Hệ thống biểu hiện tạm thời trong tế bào protoplast mesophyll đậu nành tiết lộ sự hình thành các cấu trúc giống như photobody GmCRY1 trong tế bào chất

Springer Science and Business Media LLC - Tập 62 - Trang 1070-1077 - 2019
Lu Xiong1,2, Cong Li1, Hongyu Li1, Xiangguang Lyu1, Tao Zhao1, Jun Liu1, Zecheng Zuo2, Bin Liu1
1Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing, China
2Jilin Province Engineering Laboratory of Plant Genetic Improvement, College of Plant Science, Jilin University, Changchun, China

Tóm tắt

Đậu nành (Glycine max (L.) Merr.), được trồng vì dầu thực vật và protein, là một trong những loại cây trồng quan trọng nhất trên toàn thế giới. Việc tạo ra các giống đậu nành chuyển gen ổn định và có thể di truyền có hiệu quả tương đối thấp; do đó, có một nhu cầu cấp thiết về một phương pháp chuyển gen tạm thời đơn giản và hiệu quả cao để cho phép điều tra chức năng gen trong đậu nành, từ đó giúp làm rõ và cải thiện các cơ chế phân tử điều tiết các thuộc tính nông học liên quan. Chúng tôi đã thiết lập một hệ thống biểu hiện tạm thời trong các tế bào protoplast mesophyll đậu nành và đạt được mức độ hiệu quả chuyển gen cao (lên tới 83,5%). Hoạt động tế bào con của protoplast được bảo tồn tốt, như được chứng minh bởi sự hình thành động của các photobody nhân GmCRY (NPs) và/hoặc các cấu trúc giống như photobody trong tế bào chất (CPs) đáp ứng với ánh sáng xanh. Bên cạnh đó, chúng tôi đã chỉ ra rằng các CP GmCRY1b đồng vị trí với GmCOP1b, một đồng loa của CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1 (COP1) ở Arabidopsis thaliana, điều này cung cấp cái nhìn mới về vai trò tiềm năng của GmCRY1s trong tế bào chất.

Từ khóa

#Đậu nành #chuyển gen tạm thời #protoplast #photobody #ánh sáng xanh #GmCRY1

Tài liệu tham khảo

Assmann, S.M., Simoncini, L., and Schroeder, J.I. (1985). Blue light activates electrogenic ion pumping in guard cell protoplasts of Vicia faba. Nature 318, 285–287. Balcerowicz, M., Kerner, K., Schenkel, C., and Hoecker, U. (2017). SPA proteins affect the subcellular localization of COP1 in the COP1/SPA ubiquitin ligase complex during photomorphogenesis. Plant Physiol 174, 1314–1321. Chen, P., Du, Q., Liu, X., Zhou, L., Hussain, S., Lei, L., Song, C., Wang, X., Liu, W., Yang, F., et al. (2017). Effects of reduced nitrogen inputs on crop yield and nitrogen use efficiency in a long-term maize-soybean relay strip intercropping system. PLoS ONE 12, e0184503. Christou, P., Murphy, J.E., and Swain, W.F. (1987). Stable transformation of soybean by electroporation and root formation from transformed callus. Proc Natl Acad Sci USA 84, 3962–3966. Chu, S., Wang, J., Zhu, Y., Liu, S., Zhou, X., Zhang, H., Wang, C.E., Yang, W., Tian, Z., Cheng, H., et al. (2017). An R2R3-type MYB transcription factor, GmMYB29, regulates isoflavone biosynthesis in soybean. PLoS Genet 13, e1006770. Cocking, E.C. (1960). A method for the isolation of plant protoplasts and vacuoles. Nature 187, 962–963. Frearson, E.M., Power, J.B., and Cocking, E.C. (1973). The isolation, culture and regeneration of Petunia leaf protoplasts. Dev Biol 33, 130–137. Fujikawa, Y., and Kato, N. (2007). TECHNICAL ADVANCE: Split luciferase complementation assay to study protein-protein interactions in Arabidopsis protoplasts. Plant J 52, 185–195. Jia, N., Zhu, Y., and Xie, F. (2018). An efficient protocol for model legume root protoplast isolation and transformation. Front Plant Sci 9, 670. Kereszt, A., Li, D., Indrasumunar, A., Nguyen, C.D.T., Nontachaiyapoom, S., Kinkema, M., and Gresshoff, P.M. (2007). Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation of soybean to study root biology. Nat Protoc 2, 948–952. Kulkarni, K.P., Patil, G., Valliyodan, B., Vuong, T.D., Shannon, J.G., Nguyen, H.T., and Lee, J.D. (2018). Comparative genome analysis to identify SNPs associated with high oleic acid and elevated protein content in soybean. Genome 61, 217–222. Li, J.F., Chung, H.S., Niu, Y., Bush, J., McCormack, M., and Sheen, J. (2013a). Comprehensive protein-based artificial microRNA screens for effective gene silencing in plants. Plant Cell 25, 1507–1522. Li, J.F., Norville, J.E., Aach, J., McCormack, M., Zhang, D., Bush, J., Church, G.M., and Sheen, J. (2013b). Multiplex and homologous recombination-mediated genome editing in Arabidopsis and Nicotiana benthamiana using guide RNA and Cas9. Nat Biotechnol 31, 688–691. Li, S., Cong, Y., Liu, Y., Wang, T., Shuai, Q., Chen, N., Gai, J., and Li, Y. (2017). Optimization of Agrobacterium-mediated transformation in soybean. Front Plant Sci 8, 246. Li, Y., Zhou, G., Ma, J., Jiang, W., Jin, L., Zhang, Z., Guo, Y., Zhang, J., Sui, Y., Zheng, L., et al. (2014). De novo assembly of soybean wild relatives for pan-genome analysis of diversity and agronomic traits. Nat Biotechnol 32, 1045–1052. Lin, W. (1983). Isolation of mesophyll protoplasts from mature leaves of soybeans. Plant Physiol 73, 1067–1069. Liu, B., Liu, H., Zhong, D., and Lin, C. (2010). Searching for a photocycle of the cryptochrome photoreceptors. Curr Opin Plant Biol 13, 578–586. Lu, S., Zhao, X., Hu, Y., Liu, S., Nan, H., Li, X., Fang, C., Cao, D., Shi, X., Kong, L., et al. (2017). Natural variation at the soybean J locus improves adaptation to the tropics and enhances yield. Nat Genet 49, 773–779. Matsumura, H., Kitajima, H., Akada, S., Abe, J., Minaka, N., and Takahashi, R. (2009). Molecular Cloning and linkage mapping of cryptochrome multigene family in soybean. Plant Genome J 2, 271–281. Meng, Y., Li, H., Wang, Q., Liu, B., and Lin, C. (2013). Blue light-dependent interaction between Cryptochrome 2 and CIB1 regulates transcription and leaf senescence in Soybean. Plant Cell 25, 4405–4420. Miao, Y., and Jiang, L. (2007). Transient expression of fluorescent fusion proteins in protoplasts of suspension cultured cells. Nat Protoc 2, 2348–2353. Miao, Y., Li, K.Y., Li, H.Y., Yao, X., and Jiang, L. (2008). The vacuolar transport of aleurain-GFP and 2S albumin-GFP fusions is mediated by the same pre-vacuolar compartments in tobacco BY-2 and Arabidopsis suspension cultured cells. Plant J 56, 824–839. Rasmussen, J.O., and Rasmussen, O.S. (1993). PEG mediated DNA uptake and transient GUS expression in carrot, rapeseed and soybean protoplasts. Plant Sci 89, 199–207. Rizzo, G., and Baroni, L. (2018). Soy, soy foods and their role in vegetarian diets. Nutrients 10, 43. Schmutz, J., Cannon, S.B., Schlueter, J., Ma, J., Mitros, T., Nelson, W., Hyten, D.L., Song, Q., Thelen, J.J., Cheng, J., et al. (2010). Genome sequence of the palaeopolyploid soybean. Nature 463, 178–183. Sheen, J. (2001). Signal transduction in maize and Arabidopsis mesophyll protoplasts. Plant Physiol 127, 1466–1475. Shen, J., Fu, J., Ma, J., Wang, X., Gao, C., Zhuang, C., Wan, J., and Jiang, L. (2014). Isolation, culture, and transient transformation of plant protoplasts. Curr Protoc Cell Biol 63, 2. 8. 1–17. Shen, Y., Liu, J., Geng, H., Zhang, J., Liu, Y., Zhang, H., Xing, S., Du, J., Ma, S., and Tian, Z. (2018). De novo assembly of a Chinese soybean genome. Sci China Life Sci 61, 871–884. van Buskirk, E.K., Decker, P.V., and Chen M.(2011). Photobodies in light signaling. Plant Physiol 158, 52–60. von Arnim, A.G., and Deng, X.W. (1994). Light inactivation of Arabidopsis photomorphogenic repressor COP1 involves a cell-specific regulation of its nucleocytoplasmic partitioning. Cell 79, 1035–1045. Wang, Q., Zuo, Z., Wang, X., Gu, L., Yoshizumi, T., Yang, Z., Yang, L., Liu, Q., Liu, W., Han, Y.J., et al. (2016). Photoactivation and inactivation of Arabidopsis cryptochrome 2. Science 354, 343–347. Wu, F., and Hanzawa, Y. (2018). A simple method for isolation of soybean protoplasts and application to transient gene expression analyses. J Vis Exp 131. Wu, G., and Spalding, E.P. (2007). Separate functions for nuclear and cytoplasmic cryptochrome 1 during photomorphogenesis of Arabidopsis seedlings. Proc Natl Acad Sci USA 104, 18813–18818. Wu, J.Z., Liu, Q., Geng, X.S., Li, K.M., Luo, L.J., and Liu, J.P. (2017). Highly efficient mesophyll protoplast isolation and PEG-mediated transient gene expression for rapid and large-scale gene characterization in cassava (Manihot esculenta Crantz). BMC Biotech 17, 29. Yang, D.G., Zhao, W., Meng, Y.Y., Li, H.Y., and Liu, B. (2015). A CIB1-LIKE transcription factor GmCIL10 from soybean positively regulates plant flowering. Sci China Life Sci 58, 261–269. Yoo, S.D., Cho, Y.H., and Sheen, J. (2007). Arabidopsis mesophyll protoplasts: A versatile cell system for transient gene expression analysis. Nat Protoc 2, 1565–1572. Zhang, Q., Li, H., Li, R., Hu, R., Fan, C., Chen, F., Wang, Z., Liu, X., Fu, Y., and Lin, C. (2008). Association of the circadian rhythmic expression of GmCRY1a with a latitudinal cline in photoperiodic flowering of soybean. Proc Natl Acad Sci USA 105, 21028–21033. Zhang, S.R., Wang, H., Wang, Z., Ren, Y., Niu, L., Liu, J., and Liu, B. (2017). Photoperiodism dynamics during the domestication and improvement of soybean. Sci China Life Sci 60, 1416–1427. Zhou, Z., Jiang, Y., Wang, Z., Gou, Z., Lyu, J., Li, W., Yu, Y., Shu, L., Zhao, Y., Ma, Y., et al. (2015). Resequencing 302 wild and cultivated accessions identifies genes related to domestication and improvement in soybean. Nat Biotechnol 33, 408–414. Zuo, Z.C., Meng, Y.Y., Yu, X.H., Zhang, Z.L., Feng, D.S., Sun, S.F., Liu, B., and Lin, C.T. (2012). A study of the blue-light-dependent phosphorylation, degradation, and photobody formation of Arabidopsis CRY2. Mol Plant 5, 726–733.