Name: identification of plasmodesmal localization sequences in proteins in planta
Uploaded: 2017-08-15T12:30:00.000+00:00
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Für den Mangel an Raum meist Review-Artikel haben wir angeführt, und wir entschuldigen uns bei unseren Kollegen, deren ursprüngliche Arbeit nicht zitiert wurde. Die Arbeit im Labor V.C. wird unterstützt durch Zuschüsse aus NIH, NSF, USDA/NIFA, BARDEN und BSF, V.C. und das S.G.L. Labor wird unterstützt von NIH und Fonds aus den Abteilungen der Pflanzenpathologie und Pflanze-Mikroben Biologie, S.G.L.

(1) Pflanzenmaterial
<ol><li>Wahl der Pflanzenarten</li>
	<li>Verwenden Sie die Pflanzenarten heimisch in das Protein von Interesse, d. h., die dieses Protein für körpereigene Proteine kodiert oder der natürliche Wirt für den Erreger für virale Proteine darstellt. Darüber hinaus müssen die ausgewählten Pflanzenarten der gewählten Methode der Transienten genetische Transformation zugänglich sein. Hinweis: Die Studien beschäftigen routinemäßig Nicotiana Benthamiana, die einen guten Gastgeber für TMV darstellt und effizient durch die gentechnische Transformation mit Agrobakterien-vermittelten Technik, d. h., Agroinfiltration umgewandelt (siehe Schritt 3). N. Benthamiana Pflanzen auch leicht angebaut und haben große Blätter, die leicht durch Agrobacterium geimpft sind und leicht durch konfokale Mikroskopie analysiert.</li>
	<li>
Pflanzenwachstum
	<ol>
<li>Pflanzensamen Sie N. Benthamiana in feuchter Erde in hoher Dichte. Halten sie in einer kontrollierten Umgebung Kammer bei 20-25 ° c unter 16 h Licht bei ~ 75 µmol Photonen m-2 s-1 und 8 Stunden der Dunkelheit. Nachdem der Durchmesser des Euphyll 0,5 cm erreicht hat, sorgfältig übertragen Sie die Keimlinge in größere Töpfe und fortzusetzen Sie Wachstum in der gleichen Kammer unter den gleichen Bedingungen.</li>
		<li>Pflegen Sie die Pflanzen, bis sie auf 4-8-Blatt-Stadium innerhalb von 4 Wochen wachsen als die größten Blätter 4-6 cm Durchmesser sind; zu diesem Zeitpunkt können sie für Agroinfiltration verwendet werden (siehe Schritt 3). Hinweis: Verwenden Sie wichtig ist, niemals die Pflanzen wenn sie begann zu blühen, da in diesem Entwicklungsstadium die Blatt-Architektur oft24,25, manchmal führt zu inkonsistenten Ergebnissen variiert.</li>
	</ol>
</li>
</ol>(2) Ausdruck Vektor Bau
<ol><li>
Wahl des Expressionssystems
	<ol>
<li>Wählen Sie den Ausdruck System, d. h., Vektoren und Vektor Versandweg, bestens geeignet für Expression des Proteins des Interesses an der Pflanzenarten untersucht. Hinweis: Gelegentlich solche spezifischen Kombinationen der getestete Protein/Pflanzenarten können erfordern spezifische Vektoren und Vektor-Übermittlungsmethode für optimale Expression und Funktion des Proteins des Interesses. Wählen Sie für die meisten zweikeimblättrige Pflanzen jedoch binäre Plasmide als Expressionsvektoren und Agroinfiltration als Delivery-System.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Tagging-fluoreszierende Protein
	<ol>
<li>Eindringmittel tag jedes exprimierten Protein für die Analyse von seine subzelluläre Verteilung22, einschließlich Pd Lokalisierung. Hinweis: Verwenden Sie Autofluorescent Proteine, wie GFP und DsRed2, als Tags. Tag der getesteten Proteins mit GFP und coexpress es mit einer kostenlosen DsRed2. GFP-Funktionen als Tag sowie ein Virus-unabhängige Ladung-Molekül. DsRed2 Funktionen Gesamteffizienz des Transienten Expression zu kalibrieren und, weil es Handy-autonomen, zu identifizieren, die zunächst transformierte Zelle; Diese letztere Funktion ist wichtig, bei der Beurteilung von Zelle zu Zelle Bewegung möglicherweise nicht-Zelle-autonomen getesteten Proteine. Für Coexpression mit dem Pd-Marker PDCB1, die auch Zelle autonom ist, tag der getesteten Proteins mit GFP und PDCB1 mit DsRed2.</li>
		<li>Als Faustregel gilt Sicherung der Autofluorescent Tag an den Carboxylgruppen-Terminus des Proteins ausgedrückt. Aber wenn die tagged in voller Länge getestete Protein Exponate Pd targeting gefährdet, übertragen Sie das Tag an den amino-Terminus des Proteins.</li>
		<li>Klonen Sie die kodierenden Sequenzen der Proteine in einer geeigneten Anlage Expressionsvektor getestet werden. Hinweis: Es gibt viele verschiedene Pflanzenarten Expressionsvektoren, die fluoreszierende tagging ermöglichen. Wir verwenden eine Reihe von pSAT Plasmide26 oder einige ihrer Derivate27,,28, die eignen sich für das Klonen von der Reihenfolge des Interesses direkt im Rahmen mit den vorgeschlagenen Autofluorescent Tags (siehe Schritt 2.2.1) in beiden amino- und Carboxylgruppen-Terminal Orientierungen.</li>
		<li>Übertragen Sie jedes Expressionskassette in einer binären Vektor Agrobacterium. Hinweis: Obwohl pSAT basierende Konstrukte sind geeignet für direkte biolistischen Lieferung ins Pflanzengewebe, Agroinfiltration, nämlich die Transformationsmethode empfohlen hier (siehe Schritt 3), verlangt, dass die Expressionskassette liegen zwischen der T-DNA soll Grenzen einer Binärdatei Vektor-29. Hinweis: Alle pSAT Vektoren sind entworfen, um solche Versetzung auf die pPZP-RCS2 multigene Ausdruck binären Vektor26,30 durch einen einstufigen Klonen mit seltenen schneiden Nukleasen AscI-PpoI, -SceI, ich-CeuI, PI-PspI und PI-TliI 26. Forscher, die lieber recombinatorial Klonen, nutzen z.B.mit heterologen Lox Seiten31, pSAT Vektor Varianten26,27beschäftigen können.</li>
		<li>Für Coexpression, beiden Expressionskassetten zu übertragen, z.B., getestete Protein GFP und DsRed2 oder getestete Protein GFP und PDCB1-DsRed2 (siehe Schritt 2.1), auf den gleichen pPZP-RCS2 binären Vektor. Hinweis: Alternativ Agrobacterium Kulturen beherbergen einzelne binären Konstrukte können gemischt werden für Infiltration in N. Benthamiana (siehe Schritt 3.1).</li>
	</ol>
</li>
</ol>(3) Agroinfiltration
<ol><li>
Fügen Sie 1 µg der ein pPZP-RCS2-basierte Plasmid aus Schritt 2.2.5 bis 100 µL Kultur zuständigen Zellen des Agrobacterium Tumefaciens Stamm EHA105 oder GV3101 als beschrieben32vorbereitet, Inkubation für 30 min auf Eis, Schockfrosten in flüssigem Stickstoff für 1 min, und bei 28 ° C für 15 min inkubieren.
	<ol>
<li>Dann fügen Sie 1 mL LB-Medium (10 g/L Tryptone, Hefeextrakt 5 g/L und 10 g/L NaCl) auf die zuständigen Zelle Mischung und bei 28 ° C für 2 h Spin die Zellen bei 3.000 × g für 1 min inkubieren, wieder auszusetzen in 0,2 mL LB , und sie auf LB-Agar mit geeigneten Antibiotika (z.B.100 mg/L Spectinomycin und 50 mg/L Rifampicin für pPZP-RSC2-basierte Vektoren26,30) ergänzt. Wachsen Sie bei 28 ° C für 48 h, bis die einzelnen Kolonien sichtbar werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Wählen Sie und mehrere einzelne Kolonien auf eine frische LB-Agar-Platte-Platte (siehe Schritt 3.1), wachsen bei 28 ° C für 48 h, und nehmen Sie eine kleine Menge von Bakterien für die Analyse von Kolonie-PCR-33 um das Vorhandensein der spezifischen binären Konstrukte bestätigen.</li>
	<li>
Wachsen Sie jede Agrobacterium Kolonie mit dem Konstrukt von Interesse über Nacht bei 28 ° C in 5 mL LB-Medium mit geeigneten Antibiotika (siehe Punkt 3.1.1) ergänzt. Die Zellen bei 3.000 × g zentrifugiert, und wieder auszusetzen, OD600= 0,5 im Agroinfiltration-Puffer (10 mM MgCl2, 10 mM MES (pH 5,6), 150 µM Acetosyringone). 2 h bei Raumtemperatur inkubieren.
	<ol>
<li>Wenn Sie eine Mischung aus binären Plasmide, anstatt einer einzigen multigene Ausdruck Plasmid für Protein Coexpression verwenden, mischen Sie die entsprechenden Zellkulturen im Verhältnis 1:1 V/V vor Eindringen. Inkubieren Sie dann die Zellen bei 28 ° C für 2 h.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Laden Sie das Inokulum in eine 1 mL Kunststoffspritze und drücken Sie die Düse der Spritze (ohne Nadel) gegen die untere (abaxial) Epidermis der vollreifen N. Benthamiana verlässt. Halten Sie das Blatt mit einem behandschuhten Finger auf die adaxial Gesicht34,35.
	<ol>
<li>Die Agrobacterium Infiltration Medium durch langsame Injektion einzuführen. Statistische Signifikanz sind mehrere Blätter auf jede Pflanze zu infiltrieren. Hinweis: Beachten Sie, dass die ältesten Blätter nicht verwendet werden, da sie konsequent Ausdruck Niveaus nicht nachgeben.</li>
		<li>Alle Blätter in Situzu impfen. Pflegen Sie die infiltrierte Pflanze bis Beobachtung, wie in Schritt 1.2.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. der konfokalen Mikroskopie
<ol><li>Verwenden Sie eine Klinge, um jedes Blatt in Fragmente zwischen den Adern geschnitten 24-48 h nach der Infiltration (abhängig von der Effizienz der Transienten Expression des getesteten spezifischen Proteins); die Größe der einzelnen Segmente Gewebe sollte so sein, dass die Scheibe durch das Deckglas (22 x 40 mm) für die Mikroskopie verwendet vollständig bedeckt ist.</li>
	<li>Ort, an dem die Blatt-Scheiben auf das Objekt mit der abaxial Blattoberfläche nach oben schieben geben Sie einen Tropfen Wasser auf das Blatt-Scheibe und mit dem Deckglas abdecken. Das Deckglas mit kleinen Klebestreifen auf jeder Seite zu immobilisieren.</li>
	<li>
Beobachten Sie das Agroinfiltrated Gewebe unter einem Laser-scanning-confocal Mikroskop und zeichnen Sie die daraus resultierenden Bilder.
	<ol>
<li>Zuerst verwenden Sie ein 10 X-Objektiv, um Zellen mit dem Signal zu identifizieren, und verwenden Sie dann 63 X Objektiv für genauere Beobachtungen.</li>
		<li>Verwendung der 458 nm Wellenlänge aus eine Argon-Ionen-Laser GFP und 543 begeistern nm DsRed2 begeistern. Behalten Sie alle Einstellungen für die Bildaufnahme, d. h., Laserintensität und Photomultiplier Röhre (PMT) Einstellungen zwischen Experimente. Im Durchschnitt 100-120 Zellen für jede experimentelle Bedingung zu prüfen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Identifizierung der PLS
<ol><li>Die Lokalisierung des getesteten Proteins mit confocal Mikroskop (Abschnitt 4) zu diagnostizieren. Überprüfen Sie, ob das getestete Protein die charakteristische peripheren punktförmige Muster25,36,37,38,39,40,41 hat und colocalizes mit dem Pd-Marker PDCB123. Dies bedeutet, dass das getestete Protein am ehesten PLS Sequenzen enthält.</li>
	<li>Nach Bestätigung der PLS Tätigkeit der getesteten Protein, schrittweise seine offenen Leserahmen (ORF) (Genbank Zbl-Nummer BAF93925.1) in kleinere Fragmente, Autofluorescently, (z. B.GFP) unterteilen beschriften Sie jeden von ihnen und analysieren ihre subzelluläre Lokalisation wie in Schritt 4 beschrieben. Zunächst empfiehlt sich die Größe von 100 Aminosäurereste für jedes Fragment unterteilt.</li>
	<li>Weiter unterteilen die abgeschnittenen Fragmente, die haben die PLS-Aktivität und überprüfen Sie ihre subzelluläre Lokalisation, wie unter Schritt 4 bis zu den kleinsten Fragment, die noch auf Pd lokalisiert, d.h. ist ausreichend, um den Autofluorescent Tag Fracht transportieren für Pd identifiziert. Dieses Fragment ist vermutlich die PLS-Sequenz darstellen.</li>
	<li>Löschen Sie der vermeintlichen PLS vom Full-length getestete Protein, d.h. Sicherung den restlichen Teil des Proteins Test ohne vermeintliche PLS Autofluorescent Tag, und bestimmen Sie die subzelluläre Lokalisation des daraus resultierenden mutierten Proteins zu, wie in Schritt beschrieben (4) Unterlässt diese mutierten Proteins, die vermeintliche PLS fehlt, Pd zu lokalisieren, wird dies bedeuten, dass die identifizierten PLS nicht nur ausreichend (siehe Schritt 5.3), aber auch für den Pd-Transport des getesteten Proteins notwendig ist.</li>
	<li>Agroinfiltrate bauen die Blätter mit einer Mischung aus Agrobacterium Kulturen beherbergen den Ausdruck für die GFP-Tags PLS und kostenlose DsRed2 (siehe Schritt 3.3). Infiltrierten Gewebe mit Objektiv 10 x mit den gleichen Einstellungen wie in Schritt 4.3 confocal Mikroskop zu beobachten.</li>
	<li>Zellen, die GFP und DsRed2 Signale als anfangs infiltrierten Zellen enthalten, und Gäste der benachbarten Zellen, die nur das GFP-Signal als diejenigen enthalten diese Ausstellung Bewegung der Gäste. Hinweis: Dieser Schritt prüft der identifizierten PLS für seine potentielle Bewegungsfähigkeit der Zelle zu Zelle; und zwar deshalb, weil viele Proteine, die auf Pd (darunter die meisten Pflanzen virale MPs) auch durch Pd zu den benachbarten Zellen zu bewegen. Die Konzentration von Agrobacterium verwendet für Infiltration hängt der Ausdruck Effizienz unterschiedlicher Strukturen bzw.. Agroinfiltration stellen Sie sicher, die Zelle-Kultur-Verdünnung, die (i) die Umwandlung der Einzelzellen, verlassen die benachbarten Zellen untransformierten gewährleistet, (Ii) erreicht eine ähnliche Effizienz des Ausdrucks zu verwenden. Zum Beispiel nutzen unsere Experimente bzw. OD600 0,01 und 0,005 für Ausdruck der GFP-Tags PLS und kostenlose DsRed2.</li>
</ol>6. Identifikation der Schlüssel PLS Rückstände mit Alanin Scannen42
<ol><li>Verwenden Sie PCR-Standardprotokolle, um Codierung Sequenz mit ein paar Zündkapseln enthalten wie beschrieben die gewünschte Mutation, d. h., Substitution von Ziel Aminosäurerest mit Alanin in der zentralen Region jeweils Fibel soll PLS verstärken 21. besser gekleideteres Design und Verwendung der Site-verwiesene Mutagenese-Kit für Site-verwiesene Mutagenese nach den Anweisungen des Herstellers durchzuführen.</li>
	<li>Die daraus resultierende PCR-Produkte mit jeder Standardbausatz DNA Reinigung reinigen und verdauen sie bei 37 ° C mit DpnI der Elternzeit zu beseitigen (d. h.nicht mutiert) methyliert und Hemimethylated DNA. Kühlen Sie das für 5 min bei Raumtemperatur (nicht auf dem Eis ab). Dann umwandeln Sie die Mischung direkt in E. Coli kompetente Zellen43, und identifizieren Sie Kolonien mit der gewünschten mutierte Konstrukte zu, wie in Schritt 3.2 beschrieben.</li>
	<li>Führen Sie die mutierten Konstrukte in der binären Vektor ein, wie unter Punkt 2.2.4 beschrieben, führen Sie Agroinfiltration, wie in Schritt 3 beschrieben, und bewerten Sie Pd Ausrichtung wie in den Schritten 4 und 5.1 beschrieben.</li>
</ol>

Keine Interessenkonflikte erklärt.

Dieses Protokoll hat vier Kern-Bestandteile: das Konzept der Identifizierung einer Sequenz, die notwendig und ausreichend für die Zielgruppenadressierung auf Pd, systematische Einteilung des Proteins des Interesses der Fragmente, die in der Länge, degressiv sind Absicherung der getesteten Fragmente, ein Autofluorescent Protein, die dient sowohl als Tag als makromolekulare Fracht- und funktionelle Assay für Pd-targeting in lebenden Pflanzen Gewebe nach transiente Expression von den getesteten Fusionsproteinen. Beachten Sie, dass Transienten Expression Agrobakterium-vermittelten Daten innerhalb relativ kurzer Zeit, d. h., mehrere Tage, im Vergleich zu benötigt für die Herstellung von transgenen Pflanzen, die häufig in ähnlichen Studien15Monate generiert.
Coexpression des Proteins des Interesses mit subzelluläre Lokalisation Marker, z. B.PDCB1 oder kostenlose DsRed2 in der Regel erfolgt aus einem multigene Expressionsvektor. Jedoch wenn Übertragung von mehreren Expressionskassetten in einen einzigen Vektor technisch problematisch ist, Coexpression kann auch durchgeführt werden durch jede Kassette in eine separate binäre Konstrukt zu übertragen und entspricht Volumen der flüssigen Kulturen der kombinieren die daraus resultierende Agrobakterium Stämme für Agroinfiltration. Da dieses Protokoll transiente Expression nutzt, muss der binären Vektor nicht Selektionsmarker für stabile Transformation ausführen, obwohl ihre Anwesenheit nicht nachteilig auf die Effizienz der Ausdruck ist.
Dieses Protokoll ist optimiert für die Proteinexpression und targeting in N. Benthamiana; Allerdings kann es in anderen Pflanzenarten, darunter Arabidopsis45,46, offen für gentechnische Transformation durch Agrobacterium verwendet werden. Für andere Pflanzenarten oder falls anders gewünscht, kann dieses Protokoll biolistischen Lieferung41 für transiente Expression direkt vom pSAT-basierte Vektoren, vermeiden die Notwendigkeit, die Expressionskassetten auf binäre Vektoren übertragen nutzen angepasst werden.
Ein kritischer Punkt in diesem Protokoll ist der konsequente physiologische und Entwicklungsstörungen Zustand des Pflanzenmaterials. Insbesondere müssen alle Pflanzen gesund durch das ganze Experiment sein und für Agroinfiltration, N. Benthamiana Pflanzen müssen kleiner sein als 4 Wochen alt und bei 4-8-Blatt-Stadium mit dem größten Blatt wird ca. 4-6 cm im Durchmesser. Wenn die Pflanzen zu jung sind, werden die Auswirkungen der Agroinfiltration zu streng, Ausdruck und Lokalisierung der tagged Proteine stören. Auf der anderen Seite weisen die älteren Pflanzen oft Variable Architektur Pd24,25, auch Auswirkungen auf die Konsistenz der Pd-targeting Muster.
Noch, aufgrund der unterschiedlichen physiologischer Bedingungen des Werkes als Ganzes und seiner transformierten Zellen insbesondere, die Effizienz der Pd Ausrichtung in jedem Experiment etwas variieren. So ist es wichtig zu analysieren, eine relativ große Anzahl von Zellen (> 100) pro Experiment, und mindestens drei biologische Wiederholungen der einzelnen Experimente durchführen. Im Allgemeinen betrachten wir eine getestete Fragment Pd targeting Aktivität enthalten, wenn es Pd Lokalisierung in mindestens 70 % der transformierten Zellen aufweist. Unterschiede in der Ausrichtung auf Effizienz jedes Fragment, z.B., Prozent der transformierten Zellen zeigen das Pd-spezifische punktförmige Anreicherung Muster, Pd sollte analysiert werden, indem der Student t-Test und p-Werte < 0,05-0.01, entsprechend der statistische Wahrscheinlichkeit von mehr als 95-99 %.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Position der fluoreszierenden Tag/Fracht in die Fusion-Molekül. Einige Pd gezielt Proteine auch assoziieren mit dem endoplasmatischen Retikulum (ER), und dieser Vereinigung kann die freie amino-terminalen Sequenz erfordern. In diesen Fällen, amino-terminalen Fusionen, in denen die Carboxylgruppen-Terminus des Proteins Fragments des Interesses an den amino-Terminus des fluoreszierenden Tags verschmolzen wird sollte z. B.GFP oder DsRed2, verwendet werden. Diese Standard-Platzierung des Tags kann in folgenden Fällen geändert werden. (i) wenn die amino-terminalen Fusionen nicht nutzbar – d. h., sie nicht sinnvolle subzelluläre Lokalisation Muster aufweisen, werden schlecht ausgedrückt oder erzeugen keine Fluoreszenzsignal ausreichend für zuverlässige Erkennung – und wenn das Protein des Interesses amino-terminalen Signalsequenzen oder Carboxylgruppen-terminale Fusionen in denen amino-Terminus des getesteten Fragments an den Carboxylgruppen-Terminus des Tags verschmolzen ist nicht enthalten, sie sollte versucht werden. (Ii) die Carboxylgruppen-terminale Fusionen sollte auch verwendet werden, wenn das Protein des Interesses Signalsequenzen an seine Carboxylgruppen-Endstation enthält. (Iii) wenn das Protein des Interesses beide amino - und Carboxylgruppen-Terminal-Signale, z. B. auf GPI-verankerte Proteine hat, oder wenn es ein amino-terminalen Signalpeptid enthält noch die amino-terminalen Verschmelzung nicht verwendbar ist, sollte die Beschriftung werden intern platziert) oder stromabwärts des amino-terminalen Signals oberhalb der Carboxylgruppen-Terminal-Signal). Einige nützlichen Verfahren für interne fluoreszierende tagging von Proteinen werden in unseren früheren Publikationen47,48beschrieben.
Derzeit gibt es keine bekannten Konsensussequenz für PLS. Als solche (im Schritt 5.2) empfehlen wir, zunächst Unterteilung des Proteins in zusammenhängenden ~100-200 Rückstand lange Fragmente. Diese können dann schrittweise kürzer gemacht werden anhand der beobachteten Pd-targeting-Aktivität oder das Fehlen derselben. Man sollte eingedenk der anderen potenziellen targeting Signale in das Protein (z.B.NLS, Signal-Peptide, etc.) vorhanden sein. Da die mögliche Überschneidung von solcher Sequenzen mit PLS-Sequenzen nicht bekannt ist, sollte dieser Protein-Regionen in dieser seiner Analyse enthalten.
Bisher wurde dieses Protokoll verwendet, um einen einzigen PLS in einer Protein-Molekül-21zu identifizieren. Potenziell, jedoch kann ein Protein enthalten, mehr als eine Signalsequenz; in der Tat mehrere NLSs wurden in vielen nuklearen Proteine, einschließlich GATA Transkription Faktoren49beschrieben. So bei der Analyse der verschiedenen Fragmente des getesteten Proteins für Pd-targeting ist es möglich, dass mehrere solcher Fragmente identifiziert werden, auf das Vorhandensein von mehreren PLSs, die unabhängig voneinander oder synergistisch wirken kann.
Die Haupteinschränkung dieses Protokolls ist, dass nach Agroinfiltration, Visualisierung der subzellulären Lokalisierung von vorübergehend exprimierten Proteine des Interesses am besten erreicht, in Epidermiszellen und relativ schmalen Wachstumsphase. Bei Bedarf kann diese Einschränkung durch Herstellung transgener Pflanzen, die stabil jedes der getesteten Proteine in den meisten Geweben und Zelltypen ausdrücken überwunden werden. Dieses Protokoll wäre auch nicht nützlich für die Studien der viralen MPs oder andere Pd gezielt Proteine, die nur in Pflanzenarten funktionieren, die nicht vergänglich genetische Transformation zugänglich sind.
Während wir diese Technik zur Identifikation von einem PLS TMV MP entwickelt, kann es verwendet werden, für die Entdeckung der PLSs in einer anderen Anlage virale MPs oder bei endogenen Pflanzeneiweiß, die vorübergehend oder dauerhaft, Pd, lokalisieren. Darüber hinaus ist, wenn in Kombination mit entsprechenden subzelluläre Lokalisation Marker47dieses Protokoll zur Identifizierung von vielen anderen targeting Signale innerhalb der Proteine des Interesses an Pflanzen geeignet.

Plasmodesmata (Pd) Funktion als Kanäle für den interzellulären Transport der wichtigsten Regulatoren der Pflanzenentwicklung und Morphogenese von Transkriptionsfaktoren bis hin zu mRNA und kleine RNA-Moleküle. Darüber hinaus ist dieser makromolekularen Transport Pd durch die meisten Pflanzenviren für ihre interzellulären Ausbreitung während der Infektion ausgelastet; um Pd zu durchlaufen, entstanden Pflanzenviren spezialisierte Proteinen bezeichnet Bewegung Proteine (MPs), die gezielt auf Pd1,2,3,4,5,6 , 7. molekulare Signalwege Pd Transportmittel sind höchstwahrscheinlich mit spezifischen Sequenzen, die auf die transportierten Proteine in diese Bahnen eng verbunden. So kann Identifikation dieser Pd Lokalisierung Signale (PLSs) Diagnose der entsprechenden Pd Transport Weg sein. Dies ist analog der Pd Transport8, z. B. zu verschiedenen nuklearen Import Pathways, die spezifisch für verschiedene nukleare Lokalisierung Signal (NLS) Sequenzen9,10sein kann. Im Prinzip stehen für NLSs und PLSs nicht spaltbaren subzelluläre targeting-Sequenzen, die notwendig und ausreichend für die Ausrichtung sind. Im Gegensatz zu NLSs11ist jedoch die Reihenfolge Informationen über PLSs stark eingeschränkt. Insbesondere wurden nur vier Proteinsequenzen beteiligt bei der Ausrichtung der Pd mit allen von ihnen abgeleitet von endogenen pflanzlichen Proteinen beschrieben. Ersteres wird durch ein Homeobox-Domäne der KN112 – einen Transkriptionsfaktor, der Epidermis der Pflanze Blatt13 aus inneren Zellschichten bewegt – und seine KNOX homologe14dargestellt. Das zweite ist auch aus einen Transkriptionsfaktor, Dof, enthält eine vermeintliche PLS beschrieben als der interzellulären Handel (IT) Motiv15. Die dritte Sequenz ist aus das Membranprotein PDLP1 Plasmodesmata ansässige Typ 1, und es wird durch eine transmembrane Domäne16dargestellt. Schließlich die vierte Pd targeting Sequenz wurde kürzlich berichtet, für Glycosylphosphatidylinositole (GPI)-verankerte Proteine und es wird durch die Glycosylphosphatidylinositole (GPI) Änderung Signal17dargestellt.
Interessant ist, bis vor kurzem keine PLSs gemeldet wurden für virale MPs. Frühere Studien gezeigt das Vorhandensein von vermeintlichen PLS Sequenzen im Werk virale MPs18,19, aber keine wahre PLS, d. h., eine minimale Aminosäure-Sequenz notwendig und ausreichend für Pd Angriffe auf eine unabhängige Ladung Molekül ( zB., GFP) in eine virale MP identifiziert worden. Noch war eines dieser Proteine, MP das Tabakmosaikvirus (TMV), das erste für die Pd Lokalisierung und Transport demonstrierten20gewesen sein.
Um diese Lücke zu begegnen, entwickelten wir eine experimentelle Strategie um TMV MP PLS zu identifizieren. Diese Strategie basierte auf drei Konzepte. (i) Wir haben PLS als eine minimale Aminosäure-Sequenz, die notwendig und ausreichend für das Protein targeting auf Pd21ist definiert. (Ii) weil TMV MP richtet sich zunächst an Pd und dann durch diese Kanäle22translocates, wollten wir Entkopplung diese beiden Tätigkeiten und der Ausarbeitung der bona-fide PLS, welche Funktionen nur für Pd targeting und nicht für den nachfolgenden Verkehr. (Iii) wir analysiert die identifizierten PLS für Aminosäurereste wichtig für seine Pd targeting Aktivität, ob strukturell oder funktional. Mithilfe dieses Ansatzes abgegrenzt wir eine 50-amino Acid Rückstände Sequenz am amino-Terminus des TMV MP, die als bona fide PLS dient. Dies geschah durch produziert eine Reihe von TMV MP-Fragmente, die die gesamte Länge des Proteins gesättigt, tagging ihre Carboxylgruppen-Termini mit GFP und vorübergehend in Pflanzengewebe auszudrücken. PD-Lokalisierung aller getesteten Fragmente wurde durch coexpressing sie mit einem Pd Marker Protein, PDCB1 (Pd Zellstress bindendes Protein 1)23bestimmt. Die kleinsten Fragment, das nach wie vor auf Pd lokalisiert, aber nicht durchqueren, Pd, galt als PLS darstellen. Schließlich war die PLS Alanin gescannt, die wichtige Aminosäurereste benötigt für seine Struktur und/oder Funktion zu bestimmen.
Während hier wir diesen Ansatz mit der Kennung des TMV MP PLS Beschreibung veranschaulichen, können verwendet werden PLSs in jeder anderen Pd-bezogenen Proteinen zu entdecken ob Pflanzenpathogene oder die Pflanzen selbst kodiert; und zwar deshalb, weil unsere Methode keine Besonderheiten des viralen MPs in Bezug auf ihre Fähigkeit zum Ziel Pd nutzen.

<table><tbody><tr><td>Confocal laser scanning microscope (CLSM)</td><td>Zeiss</td><td>LSM5</td><td>Any CLSM with similar capabilities is appropriate</td></tr><tr><td>Zen software for confocal microscope imaging</td><td>Zeiss</td><td>2009 version</td><td>The software should be compatible with the CLSM used</td></tr><tr><td>Quickchange II site-directed mutagenesis kit&amp;nbsp;</td><td>Agilent</td><td>200523</td><td></td></tr><tr><td>Acetosyringone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D134406</td><td></td></tr><tr><td>MES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>69892</td><td></td></tr><tr><td>Syringes without needles</td><td>BD</td><td>309659</td><td></td></tr><tr><td>MgCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>FisherScientific</td><td>M33-500</td><td></td></tr><tr><td>Spectinomycin&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S4014</td><td></td></tr><tr><td>Rifampicin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>R3501</td><td></td></tr><tr><td>Ampicillin&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A0166</td><td></td></tr></tbody></table>

identification of plasmodesmal localization sequences in proteins in planta

Plasmodesmata (Pd) sind Zell-Zell-Verbindungen, die als Gateways fungieren durch die kleine und große Molekülen zwischen den Pflanzenzellen transportiert werden. Während Pd Transport von kleinen Molekülen, wie Ionen und Wasser, angenommen wird, dass passiv auftreten, Zell-Zell-Transport von biologischen Makromolekülen, solche Proteine am ehesten erfolgt über einen aktiven Mechanismus, spezifische targeting Signale auf der Molekül transportiert. Die Knappheit der identifizierten Plasmodesmata (Pd) Lokalisierung Signale (PLSs) hat stark eingeschränkt, das Verständnis der Protein-Sortierung Bahnen beteiligt zu Pflanzen, makromolekulare Transport von Zelle zu Zelle und Kommunikation. Aus einer Fülle von Pflanzen endogene und virale Proteine bekannt für den Verkehr durch Pd, nur drei PLSs gemeldet wurden bis heute wurden alle von endogenen pflanzlichen Proteinen. So ist es wichtig, eine zuverlässige und systematische experimentelle Strategie um einen Funktionsablauf PLS zu identifizieren, die sowohl notwendig und ausreichend für Pd-targeting, direkt im Wohnzimmer zu entwickeln Pflanzenzellen. Hier beschreiben wir eine solche Strategie verwenden als Paradigma der Zelle zu Zelle Bewegung Protein (MP) das Tabakmosaikvirus (TMV). Diese Experimente, die identifiziert und charakterisiert die erste virale PLS plant, kann für Entdeckung der PLS-Sequenzen in den Pd-bezogenen Proteinen angepasst werden.

Die repräsentativen Daten, die treu illustrieren die beschriebenen Protokolle erwarteten Ergebnisse und der TMV MP PLS zu identifizieren, werden angepasst von Yuan Et al. 21. Abbildung 1A zuerst fasst wichtige Konstrukte, die mit dem Ausdruck der Full-length TMV MP (1-268), TMV MP PLS (bestehend aus den ersten 50 Aminosäurereste des Proteins, 1-50), und seine Alanin Scannen V4A Derivate mit GFP (generiert als verschmolzen beschriebenen Schritte 2.2, 5.2 und 6) während Abbildung 1 b fasst und die subzelluläre Lokalisation dieser tagged Proteine quantifiziert. Abbildung 1 zeigt die charakteristischen peripheren punctata Pd Lokalisierung beobachteten Mustern für TMV MP-GFP und für TMV MP PLS-GFP als auch für den coexpressed Pd-Marker, PDCB1-DsRed2 (siehe Schritt 5.1). Abbildung 2A zeigt Pd Ausrichtung des TMV MP-GFP und für TMV MP PLS-GFP und Nucleocytoplasmic Verteilung der coexpressed freie DeRed2 (siehe Schritt 5.1). Zu guter Letzt zeigt Abbildung 2 b den Verlust von Pd-targeting von TMV MP und TMV MP PLS mit einer einzigen Alanin Substitution V4A, darauf hinweist, dass dieser Rückstand für die PLS-Struktur oder Funktion wichtig ist; in den gleichen Zellen den coexpressed PDCB1 noch, Pd lokalisiert Pd-Marker (siehe Schritt 6).
Diese Daten zeigen, dass diese konzeptionell und technisch einfache Prozedur der systematische Erstellung von Proteinfragmente, Fusion, ein Autofluorescent-Marker-Cargo-Protein und Test für die Fähigkeit, auf Pd lokalisieren eine minimale Proteinsequenz identifizieren können notwendig und ausreichend für Pd targeting, d. h., PLS. Für eine korrekte Interpretation dieser Lokalisierung-Daten, ist es wichtig, NS1 Experimente mit einem bekannten Pd-Protein, z.B., PDLP oder PDCB Familienmitglieder16,23 oder eines Werks virale MPs, die auf Pd44 sortieren . Natürlich muss die NS1 nicht vollständig sein, da nicht alle P-Lokalisierung von Proteinen zu den gleichen Pd ausgerichtet sein können, sondern eine statistisch signifikante NS1 mit mindestens einem Pd-Marker-Proteine notwendig ist für die Definition der PLS-Aktivität.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/55301/55301fig1.jpg"> Abbildung 1: Identifizierung des TMV MP pls (A) Zusammenfassung der wichtigsten GFP-Fusion-Konstrukte zum TMV MP pls TMV MP Sequenzen, grüne Felder identifizieren; GFP, blauen Kästen; P, Förderer; T, Terminator. Zahlen auf der linken Seite zeigen die Aminosäurereste in jedem TMV MP-Fragment enthalten. (B) Zusammenfassung der subzellulären Lokalisierung von Fusionsproteinen in (A) gezeigt. PD-Lokalisierung oder Nucleocytoplasmic Lokalisierung wurde basierend auf die Lokalisierung der entsprechenden subzelluläre Marker, PDCB1-DsRed2 und kostenlose DsRed2 bzw. bestimmt. Der Anteil der Zellen, die jede Lokalisierung Muster ausstellen wird basierend auf 100 mit dem Ausdruck ihrer Zellen pro Konstrukt in drei unabhängigen Experimenten scoring angezeigt. Daten sind Mittelwert ± Standardfehler (SE). (C) Pd Ausrichtung der TMV MP-GFP, TMV MP PLS-GFP und der Pd-Marker PDCB1-DsRed2. GFP-Signal ist in blau; DsRed2 Signal ist in lila; Plastiden Autofluoreszenz wurde herausgefiltert. Bilder sind einzelne konfokale Abschnitte. Skalieren von Balken = 10 µm. DIC, Differential Interferenz Kontrast Schliffbild. Diese Zahl ist von Yuan Et al. 21. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55301/55301fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/55301/55301fig2.jpg"> Abbildung 2: Pd Ausrichtung der TMV MP, TMV MP PLS und ihre Alanin-Scannen durch Mutation entstehende Variationen. (A) subzelluläre Lokalisation des TMV MP-GFP, TMV MP PLS-GFP und der Nucleocytoplasmic Marker DsRed2. (B) Verlust von Pd auf Fähigkeit der V4A Alanin-scanning Mutanten TMV MP PLS-GFP und TMV MP-GFP. Te wurden durch Coexpression von der Pd-Marker PDCB1-DsRed2 visualisiert. GFP-Signal ist in blau; DsRed2 Signal ist in lila; Plastiden Autofluoreszenz wurde herausgefiltert. Bilder sind einzelne konfokale Abschnitte. Skalieren von Balken = 10 µm. DIC, Differential Interferenz Kontrast Schliffbild. Diese Zahl ist von Yuan Et al. 21. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55301/55301fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

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Identification of Plasmodesmal Localization Sequences in Proteins In Planta

Pflanze interzelluläre Verbindungen, die Plasmodesmata (Pd), spielen zentrale Rollen im Werk Physiologie und Pflanzenvirus Interaktionen. Entscheidend für den Pd-Transport sind Signale, die Proteine zu Pd direkte sortieren. Unser Wissen über diese Sequenzen ist jedoch noch in den Kinderschuhen. Wir beschreiben eine Strategie zur te-Lokalisierung-Signalen in Pd gezielt Proteine zu identifizieren.

Identifizierung von Plasmodesmal Lokalisierung Sequenzen in Proteine In Planta

Plasmodesmata (Pd) are cell-to-cell connections that function as gateways through which small and large molecules are transported between plant cells. ...

identification-plasmodesmal-localization-sequences-proteins

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Identification of Plasmodesmal Localization Sequences in Proteins In Planta

8.2K Aufrufe.  State University of New York. Pflanze interzelluläre Verbindungen, die Plasmodesmata (Pd), spielen zentrale Rollen im Werk Physiologie und Pflanzenvirus Interaktionen. Entscheidend für den Pd-Transport sind Signale, die Proteine zu Pd direkte sortieren. Unser Wissen über diese Sequenzen ist jedoch noch in den Kinderschuhen. Wir beschreiben eine Strategie zur te-Lokalisierung-Signalen in Pd gezielt Proteine zu identifizieren.

Serie: Identification of Plasmodesmal Localization Sequences in Proteins In Planta

mRNA Interactome Capture from Plant Protoplasts

RNA-binding proteins (RBPs) determine the fates of RNAs. They participate in all RNA biogenesis pathways and especially contribute to post-transcriptional gene regulation (PTGR) of messenger RNAs (mRNAs). In the past few years, a number of mRNA-bound proteomes from yeast and mammalian cell lines have been successfully isolated through the use of a novel method called &#34;mRNA interactome capture,&#34; which allows for the identification of mRNA-binding proteins (mRBPs) directly from a physiological environment. The method is composed of in vivo ultraviolet (UV) crosslinking, pull-down and purification of messenger ribonucleoprotein complexes (mRNPs) by oligo(dT) beads, and the subsequent identification of the crosslinked proteins by mass spectrometry (MS). Very recently, by applying the same method, several plant mRNA-bound proteomes have been reported simultaneously from different Arabidopsis tissue sources: etiolated seedlings, leaf tissue, leaf mesophyll protoplasts, and cultured root cells. Here, we present the optimized mRNA interactome capture method for Arabidopsis thaliana leaf mesophyll protoplasts, a cell type that serves as a versatile tool for experiments that include various cellular assays. The conditions for optimal protein yield include the amount of starting tissue and the duration of UV irradiation. In the mRNA-bound proteome obtained from a medium-scale experiment (107 cells), RBPs noted to have RNA-binding capacity were found to be overrepresented, and many novel RBPs were identified. The experiment can be scaled up (109 cells), and the optimized method can be applied to other plant cell types and species to broadly isolate, catalog, and compare mRNA-bound proteomes in plants.

Here, we present an interactome capture protocol applied to Arabidopsis thaliana leaf mesophyll protoplasts. This method critically relies on in vivo UV crosslinking and allows for the isolation and identification of plant mRNA-binding proteins from a physiological environment.

MRNA Interactome Capture aus Pflanzenprotoplasten

RNA-binding proteins (RBPs) determine the fates of RNAs. They participate in all RNA biogenesis pathways and especially contribute to post-transcriptional ...

Forschung

Biochemie

Identification of Cyclin-dependent Kinase 1 Specific Phosphorylation Sites by an In Vitro Kinase Assay

Cyclin-dependent kinase 1 (Cdk1) is a master controller for the cell cycle in all eukaryotes and phosphorylates an estimated 8 - 13% of the proteome; however, the number of identified targets for Cdk1, particularly in human cells is still low. The identification of Cdk1-specific phosphorylation sites is important, as they provide mechanistic insights into how Cdk1 controls the cell cycle. Cell cycle regulation is critical for faithful chromosome segregation, and defects in this complicated process lead to chromosomal aberrations and cancer.
Here, we describe an in vitro kinase assay that is used to identify Cdk1-specific phosphorylation sites. In this assay, a purified protein is phosphorylated in vitro by commercially available human Cdk1/cyclin B. Successful phosphorylation is confirmed by SDS-PAGE, and phosphorylation sites are subsequently identified by mass spectrometry. We also describe purification protocols that yield highly pure and homogeneous protein preparations suitable for the kinase assay, and a binding assay for the functional verification of the identified phosphorylation sites, which probes the interaction between a classical nuclear localization signal (cNLS) and its nuclear transport receptor karyopherin &#945;. To aid with experimental design, we review approaches for the prediction of Cdk1-specific phosphorylation sites from protein sequences. Together these protocols present a very powerful approach that yields Cdk1-specific phosphorylation sites and enables mechanistic studies into how Cdk1 controls the cell cycle. Since this method relies on purified proteins, it can be applied to any model organism and yields reliable results, especially when combined with cell functional studies.

Identification of Cyclin-dependent Kinase 1 Specific Phosphorylation Sites by an In Vitro Kinase Assay

Cyclin-dependent kinase 1 (Cdk1) is activated in the G2 phase of the cell cycle and regulates many cellular pathways. Here, we present a protocol for an in vitro kinase assay with Cdk1, which allows the identification of Cdk1-specific phosphorylation sites for establishing cellular targets of this important kinase.

Identifizierung von Cyclin-abhängige Kinase 1 spezifische Phosphorylierung Websites durch eine In-vitro- Kinase Assay

Cyclin-dependent kinase 1 (Cdk1) is a master controller for the cell cycle in all eukaryotes and phosphorylates an estimated 8 - 13% of the proteome; ...

Detection of Heterodimerization of Protein Isoforms Using an in Situ Proximity Ligation Assay

Regulated protein-protein interactions are a guiding principle for many signaling events, and the detection of such events is an important element in understanding how such pathways are organized and how they function. There are many methods to detect protein-protein interactions in cells, but relatively few can be used to detect interactions between endogenous proteins. One such method, the proximity ligation assay (PLA), has several advantages to recommend its use. Compared to other common methods of protein-protein interaction analysis, PLA has relatively high sensitivity and specificity, can be performed with minimal cell manipulation, and, in the protocol described herein, requires only two target-specific antibodies derived from different species (e.g., from mouse and rabbit) and one specialized reagent: a set of secondary antibodies that are covalently linked to specific oligonucleotides that, when brought in close proximity of one another, create an amplifiable platform for in situ PCR or rolling circle amplification. In this presentation, we show how to apply the PLA technique to visualize changes in MST1 and MST2 proximity in fixed cells. The technique described in this manuscript is particularly applicable for the analysis of cell signaling studies.

Detection of Heterodimerization of Protein Isoforms Using an in Situ Proximity Ligation Assay

Here, we show how to use a Proximity Ligation Assay (PLA) to visualize MST1/MST2 heterodimerization in fixed cells with high sensitivity.

Erkennung von Heterodimerization Protein-Isoformen, die mit einem in Situ Nähe Ligation Assay

Regulated protein-protein interactions are a guiding principle for many signaling events, and the detection of such events is an important element in ...

Preparation of Chloroplast Sub-compartments from Arabidopsis for the Analysis of Protein Localization by Immunoblotting or Proteomics

Chloroplasts are major components of plant cells. Such plastids fulfill many crucial functions, such as assimilation of carbon, sulfur and nitrogen as well as synthesis of essential metabolites. These organelles consist of the following three key sub-compartments. The envelope, characterized by two membranes, surrounds the organelle and controls the communication of the plastid with other cell compartments. The stroma is the soluble phase of the chloroplast and the main site where carbon dioxide is converted into carbohydrates. The thylakoid membrane is the internal membrane network consisting of grana (flat compressed sacs) and lamellae (less dense structures), where oxygenic photosynthesis takes place. The present protocol describes step by step procedures required for the purification, using differential centrifugations and Percoll gradients, of intact chloroplasts from Arabidopsis, and their fractionation, using sucrose gradients, in three sub-compartments (i.e., envelope, stroma, and thylakoids). This protocol also provides instructions on how to assess the purity of these fractions using markers associated to the various chloroplast sub-compartments. The method described here is valuable for subplastidial localization of proteins using immunoblotting, but also for subcellular and subplastidial proteomics and other studies.

Here, we describe a method to purify intact chloroplasts from Arabidopsis leaves and their three main sub-compartments (envelope, stroma, and thylakoids), using a combination of differential centrifugations, continuous Percoll gradients, and discontinuous sucrose gradients. The method is valuable for subplastidial and subcellular localization of proteins by immunoblotting and proteomics.

Vorbereitung der Chloroplasten Sub Fächer von Arabidopsis für die Analyse von Protein-Lokalisierung durch Immunoblotting oder Proteomics

Chloroplasts are major components of plant cells. Such plastids fulfill many crucial functions, such as assimilation of carbon, sulfur and nitrogen as ...

Identification of Post-translational Modifications of Plant Protein Complexes

Plants adapt quickly to changing environments due to elaborate perception and signaling systems. During pathogen attack, plants rapidly respond to infection via the recruitment and activation of immune complexes. Activation of immune complexes is associated with post-translational modifications (PTMs) of proteins, such as phosphorylation, glycosylation, or ubiquitination. Understanding how these PTMs are choreographed will lead to a better understanding of how resistance is achieved.
Here we describe a protein purification method for nucleotide-binding leucine-rich repeat (NB-LRR)-interacting proteins and the subsequent identification of their post-translational modifications (PTMs). With small modifications, the protocol can be applied for the purification of other plant protein complexes. The method is based on the expression of an epitope-tagged version of the protein of interest, which is subsequently partially purified by immunoprecipitation and subjected to mass spectrometry for identification of interacting proteins and PTMs.
This protocol demonstrates that: i). Dynamic changes in PTMs such as phosphorylation can be detected by mass spectrometry; ii). It is important to have sufficient quantities of the protein of interest, and this can compensate for the lack of purity of the immunoprecipitate; iii). In order to detect PTMs of a protein of interest, this protein has to be immunoprecipitated to get a sufficient quantity of protein.

We describe here a protocol for the purification and characterization of plant protein complexes. We demonstrate that by immunoprecipitating a single protein within a complex, so we can identify its post-translational modifications and its interacting partners.

Bezeichnung des Post-translationale Modifikationen von Pflanzenproteinkomplexe

Plants adapt quickly to changing environments due to elaborate perception and signaling systems. During pathogen attack, plants rapidly respond to ...

Biologie

A Strategy to Validate the Role of Callose-mediated Plasmodesmal Gating in the Tropic Response

The plant hormone auxin plays an important role in many growth and developmental processes, including tropic responses to light and gravity. The establishment of an auxin gradient is a key event leading to phototropism and gravitropism. Previously, polar auxin transport (PAT) was shown to establish an auxin gradient in different cellular domains of plants. However, Han et al. recently demonstrated that for proper auxin gradient formation, plasmodesmal callose-mediated symplasmic connectivity between the adjacent cells is also a critical factor. In this manuscript, the strategy to elucidate the role of particular genes, which can affect phototropism and gravitropism by altering the symplasmic connectivity through modulating plasmodesmal callose synthesis, is discussed. The first step is to screen aberrant tropic responses from 3-day-old etiolated seedlings of mutants or over-expression lines of a gene along with the wild type. This preliminary screening can lead to the identification of a range of genes functioning in PAT or controlling symplasmic connectivity. The second screening involves the sorting of candidates that show altered tropic responses by affecting symplasmic connectivity. To address such candidates, the movement of a symplasmic tracer and the deposition of plasmodesmal callose were examined. This strategy would be useful to explore new candidate genes that can regulate symplasmic connectivity directly or indirectly during tropic responses and other developmental processes.

This article describes the methods for screening the genes controlling plasmodesmal permeability and hence auxin gradient during tropic response. This includes the measurement of the degree of tropic response in hypocotyl of Arabidopsis thaliana and checking plasmodesmal permeability by 8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid (HPTS) loading and finally callose level assessment.

Eine Strategie zur Validierung der Rolle der Kallose-vermittelten Plasmodesmal Gating im Tropic Antwort

The plant hormone auxin plays an important role in many growth and developmental processes, including tropic responses to light and gravity. The ...

Determination of Plasma Membrane Partitioning for Peripherally-associated Proteins

This method provides a fast approach for the determination of plasma membrane partitioning of any fluorescently-tagged peripherally-associated protein using the profiles of fluorescence intensity across the plasma membrane. Measured fluorescence profiles are fitted by a model for membrane and cytoplasm fluorescence distribution along a line applied perpendicularly to the cell periphery. This model is constructed from the fluorescence intensity values in reference cells expressing a fluorescently-tagged marker for cytoplasm and with FM 4-64-labeled plasma membrane. The method can be applied to various cell types and organisms; however, only plasma membranes of non-neighboring cells can be evaluated. This fast microscopy-based method is suitable for experiments, where subtle and dynamic changes of plasma membrane-associated markers are expected and need to be quantified, e.g., in the analysis of mutant versions of proteins, inhibitor treatments, and signal transduction observations. The method is implemented in a multi-platform R package that is coupled with an ImageJ macro that serves as a user-friendly interface.

Here, we present a protocol to perform a quantitative analysis of the level of plasma-membrane association for fluorescently-tagged peripherally-associated protein. The method is based on the computational decomposition of membrane and cytoplasmic component of signal observed in cells labeled with plasma membrane fluorescent marker.

Bestimmung der Plasmamembran Partitionierung für peripher-assoziierte Proteine

This method provides a fast approach for the determination of plasma membrane partitioning of any fluorescently-tagged peripherally-associated protein ...

An Integrated Approach for Microprotein Identification and Sequence Analysis

Next-generation sequencing (NGS) has propelled the field of genomics forward and produced whole genome sequences for numerous animal species and model organisms. However, despite this wealth of sequence information, comprehensive gene annotation efforts have proven challenging, especially for small proteins. Notably, conventional protein annotation methods were designed to intentionally exclude putative proteins encoded by short open reading frames (sORFs) less than 300 nucleotides in length to filter out the exponentially higher number of spurious noncoding sORFs throughout the genome. As a result, hundreds of functional small proteins called microproteins (&#60;100 amino acids in length) have been incorrectly classified as noncoding RNAs or overlooked entirely.
Here we provide a detailed protocol to leverage free, publicly available bioinformatic tools to query genomic regions for microprotein-coding potential based on evolutionary conservation. Specifically, we provide step-by-step instructions on how to examine sequence conservation and coding potential using Phylogenetic Codon Substitution Frequencies (PhyloCSF) on the user-friendly University of California Santa Cruz (UCSC) Genome Browser. Additionally, we detail steps to efficiently generate multiple species alignments of identified microprotein sequences to visualize amino acid sequence conservation and recommend resources to analyze microprotein characteristics, including predicted domain structures. These powerful tools can be used to help identify putative microprotein-coding sequences in noncanonical genomic regions or to rule out the presence of a conserved coding sequence with translational potential in a noncoding transcript of interest.

The protocol described here provides detailed instructions on how to analyze genomic regions of interest for microprotein-coding potential using PhyloCSF on the user-friendly UCSC Genome Browser. Additionally, several tools and resources are recommended to further investigate sequence characteristics of identified microproteins to gain insight into their putative functions.

Ein integrierter Ansatz zur Identifizierung und Sequenzanalyse von Mikroproteinen

Next-generation sequencing (NGS) has propelled the field of genomics forward and produced whole genome sequences for numerous animal species and model ...

AirID-Based Proximity Labeling for Protein-Protein Interaction in Plants

In mammalian cells and plants, proximity labeling (PL) approaches using modified ascorbate peroxidase (APEX) or the Escherichia coli biotin ligase BirA (known as BioID) have proven successful in identifying protein-protein interactions (PPIs). APEX, BioID, and TurboID, a revised version of BioID have some restrictions in addition to being valuable technologies. The recently developed AirID, a novel version of BioID for proximity identification in protein-protein interactions, overcame these restrictions. Previously, AirID has been used in animal models, while the current study demonstrates the use of AirID in plants, and the results confirmed that AirID performs better in plant systems as compared to other PL enzymes such as BioID and TurboID for protein labeling that are proximal to the target proteins. Here is a step-by-step protocol for identifying protein interaction partners using AT4G18020 (APRR2) protein as a model. The methods describe the construction of vector, the transformation of construct through agroinfiltration, biotin transformation, extraction of proteins, and enrichment of biotin-labeled proteins through affinity purification technique. The results conclude that AirID is a novel and ideal enzyme for analyzing PPIs in plants. The method can be applied to study other proteins in plants.

Here, we present a step-by-step protocol for performing the proximity labeling (PL) experiment in cucumber (Cucumis sativus L.) using AT4G18020 (APRR2)-AirID protein as a model. The method describes the construction of a vector, the transformation of a construct through agroinfiltration, biotin infiltration, protein extraction, and purification of biotin-labeled proteins through affinity purification technique.

AirID-basierte Proximity-Markierung für Protein-Protein-Interaktion in Pflanzen

In mammalian cells and plants, proximity labeling (PL) approaches using modified ascorbate peroxidase (APEX) or the Escherichia coli biotin ligase BirA ...

Visualization and Quantification of Endogenous Intra-Organelle Protein Interactions at ER-Mitochondria Contact Sites by Proximity Ligation Assays

Membrane contact sites (MCSs) are areas of close membrane proximity that allow and regulate the dynamic exchange of diverse biomolecules (i.e., calcium and lipids) between the juxtaposed organelles without involving membrane fusion. MCSs are essential for cellular homeostasis, and their functions are ensured by the resident components, which often exist as multimeric protein complexes. MCSs often involve the endoplasmic reticulum (ER), a major site of lipid synthesis and cellular calcium storage, and are particularly important for organelles, such as the mitochondria, which are excluded from the classical vesicular transport pathways. In the last years, MCSs between the ER and mitochondria have been extensively studied, as their functions strongly impact cellular metabolism/bioenergetics. Several proteins have started to be identified at these contact sites, including membrane tethers, calcium channels, and lipid transfer proteins, thus raising the need for new methodologies and technical approaches to study these MCS components. Here, we describe a protocol consisting of combined technical approaches, that include proximity ligation assay (PLA), mitochondria staining, and 3D imaging segmentation, that allows the detection of proteins that are physically close (&gt;40 nm) to each other and that reside on the same membrane at ER-mitochondria MCSs. For instance, we used two ER-anchored lipid transfer proteins, ORP5 and ORP8, which have previously been shown to interact and localize at ER-mitochondria and ER-plasma membrane MCSs. By associating the ORP5-ORP8 PLA with cell imaging software analysis, it was possible to estimate the distance of the ORP5-ORP8 complex from the mitochondrial surface and determine that about 50% of ORP5-ORP8 PLA interaction occurs at ER subdomains in close proximity to mitochondria.

The need for new approaches to study membrane contact sites (MCSs) has grown due to increasing interest in studying these cellular structures and their components. Here, we present a protocol that integrates previously available microscopy technologies to identify and quantify intra-organelle and inter-organelle protein complexes that reside at MCSs.

Visualisierung und Quantifizierung endogener intraorganeller Proteininteraktionen an ER-Mitochondrien-Kontaktstellen durch Proximity-Ligation-Assays

Membrane contact sites (MCSs) are areas of close membrane proximity that allow and regulate the dynamic exchange of diverse biomolecules (i.e., calcium ...