Name: measuring gene expression in bombarded barley aleurone layers with increased throughput
Uploaded: 2018-03-30T13:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 29 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measuring Gene Expression in Bombarded Barley Aleurone Layers with Increased Throughput at JoVE.com

Gli autori ringraziano Greyson Butler e Margaret Barrett per aiuto nello svolgere gli esperimenti, Judy Stone per consigli su omogeneizzazione di grano e Lynn Hannum per consigli su fluorometria. Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Science Foundation (IOB 0443676), di un premio per lo sviluppo istituzionale (IDeA) dal National Institute of General Medical Sciences, della National Institutes of Health, sotto concessione numero P20GM0103423 e da sovvenzioni da la divisione di Colby College di scienze naturali.

1. preparazione del Effector e Gene Reporter costruisce
<ol><li>Costruire costrutti effettrici che impiegano un promotore costitutivo (es. mais ubiquitina, UBI) all'espressione di unità da un telaio di lettura aperto desiderato. Ad esempio, costruire un plasmide contenente UBI::TaABF1 di forte espressione costitutiva unità di TaABF15.</li>
	<li>Costruire costruzioni del reporter che includono il promotore cui attività deve essere misurato, posto a Monte di un open reading frame, come GUS. Ad esempio, costruire un plasmide contenente HVA1::GUS per misurare l'espressione dal promotore HVA1 2,5.</li>
	<li>Costruire un costrutto di controllo interno (ad es. UBI::luciferasi).</li>
	<li>Utilizzando una colonna di silice associazione protocollo (Vedi Tabella materiali), preparare il plasmide di alta qualità per ciascuno dei costrutti gene richiesto. Usando la spettroscopia ultravioletta (Vedi Tabella materiali), accuratamente misurare la concentrazione di ogni preparazione del plasmide.</li>
</ol>2. preparazione di chicchi d'orzo per il bombardamento
<ol><li>Impostare un foglio di calcolo (per un esempio, vedere Figura 1 ) che indica i plasmidi che saranno bombardati, i trattamenti ormonali appropriati e altre informazioni pertinenti per ogni trattamento che sarà parte dell'esperimento.</li>
	<li>Utilizzando una lama di rasoio sterile e un tagliere, tagliare gli embrioni da chicchi di orzo Himalaya (40 per ogni trattamento incluso nell'esperimento). Escludere i grani che sono scolorite o sostanzialmente più piccole della media.</li>
	<li>Posizionare tutti i grani embryoless in una provetta da 50 mL. Aggiungere 40 mL di acqua e roccia per 10 minuti.</li>
	<li>Versare l'acqua con attenzione (per evitare di perdere i grani) e aggiungere 40 mL di candeggina al 10%. Roccia per 20 minuti.</li>
	<li>Versare la candeggina e aggiungere 40 mL di acqua sterile. Roccia per 5 minuti. Ripetere questo lavaggio di acqua sterile quattro volte di più.</li>
	<li>Aggiungere 40 mL di soluzione di Imbibing (succinato del sodio di 20 mM, 20 mM di cloruro di calcio, pH 5.0) e 40 μL di soluzione di riserva di cloramfenicolo (10 mg/mL).</li>
	<li>Trasferire la maggior parte della soluzione (con cloramfenicolo) assorbendo dal tubo in una piastra di Vermiculite (Vedi Tabella materiali). Quindi trasferire i grani sulla superficie della carta da filtro bagnata nella piastra di Vermiculite. Stendere in modo uniforme i grani. Versare in una soluzione abbastanza semplice per mantenere i grani parzialmente (ma non completamente) sommerso. Posizionare il coperchio sopra la piastra di Vermiculite.</li>
	<li>Incubare i grani embryoless a 24 ° C per circa 48 h con illuminazione fluorescente. Aggiungi ulteriori Imbibing soluzione come necessario.</li>
	<li>Aprire una capsula di Petri 90 mm plastica e versare 20 mL di soluzione di Imbibing nel piatto stesso e 20 mL nel coperchio rovesciato. Aggiungere 20 μL di cloramfenicolo (10 mg/mL) a ciascuno. Sterilizzare due paia di pinze a punta fine tuffandoli in alcool.</li>
	<li>Posto alcuni dei grani embryoless nel coperchio della piastra di petri. Utilizzando le pinze, rimuovere delicatamente il cappotto di seme (trasparente) da ogni grano. Durante la rimozione il cappotto di seme dal lato liscio del grano, non danneggiare le celle sottostanti (aleuronico). Trasferire il grano pelato di Petri contenente soluzione assorbendo.</li>
	<li>Dopo il cappotto di seme da tutti i grani di peeling, restituirli alla piastra di Vermiculite. Incubare i grani embryoless pelati a 24 ° C per 16-20 ore.</li>
	<li>Appena prima di usare i grani per il bombardamento, togliere l'umidità superficiale agitando loro tra carta da filtro in una capsula di Petri.</li>
</ol>3. preparazione del DNA del plasmide per bombardamento
<ol><li>Etichettare una provetta da 1,5 mL per ogni trattamento che verrà inclusi nell'esperimento bombardamento. A ciascuna provetta aggiungere 2,5 µ g di UBI:: plasmide controllo internoluciferasi , 2,5 µ g di un plasmide del reporter GUS e la quantità desiderata (in genere 0.025 µ g 2,5 µ g) di un plasmide dell'effettore. Aggiungere acqua per portare il volume totale a 5 µ l.</li>
	<li>Preparare 1,6 µm oro microcarriers (Vedi Tabella materiali) pubblicati protocolli6.</li>
	<li>Per ogni trattamento, aggiungere 50 µ l di sospensione microcarriers nella provetta da 1,5 mL contenente il DNA del plasmide. Cappotto microcarriers con DNA plasmidico secondo protocolli6 del produttore.</li>
	<li>Nella fase finale, quando il microcarriers rivestite con plasmide sono sospese in 48 µ l 100% di etanolo, dispensare 8 μL di sospensione microcarriers su ognuno dei cinque macrocarriers e consentire loro di aria secca.</li>
</ol>4. particelle bombardamento di chicchi d'orzo Embryoless
<ol><li>Impostare l'apparecchio di bombardamento di particelle (Vedi Tabella materiali)6.</li>
	<li>Inserire un disco di rottura psi 1550 il tappo ritegno e montarla sullo strumento.</li>
	<li>Posizionare un macrocarrier contenente la combinazione desiderata plasmide (insieme a una schermata di arresto) nel microcarrier lancio assieme. Inserire il gruppo nell'alloggiamento superiore della camera del bombardamento. Impostare la distanza tra il disco di rottura mantenendo il tappo e il coperchio di copertura macrocarrier alla distanza standard (6 mm) e inserire il supporto di schermo di arresto dalla posizione centrale (standard), che permette una distanza di viaggio di macrocarrier di 11 mm (Figura 2A).</li>
	<li>Organizzare embryoless 8 grani a raggiera stretto (con l'estremità più sottile punta verso l'interno) su un cerchio di carta da filtro che è registrato giù piatta al coperchio di una piastra di petri di 90 mm (Vedi Figura 2B).</li>
	<li>Posizionare il piatto con i grani nella camera di bombardamento, ad una distanza di 6 cm dalla schermata di arresto.</li>
	<li>Evacuare la camera di bombardamento a 95 kPa e poi bombardare il campione.</li>
	<li>Dopo aver rilasciato il vuoto, è possibile trasferire i grani hanno bombardati a una capsula di Petri con etichetta 60 mm contenente 4 mL di soluzione di Imbibing contenente 1 mg/ml di cloramfenicolo.</li>
	<li>Ripetere fino a quando tutti i bombardamenti sono stati completati. Incubare (su una piattaforma d'agitazione a 100 giri/min) a 24 ° C per 24 ore.</li>
</ol>5. estrazione della proteina solubile dai grani hanno bombardati
<ol><li>Usando il forcipe, rimuovere i 8 grani bombardati da una capsula di Petri 60mm e asciugare loro secco su un tovagliolo di carta. Dividere i grani in due tubi etichettati 2,0 mL (4 grani per tubo) ognuno dei quali contiene 800 μL rettifica Buffer (100 mM Na fosfato pH 7.2, 5 mM DTT, 10 µ g/mL leupeptina, 20% glicerolo) e una perlina di acciaio di 5 mm. Ripetere questo processo per tutti i cereali hanno bombardati.</li>
	<li>Inserire due cesti dell'omogeneizzatore perlina (fino a 48) 2,0 mL provette (Vedi Tabella materiali). Montare i rack sull'omogeneizzatore.</li>
	<li>Agitare i campioni a 30 Hz per 3 minuti.</li>
	<li>Rimuovere il rack omogeneizzatore dall'omogeneizzatore e metterli su ghiaccio (5 min) per ri-raffreddare i campioni.</li>
	<li>Montare i rack torna sull'omogeneizzatore - nell'orientamento opposto. Agitare nuovamente i campioni a 30 Hz per 3 minuti.</li>
	<li>Raffreddare le cremagliere su ghiaccio, quindi ripetere i passaggi 5.3 a 5.5. Questo aggiungerà fino a un totale di 12 minuti di agitazione.</li>
	<li>Centrifugare gli estratti di grano a 16.000 x g a 4 ° C per 10 minuti.</li>
	<li>
Decantare immediatamente dopo la centrifugazione, i sovranatante chiari in un secondo set di tubi per microcentrifuga. Dare ogni tubo un vortice veloce. Conservare i capillari sul ghiaccio.</li>
	<li>Dopo aver trasferito il supernatante, recuperare le sfere d'acciaio dai pellet così possono essere lavati e riutilizzati.</li>
</ol>6. misurazione di attività luciferasica da estratti di grano
<ol><li>Per ogni provetta di estrazione grana deve essere analizzato, preparare una provetta di vetro 12 mm x 75 mm contenente 200 μL di miscela di Luciferase Assay (45 mM Tris pH 7,7, 15 mM MgCl2, 20mm DTT, 1,5 mM EDTA, luciferina di 1 mM, 1 mM ATP del solfato).</li>
	<li>Aggiungere 100 μL del primo estratto di grano per il primo tubo di dosaggio. Vortice rapidamente per mescolare bene. Immediatamente inserire il tubo nel supporto del tubo del luminometro e chiudere la porta. Quando la misurazione è terminata, estrarre il tubo dal luminometro – lasciando la porta aperta per il posizionamento del tubo successivo.</li>
	<li>Ripetere questo processo fino a quando tutti i campioni sono stati misurati.</li>
</ol>7. misurazione dell'attività GUS da estratti di grano
<ol><li>Aggiungere 200 μL di tampone del saggio GUS (50mm Na fosfato pH 7.2, 2,5 mM 4-methylumbelliferyl - D-glucuronide, 10 mM DTT, 2 mM EDTA, 10 µ g/mL leupeptina, 20% metanolo, 0,02% di sodio azide) in ciascun pozzetto di una piastra ben 96.</li>
	<li>Mettere 50 μL di ogni estrazione grana nella corrispondente bene. Mescolare con la punta dopo l'aggiunta. Sigillare la parte superiore con pellicola sigillante.</li>
	<li>Incubare la piastra ben 96 a 37 ° C al buio per 20 ore.</li>
	<li>Centrifugare la piastra ben 96 a 4.000 x g a 4 ° C per 10 minuti e posizionarlo sul ghiaccio.</li>
	<li>Aggiungere 250 μL di 0,2 M Na2CO3 in ciascun pozzetto di una piastra ben nero 96.</li>
	<li>Aggiungere 6,25 μL di ogni miscela di analisi GUS centrifugato nella corrispondente bene (contenente 0,2 M Na2CO3) del nero 96 ben piatto. Mescolare con la punta dopo l'aggiunta. Includono i pozzetti con 6,25 μL di 10 μM, 40 μM e 100 μM 4-methylumbelliferone come standard.</li>
	<li>Posizionare la piastra nera in un fluorometro di piastra e leggere la fluorescenza di methylumbelliferone. Prendere le letture ad una lunghezza d'onda di eccitazione di 360 nm e una lunghezza d'onda di emissione di 460 nm. Impostare il guadagno dello strumento tale che un contenente 6,25 μL di 40 μM 4-methylumbelliferone e 250 μL di 0,2 M Na2CO3 dà una lettura di 1000 unità di fluorescenza.</li>
</ol>8. analisi dei dati
<ol><li>Immettere i valori per la luciferasi e dosaggi di GUS in un foglio di calcolo. Escludere dalla considerazione qualsiasi campione con una lettura di luciferasi inferiore a 20.000 luminescenza relativa unità s-1, come questo indica che i costrutti genici non sono stati recapitati correttamente per le cellule di aleurone.</li>
	<li>Per ogni granello con successo hanno bombardato l'Estratto (che rappresenta un gruppo di quattro grani embryoless), calcolare l'espressione di GUS normalizzato dai dati grezzi di GUS e luciferasi come segue: normalizzato GUS = [(espressione di GUS - GUS vuoto) x (2.000.000)] / (luciferase espressione – luciferasi in bianco). Nota: Questo normalizza la quantità di attività di GUS a quanto sarebbe stato osservato in un bombardamento che ha dato una lettura di luciferasi di 2.000.000.</li>
	<li>Segnalare il livello relativo di espressione di un costrutto particolare reporter in presenza di costrutti effettrici o trattamenti ormonali in fase di test confrontando il livello di espressione in assenza di effettori o ormoni.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Chen, K., An, Y. Q. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcriptional+responses+to+gibberellin+and+abscisic+acid+in+barley+aleurone.">Transcriptional responses to gibberellin and abscisic acid in barley aleurone.</a> J. Integ. Plant Biol. 48, 591-612 (2006).</li><li>Lanahan, M. B., Ho, T. H. D., Rogers, S. W., Rogers, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+gibberellin+response+complex+in+cereal+alpha-amylase+gene+promoters.">A gibberellin response complex in cereal alpha-amylase gene promoters.</a> Plant Cell. 4, 203-211 (1992).</li><li>Shen, Q., Zhang, P., Ho, T. H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modular+nature+of+abscisic+acid+(ABA)+response+complexes;+composite+promoter+units+that+are+necessary+and+sufficient+for+ABA+induction+of+gene+expression.">Modular nature of abscisic acid (ABA) response complexes; composite promoter units that are necessary and sufficient for ABA induction of gene expression.</a> Plant Cell. 8, 1107-1119 (1996).</li><li>G&#243;mez-Cadenas, A., Zentella, R., Walker-Simmons, M. K., Ho, T. H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gibberellin/abscisic+acid+antagonism+in+barley+aleurone+cells:+site+of+action+of+the+protein+kinase+PKABA1+in+relation+to+gibberellin+signaling+molecules.">Gibberellin/abscisic acid antagonism in barley aleurone cells: site of action of the protein kinase PKABA1 in relation to gibberellin signaling molecules.</a> Plant Cell. 13, 667-679 (2001).</li><li>Johnson, R. R., Shin, M., Shen, J. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+wheat+PKABA1-interacting+factor+TaABF1+mediates+both+abscisic+acid-suppressed+and+abscisic+acid-induced+gene+expression+in+bombarded+aleurone+cells.">The wheat PKABA1-interacting factor TaABF1 mediates both abscisic acid-suppressed and abscisic acid-induced gene expression in bombarded aleurone cells.</a> Plant Mol. Biol. 68, 93-103 (2008).</li><li>Harris, L. J., Martinez, S. A., Keyser, B. R., Dyer, W. E., Johnson, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+analysis+of+TaABF1+during+abscisic+acid+and+gibberellin+signaling+in+aleurone+cells+of+cereal+grains.">Functional analysis of TaABF1 during abscisic acid and gibberellin signaling in aleurone cells of cereal grains.</a> Seed Science Res. 23, 89-98 (2013).</li><li>Shen, Q., Casaretto, J., Zhang, P., Ho, T. H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+definition+of+ABA-response+complexes:+the+promoter+units+necessary+and+sufficient+for+ABA+induction+of+gene+expression+in+barley+(Hordeum+vulgare).">Functional definition of ABA-response complexes: the promoter units necessary and sufficient for ABA induction of gene expression in barley (Hordeum vulgare).</a> Plant Mol. Biol. 54, 111-124 (2004).</li><li>Ritchie, S., Gilroy, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abscisic+acid+signal+transduction+in+the+barley+aleurone+is+mediated+by+phospholipase+D+activity.">Abscisic acid signal transduction in the barley aleurone is mediated by phospholipase D activity.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95, 2697-2702 (1998).</li><li>Takemiya, A., Shimazaki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phosphatidic+acid+inhibits+blue+light-induced+stomatal+opening+via+inhibition+of+protein+phosphatase+1.">Phosphatidic acid inhibits blue light-induced stomatal opening via inhibition of protein phosphatase 1.</a> Plant Physiol. 153, 1555-1562 (2010).</li><li>Zou, X., Seeman, J. R., Neuman, D., Shen, Q. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+WRKY+gene+from+creosote+bush+encodes+an+activator+of+the+abscisic+acid+signaling+pathway.">A WRKY gene from creosote bush encodes an activator of the abscisic acid signaling pathway.</a> J. Biol. Chem. 279, 55770-55779 (2004).</li><li>Ishibashi, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+oxygen+species+are+involved+in+gibberellin/abscisic+acid+signaling+in+barley+aleurone+cells.">Reactive oxygen species are involved in gibberellin/abscisic acid signaling in barley aleurone cells.</a> Plant Physiol. 158, 1705-1714 (2012).</li><li>Piskurewicz, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+gibberellic+acid+signaling+repressor+RGL2+inhibits+Arabidopsis+seed+germination+by+stimulating+abscisic+acid+synthesis+and+ABI5+activity.">The gibberellic acid signaling repressor RGL2 inhibits Arabidopsis seed germination by stimulating abscisic acid synthesis and ABI5 activity.</a> Plant Cell. 20, 2729-2745 (2008).</li><li>Hong, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phosphorylation-mediated+regulation+of+a+rice+ABA+responsive+element+binding+factor.">Phosphorylation-mediated regulation of a rice ABA responsive element binding factor.</a> Phytochemistry. 72, 27-36 (2011).</li><li>Lopez-Molina, L., Mongrand, S., McLachlin, D. T., Chait, B. T., Chua, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ABI5+acts+downstream+of+ABI3+to+execute+an+ABA-dependent+growth+arrest+during+germination.">ABI5 acts downstream of ABI3 to execute an ABA-dependent growth arrest during germination.</a> Plant J. 32, 317-328 (2002).</li><li>Zhou, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SOS2-LIKE+PROTEIN+KINASE5,+an+SNF1-RELATED+PROTEIN+KINASE3-Type+protein+kinase,+is+important+for+abscisic+acid+responses+in+Arabidopsis+through+phosphorylation+of+ABSCISIC+ACID-INSESENSITIVE5.">SOS2-LIKE PROTEIN KINASE5, an SNF1-RELATED PROTEIN KINASE3-Type protein kinase, is important for abscisic acid responses in Arabidopsis through phosphorylation of ABSCISIC ACID-INSESENSITIVE5.</a> Plant Physiol. 168, 659-676 (2015).</li><li>Zong, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Feedback+regulation+of+ABA+signaling+and+biosynthesis+by+a+bZIP+transcription+factor+targets+drought-resistance-related+genes.">Feedback regulation of ABA signaling and biosynthesis by a bZIP transcription factor targets drought-resistance-related genes.</a> Plant Physiol. 171, 2810-2825 (2016).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

L'introduzione del gene dell'effettore costrutti tramite bombardamento di particelle, seguita dall'espressione transitoria di costruzioni del reporter è una strategia importante per il ruolo degli attori particolari nella segnalazione di GA/ABA e nel gene ormone-regolata risultante di dissezione espressione. Tuttavia, i protocolli esistenti per lo svolgimento di tali esperimenti in orzo aleuronico cellule2,3,4,<su...

Lo strato aleuronico orzo è un sistema consolidato modello per lo studio dell'espressione di gene ormone-regolato in piante1. In particolare, un numero di geni richiesti per la germinazione o lo sviluppo iniziale del semenzale è attivato da gibberelline (GA), mentre i geni associati con le risposte di sforzo sono attivati da acido abscissico (ABA). La GA e ABA vie di segnalazione sono intrecciate, come l'espressione di alcuni geni attivati dal GA è inibita da ABA e viceversa1.
Una strategia importante per comprendere che il ruolo degli attori particolari nella segnalazione di GA/ABA è stata l'introduzione di costrutti genici effettrici tramite bombardamento di particelle, seguita dall'espressione transitoria di costruzioni del reporter che consentono l'effetto risultante sul espressione genica a valle deve essere determinato. L'uso di geni reporter come GUS (β-glucuronidasi) o Luciferase permette la misura sensibile e quantitativa dell'espressione genica in particolare all'interno delle cellule che hanno ricevuto il costrutto dell'effettore. Ad esempio, l'introduzione di un costrutto di effettori che codifica per il fattore di trascrizione TaABF15,6 stabilito che geni indotti da ABA come HVA1 sono indotte da TaABF1, mentre GA-indotta di geni come Amy32b sono repressi. Bombardamento di particelle come una strategia sperimentale è stato utilizzato da più laboratori di approfondire diversi aspetti della GA/ABA segnalazione. Tale lavoro ha portato all'identificazione di elementi promotore importanti per l'attivazione indotta da GA2 sia geni indotti da ABA3e alla scoperta della proteina chinasi4 e fattori di trascrizione5 che regolano la espressione di questi geni.
Gli esistenti protocolli2,3,4,5,6 per bombardamento di particelle e successiva misura della espressione genica transitoria sono abbastanza laborioso, come ogni set di bombardato a malapena grani è omogeneizzato a mano in un mortaio e pestello e l'analisi dell'enzima sono effettuate individualmente. Questo manoscritto segnala un protocollo migliorato che parzialmente automatizza e semplifica il passaggio di omogeneizzazione e GUS saggi per consentire una velocità effettiva significativamente maggiore, permettendo un maggior numero di trattamenti da sottoporre all'esperimento stesso, e/o la inclusione di ulteriori repliche per ogni trattamento ottenere altri risultati statisticamente robusti. Risultati rappresentativi sono indicati per l'espressione di HVA1 e Amy32b costruzioni del reporter, regolata dal fattore di trascrizione TaABF1 nonché da GA, ABA e altre molecole regolatrici.

<table><tbody><tr><td>GeneElute HP plasmid Maxiprep kit</td><td>Sigma</td><td>NA0310-1KT</td><td></td></tr><tr><td>UV-vis spectrophotometer</td><td>Nanodrop</td><td>ND-1000</td><td></td></tr><tr><td>Himalaya barley grains</td><td>/</td><td>/</td><td>A variety of hulless barley (store in the dark at 4&amp;deg; C)</td></tr><tr><td>sodium succinate</td><td>Sigma</td><td>S2378</td><td>Reagent for Imbibing Solution</td></tr><tr><td>calcium chloride (dihydrate)</td><td>Fisher</td><td>C79-500</td><td>Reagent for Imbibing Solution</td></tr><tr><td>Imbibing Solution</td><td>home made</td><td>/</td><td>20 mM sodium succinate, 20 mM calcium chloride, pH 5.0. Sterilize by autoclaving before use.</td></tr><tr><td>chloramphenicol</td><td>Sigma</td><td>C0378</td><td>Prepare a 10 mg/mL stock solution in 70% ethanol.</td></tr><tr><td>vermiculite</td><td>Fisher</td><td>NC0430369</td><td>Used for vermiculite plates.</td></tr><tr><td>filter paper circles (90 mm)</td><td>Whatman</td><td>1001 090</td><td>Used for vermiculite and for pre-bombardment grain preparation</td></tr><tr><td>Vermiculite Plates</td><td>home made</td><td>/</td><td>Add 50 mL of vermiculite to a glass petri dish. Place a 90 mm paper circle on top of the vermiculite. Autoclave.</td></tr><tr><td>forceps (fine pointed)</td><td>Fisher</td><td>13-812-42</td><td>Used for removing seed coat from barley grains.</td></tr><tr><td>forceps (ultra fine point)</td><td>Fisher</td><td>12-000-122</td><td>Used for removing seed coat from barley grains.</td></tr><tr><td>gold microcarriers (1.6 &amp;mu;m)</td><td>BioRad</td><td>1652264</td><td></td></tr><tr><td>macrocarriers</td><td>BioRad</td><td>1652335</td><td></td></tr><tr><td>calcium chloride (dihydrate)</td><td>Fisher</td><td>C79-500</td><td>Prepare a 2.5 M stock solution and store 1 mL aliquots at -20&amp;deg; C.</td></tr><tr><td>spermidine</td><td>Sigma</td><td>S0266</td><td>Prepare a 100 mM stock solution and store 500 &amp;mu;L aliquots at -20&amp;deg; C (use within 2 months).</td></tr><tr><td>rupture discs (1550 psi)</td><td>BioRad</td><td>1652331</td><td></td></tr><tr><td>stopping screens</td><td>BioRad</td><td>1652336</td><td></td></tr><tr><td>macrocarrier holders</td><td>BioRad</td><td>1652322</td><td></td></tr><tr><td>Biolistic particle delivery system</td><td>BioRad</td><td>PDS-1000/He</td><td></td></tr><tr><td>sodium phosphate monobasic monohydrate</td><td>Sigma</td><td>S9638</td><td>Reagent for 1M sodium phosphate pH 7.2</td></tr><tr><td>sodium phosphate dibasic</td><td>Sigma</td><td>S9763</td><td>Reagent for 1M sodium phosphate pH 7.2</td></tr><tr><td>1M sodium phosphate pH 7.2</td><td>home made</td><td>/</td><td>Combine 6.9 g of sodium phosphate monobasic monohydrate with 7.1 g of sodium phosphate dibasic. Add water to 100 mL. Add NaOH to get pH 7.2.</td></tr><tr><td>dithiothrietol (DTT)</td><td>Sigma</td><td>43819</td><td>Dissolve in water to 1 M. Store at -20&amp;deg; in 1 mL aliquots.</td></tr><tr><td>leupeptin</td><td>Sigma</td><td>L2884</td><td>Dissolve in water to 10 mg/mL. Store at -20&amp;deg; C.</td></tr><tr><td>glycerol</td><td>Sigma</td><td>G5516</td><td>Prepare a 50% solution in water.</td></tr><tr><td>Grinding Buffer</td><td>home made</td><td>/</td><td>Combine 10 mL of 1 M sodium phosphate pH 7.2, 500 &amp;mu;L of 1 M DTT, 100 &amp;mu;L of 10 mg/mL leupeptin, and 40 mL of 50% glycerol. Add water to 100 mL.</td></tr><tr><td>stainlesss steel beads (5 mm)</td><td>Qiagen</td><td>69989</td><td></td></tr><tr><td>2.0 mL tubes</td><td>Eppendorf</td><td>22363352</td><td>This specific model of tube is recommended for use with the homogenizer.</td></tr><tr><td>bead homogenizer (TissueLyser)</td><td>Qiagen</td><td>85210</td><td></td></tr><tr><td>12mm x 75 mm glass test tubes</td><td>Fisher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>luciferin</td><td>Goldbio</td><td>LUCK-100</td><td>Prepare a 25 mM stock solution and store 1 mL aliquots at -20&amp;deg; C.</td></tr><tr><td>ATP</td><td>Sigma</td><td>A7699</td><td>Prepare a 100 mM stock solution and store 250 &amp;mu;L aliquots at -20&amp;deg;&amp;nbsp;C.</td></tr><tr><td>Tris base</td><td>Sigma</td><td>T1503</td><td>Reagent for 1M Tris sulfate pH 7.7.</td></tr><tr><td>sulfuric acid</td><td>Sigma</td><td>258105</td><td>Reagent for 1M Tris sulfate pH 7.7.</td></tr><tr><td>1M Tris sulfate pH 7.7</td><td>home made</td><td>/</td><td>Dissolve 12.1 g Tris base in 100 mL of water. Adjust pH to 7.7 with sulfuric acid.</td></tr><tr><td>magnesium chloride</td><td>Sigma</td><td>M9397</td><td>Dissolve in water to 2 M.</td></tr><tr><td>Luciferase Assay Buffer (LAB)</td><td>home made</td><td>/</td><td>Combine 3 mL of 1 M Tris sulfate pH 7.7, 500 &amp;mu;L of 2 M magnesium chloride, 1 mL of 1 M DTT, and 200 &amp;mu;L of 0.5 M EDTA. Add water to 50&amp;nbsp;mL.</td></tr><tr><td>Luciferase Assay Mixture</td><td>home made</td><td>/</td><td>Combine 15 mL of LAB, 800 &amp;mu;L of 25 mM luciferin, 200 &amp;mu;L of 100 mM ATP, and 4 mL of water. This makes enough assay mixture (20&amp;nbsp;mL) for 100 luciferase assays.</td></tr><tr><td>luminometer (Sirius)</td><td>Berthold</td><td>/</td><td></td></tr><tr><td>4-methylumbelliferyl-&amp;beta;-D-glucuronide (MUG)</td><td>Goldbio</td><td>MUG1</td><td>Dissolve in DMSO to 100 mM.</td></tr><tr><td>sodium azide</td><td>Sigma</td><td>S8032</td><td>Prepare a 2% stock solution in water and store 1 mL aliquots at -20&amp;deg; C.</td></tr><tr><td>96 well plates (standard)</td><td>Fisher</td><td>12565501</td><td></td></tr><tr><td>GUS assay buffer</td><td>home made</td><td>/</td><td>Combine 2.5 mL of MUG, 5 mL of 1 M sodium phosphate pH 7.2, 400 &amp;mu;L of 0.5 M EDTA, 1 mL of 1 M DTT, 100 &amp;mu;L of 10 mg/ml leupeptin, 20 mL of methanol, and 1 mL of 2% sodium azide. Add water to 100 mL.</td></tr><tr><td>TempPlate sealing film</td><td>USA Scientific</td><td>2921-1000</td><td></td></tr><tr><td>96 well plates (black)</td><td>Costar</td><td>3916</td><td></td></tr><tr><td>sodium carbonate</td><td>Sigma</td><td>S7795</td><td>Prepare a 200 mM solution in water.</td></tr><tr><td>4-methylumbelliferone</td><td>Sigma</td><td>M1381</td><td>Prepare a 100 &amp;mu;M solution in water. Freeze 1 mL aliquots at -20&amp;deg;&amp;nbsp;C.</td></tr><tr><td>microplate fluouresence reader</td><td>Bio-Tek</td><td>FLX-800</td><td></td></tr></tbody></table>

measuring gene expression in bombarded barley aleurone layers with increased throughput

Lo strato aleuronico di chicchi d'orzo è un importante sistema modello per l'espressione di gene ormone-regolato nelle piante. In cellule di aleurone, geni richiesti per la germinazione o lo sviluppo iniziale del semenzale attivati da gibberelline (GA), mentre i geni associati con le risposte di sforzo sono attivati da acido abscissico (ABA). I meccanismi di segnalazione GA e ABA possono essere interrogati dall'introduzione di costruzioni di gene del reporter in cellule di aleurone via bombardamento di particelle, con l'espressione transitoria risultante misurata mediante analisi dell'enzima. Un protocollo migliorato è segnalato che parzialmente automatizza e semplifica il passaggio di omogeneizzazione di grano e l'analisi dell'enzima, che consente una velocità effettiva significativamente maggiore rispetto ai metodi esistenti. Omogeneizzazione dei campioni grano viene effettuata utilizzando un omogeneizzatore automatizzato del tessuto, e GUS (β-glucuronidasi) le analisi sono effettuate utilizzando un sistema di piastra a 96 pozzetti. Risultati rappresentativi utilizzando il protocollo suggeriscono che l'attività della fosfolipasi D può svolgere un ruolo importante nell'attivazione dell'espressione genica di HVA1 di ABA, attraverso il fattore di trascrizione TaABF1.

La tecnica qui descritta può essere utilizzata per introdurre qualsiasi costruzione di prova gene nelle cellule di aleurone di chicchi d'orzo. Il livello di espressione dal gene test quindi può essere convenientemente misurato (Figura 2). Il protocollo di throughput superiore descritto qui notevolmente aumenta l'efficienza del seme macinazione e la procedura di analisi enzima. Questo metodo è stato utilizzato per valutare la capacità del fattore di trascr...

Watch this Scientific Journal Video about Measuring Gene Expression in Bombarded Barley Aleurone Layers with Increased Throughput at JoVE.com

Measuring Gene Expression in Bombarded Barley Aleurone Layers with Increased Throughput

Un protocollo migliore è presentato per la misura dell'espressione genica transitoria da costruzioni del reporter in cellule di aleurone di orzo dopo il bombardamento di particelle. La combinazione di grano automatizzato rettifica con analisi dell'enzima piastra a 96 pozzetti fornisce throughput elevato per la procedura.

Espressione genica in strati di Aleurone orzo bombardati con aumento della velocità di misura

The aleurone layer of barley grains is an important model system for hormone-regulated gene expression in plants. In aleurone cells, genes required for ...

measuring-gene-expression-bombarded-barley-aleurone-layers-with

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Genetics

6.4K Views.  Colby College. Un protocollo migliore è presentato per la misura dell'espressione genica transitoria da costruzioni del reporter in cellule di aleurone di orzo dopo il bombardamento di particelle. La combinazione di grano automatizzato rettifica con analisi dell'enzima piastra a 96 pozzetti fornisce throughput elevato per la procedura.

Video: Measuring Gene Expression in Bombarded Barley Aleurone Layers with Increased Throughput

Measuring mRNA Levels Over Time During the Yeast S. cerevisiae Hypoxic Response

Complex changes in gene expression typically mediate a large portion of a cellular response. Each gene may change expression with unique kinetics as the gene is regulated by the particular timing of one of many stimuli, signaling pathways or secondary effects. In order to capture the entire gene expression response to hypoxia in the yeast S. cerevisiae, RNA-seq analysis was used to monitor the mRNA levels of all genes at specific times after exposure to hypoxia. Hypoxia was established by growing cells in ~100% N2 gas. Importantly, unlike other hypoxic studies, ergosterol and unsaturated fatty acids were not added to the media because these metabolites affect gene expression. Time points were chosen in the range of 0 - 4 h after hypoxia because that period captures the major changes in gene expression. At each time point, mid-log hypoxic cells were quickly filtered and frozen, limiting exposure to O2 and concomitant changes in gene expression. Total RNA was extracted from cells and used to enrich for mRNA, which was then converted to cDNA. From this cDNA, multiplex libraries were created and eight or more samples were sequenced in one lane of a next-generation sequencer. A post-sequencing pipeline is described, which includes quality base trimming, read mapping and determining the number of reads per gene. DESeq2 within the R statistical environment was used to identify genes that change significantly at any one of the hypoxic time points. Analysis of three biological replicates revealed high reproducibility, genes of differing kinetics and a large number of expected O2-regulated genes. These methods can be used to study how the cells of various organisms respond to hypoxia over time and adapted to study gene expression during other cellular responses.

Measuring mRNA Levels Over Time During the Yeast S. cerevisiae Hypoxic Response

Here, we present a protocol using RNA-seq to monitor mRNA levels over time during the hypoxic response of S. cerevisiae cells. This method can be adapted to analyze gene expression during any cellular response.

Misurazione dei livelli di mRNA nel tempo durante la risposta Hypoxic lievito s. cerevisiae

Complex changes in gene expression typically mediate a large portion of a cellular response. Each gene may change expression with unique kinetics as the ...

Ricerca

Genetica

Saccharomyces cerevisiae Metabolic Labeling with 4-thiouracil and the Quantification of Newly Synthesized mRNA As a Proxy for RNA Polymerase II Activity

Global defects in RNA polymerase II transcription might be overlooked by transcriptomic studies analyzing steady-state RNA. Indeed, the global decrease in mRNA synthesis has been shown to be compensated by a simultaneous decrease in mRNA degradation to restore normal steady-state levels. Hence, the genome-wide quantification of mRNA synthesis, independently from mRNA decay, is the best direct reflection of RNA polymerase II transcriptional activity. Here, we discuss a method using non-perturbing metabolic labeling of nascent RNAs in Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae). Specifically, the cells are cultured for 6 min with a uracil analog, 4-thiouracil, and the labeled newly transcribed RNAs are purified and quantified to determine the synthesis rates of all individual mRNA. Moreover, using labeled Schizosaccharomyces pombe cells as internal standard allows comparing mRNA synthesis in different S. cerevisiae strains. Using this protocol and fitting the data with a dynamic kinetic model, the corresponding mRNA decay rates can be determined.

Saccharomyces cerevisiae Metabolic Labeling with 4-thiouracil and the Quantification of Newly Synthesized mRNA As a Proxy for RNA Polymerase II Activity

The protocol described here is based on the genome-wide quantification of newly synthesized mRNA purified from yeast cells labeled with 4-thiouracil. This method allows to measure mRNA synthesis uncoupled from mRNA decay and, thus, provides an accurate measurement of RNA polymerase II transcription.

Saccharomyces cerevisiae Metabolica etichettatura con 4-tiouracile e la quantificazione di nuova sintesi mRNA come Proxy per attività di RNA polimerasi II

Global defects in RNA polymerase II transcription might be overlooked by transcriptomic studies analyzing steady-state RNA. Indeed, the global decrease in ...

Isolation of High Purity Tissues from Developing Barley Seeds

Understanding the mechanisms regulating the development of cereal seeds is essential for plant breeding and increasing yield. However, the analysis of cereal seeds is challenging owing to the minute size, the liquid character of some tissues, and the tight inter-tissue connections. Here, we demonstrate a detailed protocol for dissection of the embryo, endosperm, and seed maternal tissues at early, middle, and late stages of barley seed development. The protocol is based on a manual tissue dissection using fine-pointed tools and a binocular microscope, followed by ploidy analysis-based purity control. Seed maternal tissues and embryos are diploid, while the endosperm is triploid tissue. This allows the monitoring of sample purity using flow cytometry. Additional measurements revealed the high quality of RNA isolated from such samples and their usability for high-sensitivity analysis. In conclusion, this protocol describes how to practically dissect pure tissues from developing grains of cultivated barley and potentially also other cereals.

Here we present a protocol for high purity manual isolation and quality control of embryo, endosperm and seed maternal tissues during entire barley seed development.

Understanding the mechanisms regulating the development of cereal seeds is essential for plant breeding and increasing yield. However, the analysis of ...

Obtaining High-Quality Transcriptome Data from Cereal Seeds by a Modified Method for Gene Expression Profiling

The characterization of gene expression is dependent on RNA quality. In germinating, developing and mature cereal seeds, the extraction of high-quality RNA is often hindered by high starch and sugar content. These compounds can reduce both the yield and the quality of the extracted total RNA. The deterioration in quantity and quality of total RNA can subsequently have a significant impact on the downstream transcriptomic analyses, which may not accurately reflect the spatial and/or temporal variation in the gene expression profile of the samples being tested. In this protocol, we describe an optimized method for extraction of total RNA with sufficient quantity and quality to be used for whole transcriptome analysis of cereal grains. The described method is suitable for several downstream applications used for transcriptomic profiling of developing, germinating, and mature cereal seeds. The method of transcriptome profiling using a microarray platform is shown. This method is specifically designed for gene expression profiling of cereals with described genome sequences. The detailed procedure from microarray handling to final quality control is described. This includes cDNA synthesis, cRNA labelling, microarray hybridization, slide scanning, feature extraction, and data quality validation. The data generated by this method can be used to characterize the transcriptome of cereals during germination, in various stages of grain development, or at different biotic or abiotic stress conditions. The results presented here exemplify high-quality transcriptome data amenable for downstream bioinformatics analyses, such as the determination of differentially expressed genes (DEGs), characterisation of gene regulatory networks, and conducting transcriptome-wide association study (TWAS).

A method for transcriptome profiling of cereals is presented. The microarray-based gene expression profiling starts with the isolation of high-quality total RNA from cereal grains and continues with the generation of cDNA. After cRNA labelling and microarray hybridization, recommendations are given for signal detection and quality control.

Ottenere dati trascrittomi di alta qualità dai semi di cereali con un metodo modificato per la profilazione dell'espressione genica

The characterization of gene expression is dependent on RNA quality. In germinating, developing and mature cereal seeds, the extraction of high-quality ...

Biochimica

Global Gene Expression Analysis Using a Zebrafish Oligonucleotide Microarray Platform

Gene microarray technology permits quantitative measurement and gene expression profiling of transcript levels on a genome-wide basis. Gene microarray technology is used in numerous biological disciplines in a variety of applications including global gene expression analysis in relation to developmental stage, to a disease state, and in toxic responses. Herein, we include a demonstration of global gene expression analysis using a comprehensive zebrafish-specific oligonucleotide microarray platform. The zebrafish expression microarray platform contains 385,000 probes, 60 base pairs in length, interrogating 37,157 targets with up to 12 probes per target. For this platform, all cDNA and genomic information available for the zebrafish was collected from various genomic databases including Ensembl (http://www.ensembl.org), VEGA (http://vega.sanger.ac.uk), UCSC (http://genome.ucsc.edu), and ZFIN (http://www.zfin.org). As a result this expression array provides complete coverage of the current zebrafish transcriptome. The zebrafish expression microarray was printed by Roche NimbleGen (Madison, WI). This technical demonstration includes the fluorescent labeling of a cDNA product, hybridization of the labeled cDNA product to the microarray platform, and array scanning for signal acquisition using the one color analysis strategy.  

Gene microarrays are powerful tools in gene expression profiling at a genome-wide level. This technology has application in a variety of biological disciplines including developmental biology and toxicology. In this video, we detail a protocol for global gene expression analysis using a comprehensive oligonucleotide microarray platform for the zebrafish.

Analisi di espressione genica globale Utilizzando un Zebrafish piattaforma Microarray oligonucleotidi

Gene microarray technology permits quantitative measurement and gene expression profiling of transcript levels on a genome-wide basis. Gene microarray ...

Biologia

Robotics and Dynamic Image Analysis for Studies of Gene Expression in Plant Tissues

Gene expression in plant tissues is typically studied by destructive extraction of compounds from plant tissues for in vitro analyses. The methods presented here utilize the green fluorescent protein (gfp) gene for continual monitoring of gene expression in the same pieces of tissues, over time. The gfp gene was placed under regulatory control of different promoters and introduced into lima bean cotyledonary tissues via particle bombardment. Cotyledons were then placed on a robotic image collection system, which consisted of a fluorescence dissecting microscope with a digital camera and a 2-dimensional robotics platform custom-designed to allow secure attachment of culture dishes. Images were collected from cotyledonary tissues every hour for 100 hours to generate expression profiles for each promoter. Each collected series of 100 images was first subjected to manual image alignment using ImageReady to make certain that GFP-expressing foci were consistently retained within selected fields of analysis. Specific regions of the series measuring 300 x 400 pixels, were then selected for further analysis to provide GFP Intensity measurements using ImageJ software. Batch images were separated into the red, green and blue channels and GFP-expressing areas were identified using the threshold feature of ImageJ. After subtracting the background fluorescence (subtraction of gray values of non-expressing pixels from every pixel) in the respective red and green channels, GFP intensity was calculated by multiplying the mean grayscale value per pixel by the total number of GFP-expressing pixels in each channel, and then adding those values for both the red and green channels. GFP Intensity values were collected for all 100 time points to yield expression profiles. Variations in GFP expression profiles resulted from differences in factors such as promoter strength, presence of a silencing suppressor, or nature of the promoter. In addition to quantification of GFP intensity, the image series were also used to generate time-lapse animations using ImageReady. Time-lapse animations revealed that the clear majority of cells displayed a relatively rapid increase in GFP expression, followed by a slow decline. Some cells occasionally displayed a sudden loss of fluorescence, which may be associated with rapid cell death. Apparent transport of GFP across the membrane and cell wall to adjacent cells was also observed. Time lapse animations provided additional information that could not otherwise be obtained using GFP Intensity profiles or single time point image collections.

We report a method for introduction, tracking and quantitative analysis of GFP expression in plant cells. This method utilizes a custom-designed robotics system for semi-continuous image collection from large numbers of samples, over time. We also demonstrate the use of ImageJ and ImageReady for analysis of image series.

Robotica e Image Analysis dinamica per gli Studi di espressione genica nei tessuti vegetali

Gene expression in plant tissues is typically studied by destructive extraction of compounds from plant tissues for in vitro analyses. The methods ...

A Cell-to-cell Macromolecular Transport Assay in Planta Utilizing Biolistic Bombardment

Here, we present a simple and rapid protocol to detect and assess the extent of cell-to-cell macromolecular transport in planta. In this protocol, a fluorescently tagged-protein of interest is transiently expressed in plant tissue following biolistic delivery of its encoding DNA construct. The intra- and intercellular distribution of the tagged protein is then analyzed by confocal microscopy. We describe this technology in detail, providing step-by-step protocols to assay and evaluate the extent of symplastic protein transport in three plant species, Arabidopsis thaliana, Nicotiana benthamiana and N. tabacum (tobacco).

A Cell-to-cell Macromolecular Transport Assay in Planta Utilizing Biolistic Bombardment

Macromolecular trafficking between plant cells can be assessed by transiently expressing a fluorescently-tagged protein of interest and analyzing its intra- and intercellular distribution by confocal microscopy.

Una cellula-cellula Macromolecole saggio di trasporto In Planta Utilizzando Bombardamento Biolistic

Here, we present a simple and rapid protocol to detect and assess the extent of cell-to-cell macromolecular transport in planta. In this protocol, a ...

Competitive Genomic Screens of Barcoded Yeast Libraries

By virtue of advances in next generation sequencing technologies, we have access to new genome sequences almost daily. The tempo of these advances is accelerating, promising greater depth and breadth. In light of these extraordinary advances, the need for fast, parallel methods to define gene function becomes ever more important. Collections of genome-wide deletion mutants in yeasts and E. coli have served as workhorses for functional characterization of gene function, but this approach is not scalable, current gene-deletion approaches require each of the thousands of genes that comprise a genome to be deleted and verified. Only after this work is complete can we pursue high-throughput phenotyping. Over the past decade, our laboratory has refined a portfolio of competitive, miniaturized, high-throughput genome-wide assays that can be performed in parallel. This parallelization is possible because of the inclusion of DNA 'tags', or 'barcodes,' into each mutant, with the barcode serving as a proxy for the mutation and one can measure the barcode abundance to assess mutant fitness. In this study, we seek to fill the gap between DNA sequence and barcoded mutant collections. To accomplish this we introduce a combined transposon disruption-barcoding approach that opens up parallel barcode assays to newly sequenced, but poorly characterized microbes. To illustrate this approach we present a new Candida albicans barcoded disruption collection and describe how both microarray-based and next generation sequencing-based platforms can be used to collect 10,000 - 1,000,000 gene-gene and drug-gene interactions in a single experiment.

We have developed comprehensive, unbiased genome-wide screens to understand gene-drug and gene-environment interactions. Methods for screening these mutant collections are presented.

Schermi competitivo genomica delle Biblioteche di lievito con codice a barre

By virtue of advances in next generation sequencing technologies, we have access to new genome sequences almost daily.  The tempo of these advances is ...

High Throughput Yeast Strain Phenotyping with Droplet-Based RNA Sequencing

The powerful tools available to edit yeast genomes have made this microbe a valuable platform for engineering. While it is now possible to construct libraries of millions of genetically distinct strains, screening for a desired phenotype remains a significant obstacle. With existing screening techniques, there is a tradeoff between information output and throughput, with high-throughput screening typically being performed on one product of interest. Therefore, we present an approach to accelerate strain screening by adapting single cell RNA sequencing to isogenic picoliter colonies of genetically engineered yeast strains. To address the unique challenges of performing RNA sequencing on yeast cells, we culture isogenic yeast colonies within hydrogels and spheroplast prior to performing RNA sequencing. The RNA sequencing data can be used to infer yeast phenotypes and sort out engineered pathways. The scalability of our method addresses a critical obstruction in microbial engineering.

A bottleneck in the &#8216;design-build-test&#8217; cycle of microbial engineering is the speed at which we can perform functional screens of strains. We describe a high-throughput method for strain screening applied to hundreds to thousands of yeast cells per experiment that utilizes droplet-based RNA sequencing.

Phenotipizzazione del ceppo di lievito ad alta velocità effettiva con sequenziamento dell'RNA basato su droplet

The powerful tools available to edit yeast genomes have made this microbe a valuable platform for engineering. While it is now possible to construct ...

Bioingegneria

Temporal Quantification of MAPK Induced Expression in Single Yeast Cells

The quantification of gene expression at the single cell level uncovers novel regulatory mechanisms obscured in measurements performed at the population level. Two methods based on microscopy and flow cytometry are presented to demonstrate how such data can be acquired. The expression of a fluorescent reporter induced upon activation of the high osmolarity glycerol MAPK pathway in yeast is used as an example. The specific advantages of each method are highlighted. Flow cytometry measures a large number of cells (10,000) and provides a direct measure of the dynamics of protein expression independent of the slow maturation kinetics of the fluorescent protein. Imaging of living cells by microscopy is by contrast limited to the measurement of the matured form of the reporter in fewer cells. However, the data sets generated by this technique can be extremely rich thanks to the combinations of multiple reporters and to the spatial and temporal information obtained from individual cells. The combination of these two measurement methods can deliver new insights on the regulation of protein expression by signaling pathways.

Two complementary methods based on flow cytometry and microscopy are presented which enable the quantification, at the single cell level, of the dynamics of gene expression induced by the activation of a MAPK pathway in yeast.

La quantificazione temporale di espressione MAPK indotta in cellule di lievito singole

The quantification of gene expression at the  single cell level uncovers novel regulatory mechanisms obscured in measurements  performed at the population ...