Method Article
الاتصالات بين الخلايا النباتية، plasmodesmata (Pd)، تلعب الأدوار المركزية في مصنع التفاعلات فسيولوجيا ومصنع للفيروسات. يتم فرز الحرجة للنقل Pd الإشارات التي توجه البروتينات للمشتريات. غير معرفتنا في تسلسل هذه لا تزال في مهدها. يصف لنا استراتيجية لتحديد إشارات التعريب Pd في البروتينات المستهدفة Pd.
Plasmodesmata (Pd) هي خلية إلى الاتصالات التي تعمل كبوابات تنقل من خلالها الجزيئات الصغيرة والكبيرة بين الخلايا النباتية. بينما النقل Pd من جزيئات صغيرة، مثل الأيونات والماء، المفترض أن يحدث مكتوفي الأيدي، نقل خلية إلى خلية من الجزيئات البيولوجية الكبرى، مثل البروتينات، يحدث على الأرجح عبر إليه نشطة تتضمن إشارات محددة تستهدف في نقل جزيء. ندرة plasmodesmata التي تم تحديدها (Pd) ترجمة الإشارات (PLSs) قد مقيدة بشدة فهم الفرز البروتين مسارات تشارك في زرع خلية إلى خلية الجزيئات النقل والاتصالات. من ثروة النباتات البروتينات الذاتية والفيروسية المعروفة لحركة المرور من خلال Pd، PLSs ثلاثة فقط أبلغ حتى الآن، كل منهم من البروتينات النباتية الذاتية. وبالتالي، من المهم وضع استراتيجية تجريبية موثوقة ومنهجية لتحديد تسلسل الثابتة والمتنقلة فنية، التي ضرورية وكافية لاستهداف Pd، مباشرة في المعيشة الخلايا النباتية. هنا، يمكننا وصف واحد مثل هذه الاستراتيجية كنموذج باستخدام حركة الخلية للخلية البروتين (MP) فيروس تبرقش التبغ (TMV). هذه التجارب، التي حددت ووصفت الأول النباتية الثابتة والمتنقلة الفيروسية، ويمكن تكييفها لاكتشاف تسلسل الثابتة والمتنقلة في البروتينات الأكثر استهدافاً Pd.
Plasmodesmata (Pd) تعمل كقنوات لنقل المنظمين مفتاح التنمية النباتية و morphogenesis، بدءاً من عوامل النسخ مرناً وجزيئات الحمض النووي الريبي صغيرة بين الخلايا. وعلاوة على ذلك، تستخدم هذا قدرة النقل الجزيئات Pd معظم الفيروسات النباتية لانتشارها بين الخلايا أثناء العدوى؛ للانتقال عبر Pd، تطورت فيروسات النباتات البروتينات المتخصصة، ووصف حركة البروتينات (MPs)، التي تستهدف على وجه التحديد إلى Pd1،2،3،4،،من56 , 7-الجزيئية مسارات النقل Pd على الأرجح ترابطاً وثيقا مع تسلسل معين التي تستهدف نقل البروتينات في هذه المسارات. وهكذا، قد يكون تحديد هذه الإشارات التعريب Pd (PLSs) التشخيص لمسار النقل Pd المقابلة. وهذا قياسا ل النقل Pd8، على سبيل المثال، إلى مسارات مختلفة استيراد النووية، التي يمكن أن تكون محددة للتعريب النووية المختلفة إشارة (NLS) تسلسل9،10. من الناحية المفاهيمية، نلس و PLSs تمثل تسلسل استهداف سوبسيلولار غير كليفابل التي ضرورية وكافية لاستهداف. ولكن، خلافا نلس11، تسلسل المعلومات حول PLSs محدودة للغاية. على وجه التحديد، سجلت أربعة فقط تسلسل البروتين المتورطين في استهداف Pd، مع كل منهم المستمدة من البروتينات النباتية الذاتية. ويمثل أول واحد مجال هوميوبوكس KN112 – عامل نسخ الذي ينتقل من طبقات الخلايا الداخلية للبشرة من أوراق النبات13 – وبه نوكس هومولوجس14. أيضا هو ثانية واحدة من عامل نسخ، شعبة الشؤون المالية، التي تتضمن الثابتة والمتنقلة المفترضة وصفه الاتجار بين الخلايا (IT) عزر15. التسلسل الثالث من بروتين غشائي نوع plasmodesmata المقيم 1 PDLP1، ويتم تمثيله بواسطة مجال transmembrane16. وأخيراً، Pd الرابعة استهداف تسلسل أبلغ مؤخرا عن جليكوسيلفوسفاتيديلينوسيتول (GPI)-البروتينات المرتبطة، وأنه يمثل إشارة التعديل جليكوسيلفوسفاتيديلينوسيتول (GPI)17.
من المثير للاهتمام، وحتى وقت قريب جداً، لا PLSs أبلغ النواب الفيروسي. أشارت الدراسات السابقة إلى وجود تسلسل الثابتة والمتنقلة المفترضة في النبات الفيروسية MPs18،19، ولكن ليس صحيحاً الثابتة والمتنقلة، أيتسلسل الأحماض الأمينية الحد أدنى الضروري والكافي لاستهداف Pd (جزيء بضائع لا علاقة لها كل على سبيل المثال-، الحراجية المعتمدة) قد حددت في النائب فيروسية. بعد واحدة من هذه البروتينات، النائب من فيروس تبرقش التبغ (TMV)، كان الأول للمشتريات التي تم التعريب والنقل تبين20.
ولسد هذه الفجوة، قمنا بتطوير استراتيجية تجريبية لتحديد "تمف النائب الثابتة والمتنقلة". استندت هذه الاستراتيجية على ثلاثة مفاهيم. (ط) وحددنا الثابتة والمتنقلة كتسلسل الحد أدنى من الأحماض الأمينية التي ضرورية وكافية لاستهداف البروتين إلى Pd21. (ثانيا) لأن النائب تمف يستهدف أولاً Pd وثم ترانسلوكاتيس من خلال هذه القنوات22، نحن تهدف إلى فصل هذين النشاطين والتعرف الثابتة والمتنقلة حسنة النية، التي تعمل فقط من أجل استهداف Pd، وليس للنقل اللاحقة. (ثالثا) قمنا بتحليل الثابتة والمتنقلة التي تم تحديدها للمخلفات من الأحماض الأمينية الهامة للمشتريات استهداف نشاط، سواء هيكلياً أو وظيفيا. باستخدام هذا النهج، نحن تحديد تسلسل بقايا الأحماض أمينية 50 في الأمينية المحطة "النائب تمف" بمثابة النية الثابتة والمتنقلة. وكان ذلك بإنتاج سلسلة من الشظايا "تمف النائب" أن مشبعة على طول من البروتين، ووضع علامات على الكربوكسيل تيرميني مع الحركة وعابر إذ تعرب عن لهم في الأنسجة النباتية. تعريب Pd كل أجزاء اختبار تحددها كوكسبريسينج لهم مع بروتين علامة Pd، PDCB1 (Pd كلوس ملزمة البروتين 1)23. واعتبر الجزء الأصغر التي لا تزال المترجمة إلى شعبة المشتريات، ولكن عدم اجتياز Pd، لتمثيل الثابتة والمتنقلة. وأخيراً، كان الثابتة والمتنقلة ألانين الممسوحة ضوئياً لتحديد بقايا الأحماض الأمينية الأساسية اللازمة لهيكل و/أو وظيفة.
بينما نحن هنا لتوضيح هذا النهج بوصف تحديد "تمف النائب الثابتة والمتنقلة"، فإنه يجوز لاكتشاف PLSs في أي البروتينات المستهدفة لشعبة المشتريات الأخرى، سواء ترميز بمسببات الأمراض النباتية أو النباتات أنفسهم؛ وهذا لأن لدينا أسلوب عدم الاستفادة من أي ميزات فريدة من نوعها الفيروسية من أعضاء البرلمان فيما يتعلق بقدرتهم على الهدف إلى Pd.
1-مصنع المواد
2-التعبير بناء ناقلات
3-أجروينفيلتريشن
4-[كنفوكل] مجهرية
5-تحديد الثابتة والمتنقلة
6-تحديد المخلفات "الرئيسية الثابتة والمتنقلة" باستخدام "المسح ألانين"42
بيانات تمثيلية، إخلاص توضح النتائج المتوقعة من البروتوكولات وصف وتحديد "النائب تمف المتنقلة"، مقتبسة من يوان et al. 21-ويوجز الشكل 1A أولاً ثوابت رئيسية معربا عن كامل طول "تمف النائب" (1-268)، تمف النائب الثابتة والمتنقلة (التي تضم بقايا الأحماض الأمينية أول 50 من البروتين، 1-50)، والأنين المسح مشتقات V4A تنصهر فيها الحركة (التي تم إنشاؤها ك ووصف في "الخطوات 2-2"، 5-2 و 6) حين يلخص الشكل 1B ويوضحها توطين هذه البروتينات المعلمة سوبسيلولار. ويوضح الشكل 1 مميزة الطرفية الشروريه Pd التعريب أنماط لاحظ للنائب تمف-الحراجية المعتمدة وعن تمف النائب الثابتة والمتنقلة-الحراجية المعتمدة، وكذلك فيما يتعلق بعلامة Pd كويكسبريسيد، PDCB1-DsRed2 (راجع الخطوة 5، 1). يوضح الشكل 2 ألف Pd استهداف تمف النائب-الحراجية المعتمدة وتوزيع تمف النائب الثابتة والمتنقلة-الحراجية المعتمدة ونوكليوسيتوبلاسميك كويكسبريسيد DeRed2 الحرة (راجع الخطوة 5، 1). وأخيراً، يوضح الشكل 2B فقدان Pd استهداف "النائب تمف" و "تمف النائب الثابتة والمتنقلة" مع استبدال ألانين واحد V4A، مشيراً إلى أن هذه البقايا هامة للبنية الثابتة والمتنقلة أو وظيفة؛ في نفس الخلايا علامة Pd كويكسبريسيد PDCB1 لا يزال يموضع إلى Pd (راجع الخطوة 6).
وتوضح هذه البيانات أن هذا الإجراء بسيطة نظرياً وتقنياً للإنتاج المنتظم لشظايا البروتين، والانصهار إلى بروتين علامة شحن أوتوفلوريسسينت، واختبار للقدرة على ترجمة إلى Pd يمكن تحديد تسلسل بروتين الحد الأدنى ضرورية وكافية لشعبة المشتريات الاستهداف، أي، الثابتة والمتنقلة. للحصول على التفسير الصحيح لهذه البيانات ومسلم، من الأهمية بمكان القيام بتجارب كولوكاليزيشن مع بروتين Pd معروفة، مثلاً، ريماند أو بدكب أفراد الأسرة16،23 أو واحدة من المصنع النواب الفيروسي هذا النوع إلى Pd44 . ومن الواضح أن ليس لديه كولوكاليزيشن أن تكون كاملة، لا جميع البروتينات إضفاء الطابع المحلي ف قد تستهدف Pd نفس، ولكن درجة يعتد بها إحصائيا من كولوكاليزيشن مع واحد على الأقل من البروتينات ماركر Pd ضروري لتحديد النشاط الثابتة والمتنقلة.
رقم 1: تحديد النائب تمف مخولين (أ) موجز بنيات الحراجية المعتمدة-الانصهار الرئيسية المستخدمة لتحديد مربعات متواليات، الأخضر "تمف النائب مخولين تمف النائب"؛ الحراجية المعتمدة، مربعات زرقاء؛ ف، والمروج؛ T, فاصل. تشير الأرقام على اليسار إلى مخلفات الأحماض الأمينية المدرجة في كل جزء "تمف النائب". (ب) ملخص للتعريب سوبسيلولار البروتينات الانصهار المبينة في (أ). Pd الترجمة أو التعريب نوكليوسيتوبلاسميك مصممة استناداً إلى إضفاء الطابع المحلي على علامات المقابلة سوبسيلولار، PDCB1-DsRed2 والحرة DsRed2، على التوالي. ويبين النسبة المئوية للخلايا العارضة كل نمط التعريب استناداً إلى سجل خلايا تعرب عن 100 الواحدة في ثلاث تجارب مستقلة بناء. البيانات هي ± يعني الأخطاء المعيارية (جنوب شرق). (ج) Pd استهداف تمف النائب-الحراجية المعتمدة والثابتة والمتنقلة النائب تمف-الحراجية المعتمدة، وعلامة Pd PDCB1-DsRed2. إشارة الحراجية المعتمدة باللون الأزرق؛ إشارة DsRed2 في الأرجواني؛ وقد تخرج البلاستيديه أوتوفلوريسسينسي. الصور هي واحدة من الأقسام [كنفوكل]. تغيير حجم أشرطة = 10 ميكرون. DIC، تدخل فرق تباين صورة مجهرية. وهذا الرقم مقتبس من يوان et al. 21- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: Pd استهداف النائب تمف تمف النائب الثابتة والمتنقلة وبهم طفرات المسح ألانين. (أ) الترجمة سوبسيلولار تمف النائب-الحراجية المعتمدة، والنائب تمف الثابتة والمتنقلة-الحراجية المعتمدة، وعلامة نوكليوسيتوبلاسميك DsRed2. (ب) الخسارة من Pd تستهدف قدرة طفرات المسح ألانين V4A تمف النائب-الحراجية المعتمدة والثابتة والمتنقلة النائب تمف-الحراجية المعتمدة. وقد تصور Pd من كوكسبريشن علامة Pd PDCB1-DsRed2. إشارة الحراجية المعتمدة باللون الأزرق؛ إشارة DsRed2 في الأرجواني؛ وقد تخرج البلاستيديه أوتوفلوريسسينسي. الصور هي واحدة من الأقسام [كنفوكل]. تغيير حجم أشرطة = 10 ميكرون. DIC، تدخل فرق تباين صورة مجهرية. وهذا الرقم مقتبس من يوان et al. 21- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
هذا البروتوكول له أربعة مكونات أساسية: مفهوم تحديد تسلسل ضروري وكاف لاستهداف Pd، تقسيم منهجي من بروتين الفائدة إلى الشظايا التي تنخفض تدريجيا في الطول، والصمامات تم اختبارها الشظايا إلى بروتين أوتوفلوريسسينت الذي يخدم كعلامة وشحن الجزيئات، والتحليل الوظيفي لاستهداف Pd في المعيشة زرع الأنسجة بعد تعبير عابر من البروتينات الانصهار اختبارها. لاحظ أن التعبير عابر المتبعة بوساطة يولد البيانات خلال فترة قصيرة نسبيا من الزمن، أي، عدة أيام، بالمقارنة مع الأشهر المطلوبة لإنتاج النباتات المعدلة وراثيا التي غالباً ما تستخدم في دراسات مماثلة15.
كوكسبريسيون من بروتين الاهتمام مع علامات التعريب سوبسيلولار، مثلاً، PDCB1 أو DsRed2 الحرة، عادة ما يتم تنفيذ من ناقل تعبير مولتيجيني. ومع ذلك، إذا كان تحويل العديد من أشرطة الكاسيت التعبير إلى ناقل واحد إشكالية من الناحية الفنية، كوكسبريشن يمكن أيضا إجراء بنقل كل كاسيت إلى بنية ثنائية منفصلة، والجمع بين كميات تعادل الثقافات السائل من سلالات المتبعة الناتجة عن أجروينفيلتريشن. ناقل ثنائي لأن هذا البروتوكول يستخدم تعبير عابر، حاجة لا تحمل علامات التحديد للتحول مستقرة، على الرغم من أن وجودها لا يضر بكفاءة التعبير.
هذا البروتوكول الأمثل للتعبير البروتين والاستهداف في بينثاميانا أ؛ ومع ذلك، يمكن استخدامه في سائر الأنواع النباتية، بما في ذلك أعطيت45،46، قابلة للتحول الوراثي المتبعة. للأنواع النباتية الأخرى، أو إذا رغبت في ذلك، هذا البروتوكول يمكن تكييفها للاستفادة من بيوليستيك تسليم41 للتعبير عابرة من ناقلات المستندة إلى pSAT، وتجنب الحاجة إلى نقل شرائط التعبير إلى متجهات ثنائية مباشرة.
نقطة حرجة في هذا البروتوكول هو الشرط الفسيولوجية وإنمائية متسقة من المواد النباتية. على وجه التحديد، يجب أن تكون كافة منشآت صحية في جميع أنحاء كامل التجربة، والنباتات بينثاميانا أ أجروينفيلتريشن، يجب أن يكون أقل من 4 أسابيع القديمة وفي المرحلة 4-8-ليف مع ورقة أكبر حاليا 4-6 سم في القطر. إذا كانت النباتات صغيراً جداً، ستكون قاسية للغاية، التدخل في التعبير والترجمة من البروتينات المعلمة آثار أجروينفيلتريشن. من ناحية أخرى، النباتات الأكبر سنا غالباً ما يحمل بنية متغير Pd24،25، تؤثر أيضا على الاتساق بين أنماط استهداف Pd.
لا يزال، نظراً لاختلاف الظروف الفسيولوجية للمصنع ككل، والخلايا المحولة خاصة، إلى حد ما قد تختلف كفاءة Pd الاستهداف في كل تجربة. وبالتالي، من المهم تحليل عدد كبير نسبيا من الخلايا (> 100) كل تجربة، وأداء replicates البيولوجية ثلاثة على الأقل من كل تجربة. عموما، نحن نعتبر جزء تم اختبارها لاحتواء Pd تستهدف النشاط، إذا أنه يسلك التعريب Pd في 70 في المائة على الأقل من الخلايا المحولة. يجب أن يتم تحليل الاختلافات في Pd استهداف الكفاءة لكل جزء، مثلاً، في المئة من تحول الخلايا تظهر نمط التراكم الشروريه الخاصة بالمشتريات، باختبار t للطالب، وقيم p < 0.05-0.01، المقابلة الاحتمالات الإحصائية لأكثر من 95-99%.
مسألة هامة أخرى هي موضع العلامة نيون/الشحنة في جزيء الانصهار. بعض البروتينات المستهدفة لشعبة المشتريات أيضا إقران هيولى (ER)، وقد تتطلب هذه الرابطة بالتسلسل الأمينية الطرفية دون عائق. وفي هذه الحالات، اندماج الأمينية الطرفية، التي تنصهر الكربوكسيل-المحطة جزء البروتين من الفائدة هو فيها الأمينية تيرمينوس علامة نيون، مثلاً، الحراجية المعتمدة أو DsRed2، ينبغي أن تستخدم. ويمكن تغيير هذا الموضع الافتراضي للعلامة في الحالات التالية. (ط) في حالة اندماج الأمينية الطرفية غير قابل للاستخدام – أيأنها لا معرض أنماط ذات معنى التعريب سوبسيلولار، ويعبر عن سوء، أو لا تولد الفلورسنت إشارة كافية لكشف موثوق بها – وإذا كان البروتين للفائدة لا تحتوي على تسلسلات إشارة الأمينية الطرفية أو اندماج الكربوكسيل الطرفية التي تنصهر الأمينية تيرمينوس جزء اختبار هو فيها الكربوكسيل-محطة العلامة، ينبغي محاولة. (الثاني كما يجب استخدام الأنشطار الكربوكسيل الطرفية) إذا بروتين الفائدة يحتوي على تسلسل إشارة في نهايته الكربوكسيل. (ثالثا) إذا كان البروتين لمصلحة كلا إشارات الأمينية والكربوكسيل الطرفية، مثل تلك الموجودة في البروتينات GPI رأسية، أو إذا كان يحتوي على ببتيد إشارة الأمينية الطرفية الانصهار الأمينية الطرفية غير قابلة للاستخدام بعد، العلامة ينبغي أن توضع داخليا، ( أما المصب إشارة الأمينية الطرفية أو المنبع إشارة الكربوكسيل الطرفية). وصف بعض إجراءات مفيدة لوضع علامات مضيئة الداخلية من البروتينات لدينا47،المنشورات السابقة48.
وفي الوقت الحاضر، هناك لا تسلسل الآراء المعروفة الثابتة والمتنقلة. على هذا النحو (في الخطوة 5، 2) نوصي، في البداية تقسيم البروتين في مجاورة ~شظايا بقايا طوله 100-200. يمكن ثم يتم إجراء هذه أقصر تدريجيا استناداً إلى النشاط استهداف Pd ملاحظتها أو عدمه. يجب أن يكون أحد إدراكا منها لإمكانات أخرى تستهدف إشارات موجودة في البروتين (مثلاً، NLS، الببتيدات إشارة، إلخ). ومع ذلك، كمسألة التداخل المحتمل بين هذه التسلسلات مع تسلسل الثابتة والمتنقلة غير معروف، ينبغي إدراج هذه المناطق البروتين في هذا التحليل حيث.
حتى الآن، تم استخدام هذا البروتوكول للتعرف واحد الثابتة والمتنقلة في جزيء بروتين21. يحتمل أن تكون، مع ذلك، بروتين يمكن أن تحتوي تسلسل إشارة أكثر من واحد؛ وقد وصف الواقع نلس متعددة في العديد من البروتينات النووية، بما في ذلك عوامل النسخ غاتا49. وهكذا، عند تحليل الأجزاء المختلفة من البروتين تم اختبارها لاستهداف Pd، فمن الممكن أن يتم تحديد واحد أو أكثر مثل هذه الشظايا، مما يشير إلى وجود PLSs المتعددة التي يمكن أن تعمل بشكل مستقل أو تآزر.
القيد الرئيسي من هذا البروتوكول أنه، بعد أجروينفيلتريشن، التصور لتوطين سوبسيلولار عابر البروتينات أعرب عن اهتمام يتحقق على أفضل وجه في خلايا البشرة ومرحلة النمو ضيقة نسبيا. عند الضرورة، يمكن التغلب على هذا القيد بإنتاج النباتات المعدلة وراثيا ستابلي تعبر عن كل من البروتينات تم اختبارها في معظم أنواع الخلايا والأنسجة. أيضا، هذا البروتوكول غير المفيد للدراسات الفيروسية أعضاء البرلمان أو غيرها من البروتينات Pd المستهدفة التي تعمل فقط في أنواع النباتات التي ليست قابلة للتحول الوراثي عابرة.
بينما قمنا بتطوير هذه التقنية للتعرف الثابتة والمتنقلة "النائب تمف"، يمكن استخدامه لاكتشاف PLSs في أي مصنع النواب الفيروسي أو في مصنع البروتينات الذاتية التي ترجمة إلى Pd، عابر أو بشكل دائم. وعلاوة على ذلك، إذا اقترن ب علامات مناسبة التعريب سوبسيلولار47، هذا البروتوكول مناسبة للتعرف على العديد من إشارات أخرى تستهدف ضمن البروتينات للاهتمام بالنباتات.
وأعلن لا تضارب في المصالح.
لعدم وجود مساحة، استشهدنا الغالب استعراض المواد، ونعتذر لزملائنا واستشهد بعدم عملها الأصلي. العمل في مختبر لالح معتمد من المنح المقدمة من المعاهد الوطنية للصحة، وجبهة الخلاص الوطني، ووزارة الزراعة/NIFA، بارد، وقوات حرس الحدود إلى الخامس، ومختبر S.G.L. معتمد من قبل المعهد الوطني للصحة والأموال من أقسام أمراض النبات والأحياء النباتية-ميكروب S.G.L.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Confocal laser scanning microscope (CLSM) | Zeiss | LSM5 | Any CLSM with similar capabilities is appropriate |
Zen software for confocal microscope imaging | Zeiss | 2009 version | The software should be compatible with the CLSM used |
Quickchange II site-directed mutagenesis kit | Agilent | 200523 | |
Acetosyringone | Sigma-Aldrich | D134406 | |
MES | Sigma-Aldrich | 69892 | |
Syringes without needles | BD | 309659 | |
MgCl2 | FisherScientific | M33-500 | |
Spectinomycin | Sigma-Aldrich | S4014 | |
Rifampicin | Sigma-Aldrich | R3501 | |
Ampicillin | Sigma-Aldrich | A0166 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved