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* Estos autores han contribuido por igual
Presentamos un protocolo para construir un sistema simple de distribución de esporas que consiste en una caja de inoculación con una malla de ~ 50 μm y una cámara de plástico transparente. Esto se puede utilizar para inocular uniformemente las plantas con esporas de mildiú polvoriento, lo que permite una evaluación precisa y reproducible de los fenotipos de enfermedades de las plantas en estudio.
La reducción de las pérdidas de cultivos debido a enfermedades fúngicas requiere una mejor comprensión de los mecanismos que rigen la inmunidad de las plantas y la patogénesis fúngica, lo que a su vez requiere una determinación precisa de los fenotipos de enfermedades de las plantas tras la infección con un patógeno fúngico en particular. Sin embargo, el fenotipado preciso de la enfermedad con patógenos fúngicos biotróficos no cultivables, como el mildiú polvoriento, no es fácil de lograr y puede ser un paso limitante de la velocidad de un proyecto de investigación. Aquí, hemos desarrollado un sistema de fenotipado de enfermedades seguro, eficiente y fácil de operar utilizando la interacción Arabidopsis-mildiú polvoriento como ejemplo. Este sistema consta principalmente de tres componentes: (i) una caja de inoculación de madera equipada con una tapa extraíble montada con una malla de acero inoxidable o nylon de poros de ~ 50 μm para inocular un plano de plantas con esporas de hongos, (ii) una cámara de plástico transparente con una pequeña abertura frontal para minimizar el escape de esporas mientras se realiza la inoculación en el interior, y iii) un método de distribución y desplazamiento de esporas para una inoculación uniforme y eficaz. Los protocolos descritos aquí incluyen los pasos y parámetros para hacer la caja de inoculación y la cámara de plástico a bajo costo, y una demostración en video de cómo usar el sistema para permitir una inoculación uniforme con esporas de mildiú polvoriento, mejorando así la precisión y la reproducibilidad del fenotipado de la enfermedad.
El mildiú polvoriento es una de las enfermedades más comunes e importantes de numerosos cultivos alimentarios y plantas ornamentales1. Los estudios de las enfermedades del mildiú polvoriento han sido muy populares, como lo demuestran más de 10,500 publicaciones como resultado de la búsqueda con "mildiú polvoriento" como palabra clave en Web of Science (a partir de noviembre de 2020). De hecho, el mildiú polvoriento (representado por Blumeria graminis) es considerado uno de los 10 principales patógenos fúngicos por la revista Molecular Plant Pathology2. La cuantificación de la susceptibilidad a enfermedades es un paso necesario en la caracterización de los genes de las plantas que contribuyen a la resistencia o susceptibilidad a las enfermedades, o la identificación funcional de genes efectores candidatos en el mildiú polvoriento. Sin embargo, el fenotipado confiable de la enfermedad es mucho más difícil con el mildiú polvoriento en comparación con la mayoría de los otros patógenos fúngicos, en parte porque, a diferencia de las esporas de estos últimos, las esporas de especies de mildiú polvoriento (como Golovinomyces cichoracearum UCSC1 según nuestra experiencia de laboratorio) muestran una viabilidad reducida después de pasar por un proceso de suspensión de agua 3,4 . La inoculación inadecuada y/o desigual de plantas de ensayo con un patógeno particular del mildiú polvoriento puede dar lugar a resultados de fenotipado inexactos.
Se informaron varios métodos de inoculación para estudios de mildiú polvoriento. Estos incluyen (i) cepillado de esporas directamente de las hojas infectadas para probar plantas5, (ii) pulverización de una suspensión de esporas para probar plantas6, (iii) soplado de esporas utilizando una torre de sedimentación operada por vacío a las plantas en la parte inferior de la torre7, y (iv) entrega de esporas mediante el uso combinatorio de una membrana de malla de nylon y vibración basada en el sonido8 . El método de cepillado de esporas (o desempolvado) es fácil de realizar pero de naturaleza desigual, por lo que puede no ser preciso para la evaluación cuantitativa. La pulverización de esporas es conveniente y uniforme, pero como se indicó anteriormente puede resultar en una germinación deficiente de las esporas4. Los dos últimos (es decir, iii-iv) son métodos muy mejorados capaces de lograr una inoculación uniforme; Sin embargo, ambos no son flexibles para ajustar su capacidad de inoculación en términos del número de plantas a inocular en un solo evento, por lo que cualquiera de los aparatos no es trivial, y su operación está restringida a áreas de laboratorio donde hay un vacío y / o fuente de electricidad.
Nuestro laboratorio ha estado trabajando con la interacción planta-mildiú polvoriento durante más de 20 años 9,10. Durante la última década, probamos una serie de métodos de inoculación y recientemente desarrollamos un método de inoculación de mildiú polvoriento simple pero efectivo. Este método de cepillado de esporas basado en malla puede garantizar una inoculación uniforme, y es simple y escalable, por lo que debe ser fácilmente adoptado por cualquier laboratorio que trabaje con mildiú polvoriento.
1. Hacer una caja de inoculación estándar con una tapa superior extraíble montada con una malla
2. Hacer una cámara de inoculación
3. Inoculación de plantas en pisos
4. Inocular las plantas con cajas de inoculación más pequeñas
NOTA: En los casos en que se vayan a inocular menos plantas, todavía se puede utilizar la caja de inoculación estándar. Asegúrese de colocar las plantas en el centro de la caja. Desaloje y cepille las esporas en el área de la malla que cubre las plantas para asegurarse de que todas las plantas estén inoculadas mientras se guardan los inóculos. Alternativamente, y preferiblemente, se pueden usar cajas de inoculación más pequeñas (como se describe a continuación).
5. Inocular hojas desprendidas en placas de Petri
NOTA: En los casos en que (i) las esporas frescas de mildiú polvoriento son muy limitadas y/o (ii) las plantas deben mantenerse limpias mientras que los fenotipos de la enfermedad y/o la localización subcelular de proteínas en las células infectadas deben evaluarse, las hojas desprendidas se pueden utilizar para la infección en placas de MS-agar.
Aquí, presentamos un nuevo método de inoculación de esporas de mildiú polvoriento que es fácil de preparar, operar y ajustar. La Figura 1 muestra el montaje de la caja de inoculación estándar con énfasis en la marca de la tapa extraíble montada con una malla de membrana de 50 μm. La figura 2 muestra el montaje de la cámara de inoculación. La Figura 3 ilustra los pasos clave del proceso de inoculación utilizando este sistema. La Figura 4 muestra otras cajas de inoculación que se pueden usar para inocular una planta plana entera o menos, u hojas desprendidas en medio MS-agar. Finalmente, la Figura 5 proporciona datos para demostrar la uniformidad de la inoculación reflejada por la distribución de esporas o los fenotipos de infección de la planta.
Figura 1. Hacer una caja de inoculación. (A-B) Fotos que muestran la caja con la puerta cerrada (A) o abierta para insertar un piso de plantas de Arabidopsis (B). Tenga en cuenta que un par de trampas magnéticas de la puerta del gabinete se utilizan para sostener la puerta. (C) Una foto que muestra el montaje de una malla en el marco rectangular como un paso crítico para hacer la tapa de la caja. Tenga en cuenta que las abrazaderas y los soportes de esquina se utilizan para colocar la malla antes de que se fije con clavos atornillados. (D-E) Fotos que muestran la tapa extraíble de la caja con una nueva malla de acero inoxidable montada (D) o una caja ensamblada (E). Tenga en cuenta que la malla se fija entre 3/4 pulg. clavija cuadrada de madera con longitud indicada en D y E. Las líneas amarillas resaltan la medida del tamaño de la caja. Tener una caja de inoculación que se ajuste a un plano estándar puede mejorar en gran medida la eficiencia del fenotipado, especialmente cuando muchas plantas van a ser inoculadas (por ejemplo, durante una prueba genética). Una tapa extraíble montada con una malla facilita la limpieza o el reemplazo de la malla. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Realización de una cámara de inoculación. (A) Una foto que muestra el montaje inicial de las cuatro láminas de acrílico utilizando abrazaderas de esquina. (B) Una foto que da una vista de arriba hacia abajo de la cámara de plástico. (C-D) Fotos que muestran el sistema de inoculación completamente ensamblado (C), y una de las dos ganchos magnéticos (superior) y bisagras de ángulo recto (abajo) instaladas en una lámina de acrílico lateral como puerta (D). Tenga en cuenta que la ventana de inoculación es para desalojar y cepillar las esporas por parte del usuario (representadas por líneas de platos). Las líneas amarillas resaltan la medida del tamaño de la caja. Tener una cámara de inoculación es una ventaja, pero sin ella, la inoculación todavía se puede realizar con una caja de inoculación en una pequeña habitación o entorno con viento. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Ilustración del proceso de inoculación. (A) Imágenes que muestren mildiú polvoriento fresco en las hojas de las plantas indicadas. (B) Una imagen que muestra cómo sacudir las esporas de la malla golpeando suavemente las pinzas que agarran las hojas infectadas. (C) Imágenes que muestran dos finos cepillos de licuadora de abanico y cepillado suave de esporas en la malla. (D) Un dibujo esquemático que muestra las direcciones del cepillado de esporas en la malla que puede ayudar a dar como resultado una distribución uniforme de las esporas en las plantas en el fondo de la caja de inoculación. Es importante señalar que el uso de esporas frescas para la inoculación es fundamental para una infección exitosa. Según nuestra experiencia, los conidios producidos en hojas infectadas entre 8 y 12 dpi son frescos y pueden desprenderse fácilmente por agitación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4. Cajas de inoculación de cartón simples y provisionales para pruebas de infección. (A) Una caja de cartón para inocular plantas en un piso estándar. (B) Cajas de inoculación de tamaño mediano para inocular menos plantas. (C) Una pequeña caja de inoculación para inocular hojas desprendidas en una placa de Petri cuadrada que contiene medio MS-agar. Las líneas amarillas resaltan la medida del tamaño de la caja. Se pueden usar cajas de cartón de otros tamaños si se ajustan a los pisos que contienen plantas que se van a probar. Las cajas de plástico no deben usarse porque las esporas pueden ser atraídas a la superficie del plástico debido a su electricidad estática. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5. Evaluación de la uniformidad de la inoculación. (A) Un dibujo esquemático que muestra las posiciones de seis portaobjetos microscópicos en la parte inferior de un plano. Una micrografía representativa a la derecha muestra una distribución uniforme de esporas en el portaobjetos después de una inoculación pesada. Barra de escala = 200 μm. (B) Un gráfico de barras que muestra la densidad de esporas distribuidas en seis ubicaciones (1 a 6) como se muestra en (A) después de tres inoculaciones simuladas con esporas de cuatro (para inoculación ligera) o 15 (para inoculación pesada ) hojas infectadas completamente expandidas de plantas pad4-1 . Se contaron las esporas en un área de 4 x 0,25cm2 delimitadas por un cubrebocado de vidrio cuadriculado (de ibidi USA Inc. o de fabricación propia) en la parte superior de cada diapositiva. No se detectaron diferencias significativas en la densidad de esporas entre seis portaobjetos en cada uno de los dos esquemas de inoculación (prueba t de Student; p > 0,5). Las barras de error indican SD. (C) Plantas representativas de Arabidopsis Col-0 de tipo silvestre y pad4-1 mutante infectadas con G. cichoracearum UCSC1 a los 12 días después de una inoculación pesada. Tenga en cuenta que todas las plantas pad4-1 mostraron una mayor susceptibilidad a las enfermedades en comparación con las plantas Col-0. Múltiples factores determinan la uniformidad de la inoculación. En general, es relativamente más fácil lograr una inoculación uniforme cuando se utilizan suficientes inóculos para alcanzar una densidad de > 50 esporas/cm2. Los conidios frescos desalojados por agitación pueden desagregarse fácilmente y cepillarse individualmente a través de la malla. Los conidios viejos o muertos tienden a formar agregados, por lo que son difíciles de desalojar y dispersar. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Nuestro método de inoculación basado en caja mallada tiene varias ventajas sobre otros métodos de inoculación. En primer lugar, puede lograr una distribución uniforme de las esporas si se opera correctamente, como se demuestra en la Figura 5. En segundo lugar, el uso de malla de ~ 50 μm, más el desplazamiento de esporas mediante el suave movimiento de las hojas infectadas puede reducir la infección de las plantas por trips u otros insectos que infectan las plantas que están presentes en las plantas de origen. En tercer lugar, el uso de cajas de inoculación de diferentes tamaños para inocular plantas u hojas desprendidas dentro de la cámara de plástico (las cuales se pueden limpiar fácilmente rociando etanol al 75%) puede hacer un uso más efectivo del inóculo y reducir la contaminación cruzada. Encontramos que ninguna o muy pocas esporas de hongos escaparon de las cámaras de inoculación durante todo el proceso de inoculación.
Una caja de inoculación de buena calidad es clave para garantizar una inoculación uniforme. Encontramos que la caja de inoculación estándar se puede utilizar para inocular plantas jóvenes y maduras de Arabidopsis (Figura 1), plántulas de fresa, cardo de cerda y N. benthamiana (no se muestra). La altura de la caja puede aumentar aún más si las plantas miden más de cinco pulgadas para garantizar una distancia suficiente (> 5 pulgadas) desde la malla hasta las plantas debajo para permitir una distribución uniforme de las esporas. La altura de la cámara de plástico también puede aumentar en consecuencia para permitir el espacio adecuado para maniobrar el desprendimiento de esporas y el cepillado en la parte superior de la caja de inoculación.
El montaje uniforme y apretado de una malla de ~ 50 μm de elección en la tapa de la caja de inoculación es importante y requiere un cuidado adicional. El tamaño de poro es ligeramente más grande que las esporas de mildiú polvoriento que son en su mayoría de 30-40 μm de diámetro. La tapa se puede limpiar lavando con agua del grifo o rociando con etanol al 75% después de su uso. Recomendamos el uso de una malla de acero inoxidable de 48 μm, porque la malla es más duradera y durará más tiempo.
La cámara de inoculación crea un ambiente inmóvil y minimiza el escape de esporas durante el desplazamiento de esporas y / o el cepillado. La cámara está hecha de vidrio plástico transparente para que el usuario pueda ver a simple vista si las esporas desprendidas se distribuyen más o menos uniformemente en la malla antes del cepillado. Esto es especialmente importante si se requiere una inoculación ligera e uniforme. El cepillado suave pero rápido en diferentes direcciones también es importante, ya que puede dispersar las esporas agregadas y empujarlas a través de los poros individualmente, logrando una distribución uniforme después de que las esporas caen y se asienten en el fondo de la caja de inoculación. Para facilitar el manejo, la cámara de inoculación debe colocarse sobre una mesa con una altura adecuada de modo que el desplazamiento de esporas y el cepillado se puedan realizar fácilmente con las manos a través de la ventana de la cámara.
La inoculación basada en cajas malladas se puede ampliar o reducir mediante el uso de cajas de inoculación de diferentes tamaños. Las cajas de inoculación de malla simples y provisionales son fáciles de hacer y podrían lograr resultados satisfactorios si se usan correctamente. Es cierto que, en comparación con la inoculación con el método de torre de decantación accionada por vacío7, este método puede llevar más tiempo en el desplazamiento de esporas y el cepillado. Además, para inocular plantas grandes y altas, la caja de inoculación estándar descrita aquí puede ser demasiado pequeña, por lo que se debe usar una caja de inoculación más grande y una cámara más grande para lograr una inoculación uniforme. Para algunas especies de plantas como el tabaco y el pepino, las hojas desprendidas o los cotiledones pueden ser inoculados con este método para evaluar la susceptibilidad a enfermedades de toda la planta.
Los autores no tienen nada que revelar.
El trabajo fue apoyado por la National Science Foundation (IOS-1901566) a S. Xiao. Los autores desean agradecer a F. Coker y C. Hooks por el mantenimiento de la instalación de crecimiento de la planta, y a Jorge Zamora por la ayuda técnica asociada con la fabricación de la caja y la cámara de inoculación.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
48 µm stainless steel grid mesh screen; Size: 24" X 48" | Amazon | NA | For making the lid of an inoculation box |
#6-32 x ¾" machine screws, flat washers and nuts | Home Depot | NA | For making an inoculation chamber |
#6-32 zinc plated nylon lock nut (4-Pack) | Home Depot | NA | For making an inoculation chamber |
#6-32x3/8” Phillips flat head machine screws, flat washers and nuts | Home Depot | NA | For securing magnet door catch plates |
#8-32x1/2" machine screws, flat washers and nuts | Home Depot | NA | For securing corner braces and door hinge |
0.250 thick clear extruded acrylic film-masked sheet; Size: 17 ½" X 20" | Professional Plastics | SACR.250CEF | For making an inoculation chamber |
0.250 thick clear extruded acrylic film-masked sheet; Size: 18" X 20" | Professional Plastics | SACR.250CEF | For making an inoculation chamber |
0.250 thick clear extruded acrylic film-masked sheet; Size: 18" X 30" | Professional Plastics | SACR.250CEF | For making an inoculation chamber |
0.250 thick clear extruded acrylic film-masked sheet; Size: 20" X 29 ½ " | Professional Plastics | SACR.250CEF | For making an inoculation chamber |
1-5/8" cabinet door magnetic catch white | Home Depot | Model #P110-W | For making an inoculation chamber |
2" steel zinc-plated corner brace (8-Pack) | Home Depot | Model #13611 | For making an inoculation box & chamber |
3" Corner Clamp | Harbor Freight Tools | SKU 63653, 1852, 60589 | For making inoculation chamber |
3/4" steel zinc plated corner brace (4-Pack) | Home Depot | Model #13542 | For making an inoculation box & chamber |
4-7/8" zinc-plated light duty door pull handles | Home Depot | Model #15184 | For making an inoculation box |
Fine fan-blender brushes | Michaels Store | M10472846 | For inoculation |
Kelleher 3/4" x 3/4" x 36" wood square dowel | Home Depot | NA | For making the lid of an inoculation box |
Medium density fiberboard (1/4" x 2' x 4'); | Home Depot | Model# 1508104 | For making an inoculation box |
Round glass coverslips with a 500 µm grid | ibidi USA Inc. | 10816 | For determining spore density |
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