本文介绍了基于高分辨率熔解分析(HRM)的靶向诱导基因组局部突变(TILLING)技术方案。该方法利用DNA双链熔解过程中荧光信号的变化,适用于对插入/缺失(Indel)和单碱基替换(SBS)进行高通量筛选。
方法文章
本文介绍了基于高分辨率熔解分析(HRM)的靶向诱导基因组局部突变(TILLING)技术方案。该方法利用DNA双链熔解过程中荧光信号的变化,适用于对插入/缺失(Indel)和单碱基替换(SBS)进行高通量筛选。
靶标诱导基因组局部突变检测技术(TILLING)是一种用于高通量筛选诱导突变的反向遗传学策略。然而,传统的TILLING体系在插入/缺失(Indel)检测方面适用性较低,且需要更为复杂的步骤,例如CEL I核酸酶消化和凝胶电泳。为了提高通量和筛选效率,并实现对插入/缺失突变和单碱基替换(SBSs)的同步检测,已开发出一种基于高分辨率熔解曲线(HRM)的新型TILLING系统。本文详细介绍了一种HRM-TILLING实验方案,并展示了其在突变筛选中的应用。该方法通过检测双链DNA在高温下的变性过程,分析PCR扩增子中的突变情况。HRM分析可在PCR完成后直接进行,无需额外处理步骤。此外,本方法整合了一种简单、安全、快速(SSF)的DNA提取技术,可同时用于识别插入/缺失突变和单碱基替换突变。由于其操作简便、结果稳定且通量高,该技术在水稻及其他作物的突变扫描中具有广泛的应用前景。
突变体是植物功能基因组学研究和新品种育种的重要遗传资源。大约20年前,正向遗传学方法(即从突变体筛选到基因克隆或品种培育)曾是利用人工诱变的主要且唯一手段。McCallum 等人1开发的一种新型反向遗传学方法——TILLING(Targeting Induced Local Lesions In Genomes,基因组中诱导局部突变的靶向技术),开创了一种新范式,并已被广泛应用于大量动物和植物物种中2。TILLING 特别适用于那些在技术上难以或成本较高的性状育种(例如抗病性、矿物质含量)。
TILLING 最初用于筛选化学诱变剂(如 EMS1,3)诱导的点突变,其流程包括以下步骤:构建 TILLING 群体;提取并混合个体植株的 DNA;靶 DNA 片段的 PCR 扩增;通过 PCR 产物的变性与复性形成异源双链,并利用 CEL I 核酸酶进行切割;最后鉴定突变个体及其特异性的分子变异位点3,4。然而,该方法仍相对复杂、耗时较长且通量较低。为了提高效率和通量,已发展出多种改进的 TILLING 方法,例如缺失 TILLING(De-TILLING)(表 1)1,3,5,6,7,8,9,10,11,12。
高分辨率熔解曲线分析(HRM)基于DNA双链解链过程中荧光信号的变化,是一种简单、经济且高通量的突变筛查与基因分型方法13。HRM已广泛应用于植物研究中,包括基于HRM的TILLING技术(HRM-TILLING),用于筛选由EMS诱变诱导的单碱基替换(SBS)突变14。本文提供了利用HRM-TILLING技术在水稻中筛选γ射线诱导的突变(包括插入缺失突变和单碱基替换突变)的详细实验方案。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
1. Preparations
2. DNA Extraction
3. PCR Amplification
4. HRM Scanning and Mutation Confirmation
5. Quality Control of Selected Mutants with Molecular Markers
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
HRM 扫描与分析
总共制备了来自4,560株M2幼苗的1,140个混合DNA样本,并进行了PCR扩增。分别针对OsLCT1和SPDT扩增出大小为195 bp和259 bp的两个片段(表2)。大多数样本的熔解曲线与野生型(WT)无显著差异(ΔF < 0.05)。熔解曲线与野生型存在显著差异(ΔF > 0.05)的样本被软件以不同于野生型的颜色进行分组(图1)。
突变确认与频率
采用单株幼苗的DNA样品进行扩增,并对相应片段进行测序。通过测序色谱图可确认突变类型及其在基因上的位置(图2)。在4,560株M2代幼苗中鉴定出3个突变位点,包括两个插入缺失突变(Indel...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
TILLING 已被证明是一种强大的反向遗传学工具,可用于鉴定诱导突变,以进行基因功能分析和作物育种。对于某些不易观察或难以确定的性状,采用基于高通量 PCR 的突变检测 TILLING 方法,可有效获得不同基因的突变体。HRM-TILLING 方法已应用于番茄12、小麦11和葡萄20的 EMS 诱变群体中进行突变筛选。本文展示了一种更简便且更高效的 HRM-TILLING 方法,适用于 Indel 和 SBS 突变的筛选。
为了提高效率,采用SSF方法而非耗时耗力且需要使用有毒化学试剂的传统CTAB方法进行DNA提取。Si等人21比较了SSF法与CTAB法所提取DNA的质量。尽管发现SSF法提取的DNA纯度低于CTAB法,但其仍能满足水稻PCR及高分辨率熔解曲线(HRM)分析的要求。然而需要注意的是,SSF法提取的DNA不能长期保存,因此不适合用于构建永久性突变体文库。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者声明不存在利益冲突。
本工作得到中国国家重点研发计划(编号:2016YFD0102103)和国家自然科学基金(编号:31701394)的资助。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 2× Taq plus PCR Master Mix | Tiangen, 中国 | KT201 | 用于PCR扩增的PCR缓冲液、dNTP和聚合酶 |
| 96孔板 | Bio-rad, 美国 | MSP-9651 | HRM分析中PCR专用板 |
| Mastercycler nexus | Eppendorf, 德国 | 6333000073 | 用于PCR扩增 |
| LightScanner | Idaho Technology, 美国 | LCSN-ASY-0011 | 用于荧光信号的采集与处理 |
| CALL-IT 2.0 | Idaho Technology, 美国 | 用于分析荧光变化 | |
| EvaGreen | Biotium, 美国 | 31000-T | HRM用荧光染料 |
| Nanodrop 2000 | Thermo Scientific, 美国 | ND2000 | 用于DNA定量 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表
申请许可