawson T, Nash P: Assembly of Cell Regulatory Systems Through Protein Interaction Domains. Science. 2003, 300 (5618): 445-452. 10.1126/science.1083653.
Lalonde S, Ehrhardt DW, Loque D, Chen J, Rhee SY, Frommer WB: Molecular and cellular approaches for the detection of protein-protein interactions: latest techniques and current limitations. Plant J. 2008, 53 (4): 610-635. 10.1111/j.1365-313X.2007.03332.x.
Luker KE, Smith MCP, Luker GD, Gammon ST, Piwnica-Worms H, Piwnica-Worms D: Kinetics of regulated protein-protein interactions revealed with firefly luciferase complementation imaging in cells and living animals. Proc Natl Acad Sci USA. 2004, 101 (33): 12288-12293. 10.1073/pnas.0404041101.
Waters MT, Langdale JA: The making of a chloroplast. EMBO J. 2009, 28 (19): 2861-2873. 10.1038/emboj.2009.264.
Larkin PJ: Purification and viability determinations of plant protoplasts. Planta. 1976, 128 (3): 213-216. 10.1007/BF00393231.
Yanisch-Perron C, Vieira J, Messing J: Improved M13 phage cloning vectors and host strains: nucleotide sequences of the M13mpl8 and pUC19 vectors. Gene. 1985, 33 (1): 103-119. 10.1016/0378-1119(85)90120-9.
Sambrook J, Russell DW: Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2001, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 3rd edition.