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Li X, Yang Q, Tu H, Lim Z, Pan SQ. Direct visualization of Agrobacterium-delivered VirE2 in recipient cells. THE PLANT JOURNAL : FOR CELL AND MOLECULAR BIOLOGY 2014; 77:487-95. [PMID: 24299048 PMCID: PMC4282531 DOI: 10.1111/tpj.12397] [Citation(s) in RCA: 25] [Impact Index Per Article: 2.3] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/24/2013] [Revised: 11/15/2013] [Accepted: 11/27/2013] [Indexed: 05/18/2023]
Abstract
Agrobacterium tumefaciens is a natural genetic engineer widely used to deliver DNA into various recipients, including plant, yeast and fungal cells. The bacterium can transfer single-stranded DNA molecules (T-DNAs) and bacterial virulence proteins, including VirE2. However, neither the DNA nor the protein molecules have ever been directly visualized after the delivery. In this report, we adopted a split-GFP approach: the small GFP fragment (GFP11) was inserted into VirE2 at a permissive site to create the VirE2-GFP11 fusion, which was expressed in A. tumefaciens; and the large fragment (GFP1-10) was expressed in recipient cells. Upon delivery of VirE2-GFP11 into the recipient cells, GFP fluorescence signals were visualized. VirE2-GFP11 was functional like VirE2; the GFP fusion movement could indicate the trafficking of Agrobacterium-delivered VirE2. As the natural host, all plant cells seen under a microscope received the VirE2 protein in a leaf-infiltration assay; most of VirE2 moved at a speed of 1.3-3.1 μm sec⁻¹ in a nearly linear direction, suggesting an active trafficking process. Inside plant cells, VirE2-GFP formed filamentous structures of different lengths, even in the absence of T-DNA. As a non-natural host recipient, 51% of yeast cells received VirE2, which did not move inside yeast. All plant cells seen under a microscope transiently expressed the Agrobacterium-delivered transgene, but only 0.2% yeast cells expressed the transgene. This indicates that Agrobacterium is a more efficient vector for protein delivery than T-DNA transformation for a non-natural host recipient: VirE2 trafficking is a limiting factor for the genetic transformation of a non-natural host recipient. The split-GFP approach could enable the real-time visualization of VirE2 trafficking inside recipient cells.
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Affiliation(s)
- Xiaoyang Li
- Department of Biological Sciences, National University of SingaporeSingapore, 117543, Singapore
| | - Qinghua Yang
- Department of Biological Sciences, National University of SingaporeSingapore, 117543, Singapore
| | - Haitao Tu
- Department of Biological Sciences, National University of SingaporeSingapore, 117543, Singapore
| | - Zijie Lim
- Department of Biological Sciences, National University of SingaporeSingapore, 117543, Singapore
| | - Shen Q Pan
- Department of Biological Sciences, National University of SingaporeSingapore, 117543, Singapore
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Gutiérrez CL, Gimpel J, Escobar C, Marshall SH, Henríquez V. CHLOROPLAST GENETIC TOOL FOR THE GREEN MICROALGAE HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS (CHLOROPHYCEAE, VOLVOCALES)(1). JOURNAL OF PHYCOLOGY 2012; 48:976-83. [PMID: 27009007 DOI: 10.1111/j.1529-8817.2012.01178.x] [Citation(s) in RCA: 28] [Impact Index Per Article: 2.2] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 05/28/2023]
Abstract
At present, there is strong commercial demand for recombinant proteins, such as antigens, antibodies, biopharmaceuticals, and industrial enzymes, which cannot be fulfilled by existing procedures. Thus, an intensive search for alternative models that may provide efficiency, safety, and quality control is being undertaken by a number of laboratories around the world. The chloroplast of the eukaryotic microalgae Haematococcus pluvialis Flotow has arisen as a candidate for a novel expression platform for recombinant protein production. However, there are important drawbacks that need to be resolved before it can become such a system. The most significant of these are chloroplast genome characterizations, and the development of chloroplast transformation vectors based upon specific endogenous promoters and on homologous targeting regions. In this study, we report the identification and characterization of endogenous chloroplast sequences for use as genetic tools for the construction of H. pluvialis specific expression vectors to efficiently transform the chloroplast of this microalga via microprojectile bombardment. As a consequence, H. pluvialis shows promise as a platform for expressing recombinant proteins for biotechnological applications, for instance, the development of oral vaccines for aquaculture.
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Affiliation(s)
- Carla L Gutiérrez
- Laboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma. Valparaíso, Chile CREAS, Centro Regional de Alimentos Saludables, Valparaíso, Chile NBC, Núcleo de Biotecnología Curauma, Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma. Valparaíso, Chile CREAS, Centro Regional de Alimentos Saludables, Valparaíso, Chile NBC, Núcleo de Biotecnología Curauma, Curauma, Valparaíso, Chile
| | - Javier Gimpel
- Laboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma. Valparaíso, Chile CREAS, Centro Regional de Alimentos Saludables, Valparaíso, Chile NBC, Núcleo de Biotecnología Curauma, Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma. Valparaíso, Chile CREAS, Centro Regional de Alimentos Saludables, Valparaíso, Chile NBC, Núcleo de Biotecnología Curauma, Curauma, Valparaíso, Chile
| | - Carolina Escobar
- Laboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma. Valparaíso, Chile CREAS, Centro Regional de Alimentos Saludables, Valparaíso, Chile NBC, Núcleo de Biotecnología Curauma, Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma. Valparaíso, Chile CREAS, Centro Regional de Alimentos Saludables, Valparaíso, Chile NBC, Núcleo de Biotecnología Curauma, Curauma, Valparaíso, Chile
| | - Sergio H Marshall
- Laboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma. Valparaíso, Chile CREAS, Centro Regional de Alimentos Saludables, Valparaíso, Chile NBC, Núcleo de Biotecnología Curauma, Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma. Valparaíso, Chile CREAS, Centro Regional de Alimentos Saludables, Valparaíso, Chile NBC, Núcleo de Biotecnología Curauma, Curauma, Valparaíso, Chile
| | - Vitalia Henríquez
- Laboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma. Valparaíso, Chile CREAS, Centro Regional de Alimentos Saludables, Valparaíso, Chile NBC, Núcleo de Biotecnología Curauma, Curauma, Valparaíso, ChileLaboratorio de Genética e Inmunología Molecular, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Avenida Universidad 330, Campus Curauma. Valparaíso, Chile CREAS, Centro Regional de Alimentos Saludables, Valparaíso, Chile NBC, Núcleo de Biotecnología Curauma, Curauma, Valparaíso, Chile
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