图1 植物亚细胞结构图,来源britannica。


亚细胞定位是指某种蛋白或表达产物在细胞内的具体存在部位,例如在核内、胞质内或者细胞膜上存在。在真核细胞中,除少量蛋白质在线粒体和叶绿体内合成外,绝大多数蛋白质都是由核基因编码,或在游离的核糖体上合成,或在糙面内质网膜结合的核糖体上合成。蛋白质合成以后必须转运到特定的部位才能参与组装细胞结构,发挥其生物学功能,这一过程称为蛋白质亚细胞定位。蛋白质的功能、代谢以及相互作用等都与其亚细胞定位密切相关,成熟蛋白质必须在特定的亚细胞结构中才能发挥正确的生物学功能,如果定位发生偏差,将对细胞功能甚至生命产生重大影响,因此对蛋白质亚细胞定位的研究具有重要意义。

研究亚细胞定位的方法:

伯远生物亚细胞定位采用的方法主要是借助荧光蛋白报告基因来实现目标蛋白定位的融合报告基因定位法,原理主要是将目标蛋白与荧光蛋白的N端或者C端融合,通过瞬时转化技术,使得该融合蛋白在受体材料细胞内表达,目标蛋白会牵引荧光蛋白一起定位到目标细胞器,在扫描共聚焦显微镜的激光照射下会发出绿色荧光,从而可以精确地定位蛋白质的位置。融合报告基因定位法具有许多优势:适用性强,操作简便,周期较短,可用于活体的实时定位及动态研究,灵敏度高等。

图2 伯远生物亚细胞定位流程。


亚细胞共定位


之前有很多小伙伴咨询小远亚细胞定位与亚细胞共定位的区别,小远在这里给大家简单讲解一下,亚细胞共定位就是在普通亚细胞定位的基础上,同时转入一个Marker载体,以明确目标蛋白具体的定位信息,相比于普通亚细胞定位,共定位得到的结果更加准确。

图3 伯远生物亚细胞共定位实验流程。


表1 伯远生物亚细胞定位实验中的细胞器Marker信息。


伯远生物案例


在之前的文章“再也不用担心目的基因定位在哪儿了?!!”中,小远带领大家了解了不同基因定位在不同亚细胞器的荧光图片,感兴趣的小伙伴可以去看看哟。下面给大家展示的是伯远生物的一些案例哟!

图4 以烟草叶片为材料进行亚细胞共定位。将目的蛋白基因序列构建至pBWA(V)HS-GFP载体上,将表1中相应细胞器的Marker基因序列构建至pBWA(V)HS-RFP载体上,通过农杆菌浸染法共同转化烟草叶片,观察荧光信号。


图5 以烟草原生质体为材料进行亚细胞共定位。将目的蛋白基因序列构建至pBWA(V)HS-GFP载体上,将表1中相应细胞器的Marker基因序列构建至pBWA(V)HS-RFP载体上,通过PEG介导法共同转化烟草原生质体,观察荧光信号。


除了上表中使用的Marker蛋白外,伯远生物最近还更新了烟草叶片7个细胞器的Marker蛋白以及拟南芥原生质体2个细胞器的Marker蛋白,其相关信息如表2所示:


表2 伯远生物最近更新的

亚细胞定位实验中的细胞器Marker信息。


下面给大家展示一下将伯远生物最近更新的各种细胞器Marker质粒单独转染烟草叶片或拟南芥原生质体中观察到的结果图(图6、图7)

图6 表2中相应细胞器Marker载体转化烟草叶片进行荧光观察。将相应细胞器Marker基因序列构建至pBWA(V)HS-RFP载体上,通过农杆菌浸染法瞬时转化烟草叶片,观察荧光信号。


图7 表2中相应细胞器Marker载体转化拟南芥原生质体进行荧光观察。将相应细胞器Marker基因序列构建至pBWA(V)HS-RFP载体上,通过PEG介导法瞬时转化拟南芥原生质体,观察荧光信号。


除了可以在烟草叶片、烟草原生质体、拟南芥原生质体中进行亚细胞定位实验外,伯远生物还可以在水稻黄化苗和绿苗、小麦、大麦、玉米原生质体中进行亚细胞定位实验,最近还研发了大豆、紫花苜蓿原生质体的提取方法并利用其原生质体进行亚细胞定位,下面让我们一起来看看实验案例吧。

图8 大豆和紫花苜蓿原生质体提取。a.大豆原生质体;b.紫花苜蓿原生质体。


图9 以大豆原生质体为材料进行亚细胞定位。将目的蛋白基因序列构建至pBWA(V)HS-GFP载体上,通过PEG介导法瞬时转化大豆原生质体,观察荧光信号。


图10 以紫花苜蓿原生质体为材料进行亚细胞定位。将目的蛋白基因序列构建至pBWA(V)HS-GFP载体上,通过PEG介导法瞬时转化紫花苜蓿原生质体,观察荧光信号。


以上就是伯远生物近期对亚细胞定位实验进行的一些优化,主要包括亚细胞定位细胞器Marker的优化以及开发了新的原生质体体系(大豆与紫花苜蓿),有相关业务需求的小伙伴快来咨询吧!


实验周期


表3 伯远生物亚细胞定位实验周期。


伯远生物亚细胞定位服务优势


1、伯远生物采用已被授权的国际PCT专利技术(专利号:US 10,144,936 B2)进行亚细胞定位载体的构建,且该组装为无缝组装,可排除非必要的序列干扰实验结果。

2、伯远生物建立了丰富的亚细胞定位载体资源,包含了基于红色荧光蛋白、黄色荧光蛋白、绿色荧光蛋白、青色荧光蛋白的载体库,方便选择使用。

3、拥有细胞核、细胞膜、液泡膜、内质网、过氧化物酶体、高尔基体、线粒体多种细胞器的Marker载体(mCherry荧光),以方便共定位时选择。

4、可瞬转烟草叶片和多种原生质体(水稻黄化苗和绿苗、拟南芥、小麦、大麦、烟草、玉米、大豆、紫花苜蓿)进行亚细胞定位观察。

5、常备水稻、烟草、小麦、玉米、拟南芥等的原生质体以及烟草叶片,每周定期观察,可快速获得观察结果。

6、每个基因拍5-6个细胞,保证实验的可靠性与可重复性。


常见问题答疑


01

构建亚细胞定位载体时,GFP融合位置为什么有N端、C端之分?

若序列中存在信号肽,则构建载体时需避开这一端来融合荧光蛋白。需注意不同的融合方式可能会得到不同的定位结果,例如融合在荧光蛋白N端的目标蛋白一般无法得到过氧化物酶体的定位结果;融合在荧光蛋白C端的目标蛋白一般无法得到线粒体、质体的定位结果。
02

为什么不同的受体材料有时得到的定位结果不一样?

不同物种的细胞在翻译表达基因时,其表达模式和影响因子不同。受物种差异的影响,同一个载体在不同的受体材料中表达的位置可能不同,因此建议实验时尽可能选用与目的基因来源相近的受体材料进行表达。
03

用水稻原生质体进行亚细胞定位时,为什么不拍摄叶绿体的自发荧光?

经测验,使用水稻黄化苗制备原生质体,载体转化效率及基因表达强度较高,而黄化苗中叶绿体较少,因此水稻原生质体定位拍照时,除非与叶绿体共定位,否则不拍摄叶绿体的自发荧光。
04

为什么要提供GFP空载的对照图片?

(1)作为整个实验过程中的操作参照,可排除因实验操作而导致目的蛋白没有荧光信号的影响。
(2)作为载体体系的参照,确认构建载体时所使用的载体是可正常表达荧光蛋白的载体。
05

为什么有的共定位图片中叶绿体通道是玫红色?

利用拟南芥、烟草、玉米、大麦、小麦等材料的原生质体进行亚细胞定位实验,由于培养这些幼苗时接受了正常的光照,叶片中含有大量叶绿体,而叶绿素在640nm左右的激发光下可产生红色的自发荧光。当在这些含叶绿体较多的受体材料中做共定位实验时,共定位marker一般为红色荧光(在560nm左右的激发光下),实验及共聚焦拍摄时两个波长通道的荧光互不影响,但视野下看着比较混淆,尤其叠加后二者不易分清,因此只是在颜色显示上将叶绿体自发荧光设置为玫红色,以显示和共定位marker的区别。
06

为什么有的基因定位结果与预想的不一致?

对于一个特定的定位载体,只要荧光表达较好,其定位结果是确定的,不会因为人的意愿或操作而改变。至于有时候和预想的结果不一样,可能和蛋白本身、选择的表达载体以及荧光蛋白融合方式等有关。
07

为什么有的普通定位结果出来后无法准确判断其定位位置?

细胞中的细胞器复杂且多样,除一些常见的、特征比较明显的细胞器外,有些细胞器在激光共聚焦下形状比较相似,例如:线粒体、过氧化物酶体、高尔基体等细胞器,它们的荧光表达形状可能都是点状,因此不易区分。这时可以结合基因的其他功能研究来判断其可能表达的位置。另外,蛋白表达本身也是一个复杂的过程,涉及到多个合成场所及转运过程,自身表达情况可能比较复杂,因此不易判断具体的表达位置。
08

为什么不先对一个基因做预测,在预测的结果上直接做共定位?

不同的预测网站有不同的计算方法,同一个基因在不同的预测网站也可能得出不同的定位结果。另外所有的结果都应是基于实验得到的,对于不清楚可能定位在哪里的基因,一般推荐先做普通定位,根据普通定位的结果再决定做哪种细胞器的共定位。
09

为什么有的基因做原生质体转化时荧光蛋白不亮?

不同物种的细胞可能对基因表达有影响,当在一种材料的原生质体中观察不到荧光时,可以考虑换一种受体材料。另外,如果是分泌蛋白,在原生质体中无法观察到荧光,此时可以考虑注射烟草叶片来观察荧光。
10

拍摄时为什么有明场通道?

(1)显示细胞状态,有活力的原生质体细胞应该是饱满圆润的,变形或破碎的细胞说明此时细胞不是最适状态或细胞已死亡。(2)显示荧光确实是细胞内蛋白表达的,而不是细胞碎片及杂质产生的杂光。
11

烟草叶片材料进行亚细胞定位液泡膜细胞膜细胞质三者怎样区分?

烟草叶片细胞因为有中央大液泡的存在,细胞质会被挤到细胞边缘,呈边缘线状,很难与细胞膜区分开,因此中央大液泡膜,细胞质,细胞膜三者很难区分。但是细胞膜相较于细胞质,应该是更为光滑完整的曲线。
12

为什么在构建载体时直接默认选择大载体,不告诉可以用小载体?

构建亚细胞定位载体时我们所用的细胞骨架为pBWA(V)HS(10215bp),可以在原生质体和烟草中进行转化和表达,但是小载体pAN580(4712bp)只能在原生质体里进行转化。所以在前期构建载体的时候会直接默认采用大载体,这样如果第一次实验中基因在原生质体或者烟草中不表达时,我们会建议更换实验材料,载体可以直接用。如果更换材料之后还不可以的话,要在原生质体里做,才会建议更换小载体。
13

烟草叶片瞬时转化效率低,怎么解决?

需注意农杆菌的活性,建议侵染烟草叶片的农杆菌OD600值为0.6;生长4-5周的烟草苗比较适合注射。
14

瞬时转化原生质体进行亚细胞定位实验需要注意什么?

1.原生质体非常脆弱敏感,操作需轻缓,环境培养温度要求严苛;
2. W5溶液是维持细胞渗透压最关键的溶液:浓度过高,细胞会瘪;浓度过低,细胞会破;
3. W5溶液的最适为pH=5.7-5.8;
4.苗龄过高或育苗时水分不足会产生较多的淀粉粒;
5.细胞经过多次洗涤,在洗涤转移上清液时,枪头要从上部轻轻吸取,尽量减少细胞震荡,避免细胞损失。




References

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