本方案提供了一种用于测量秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)减数分裂过程中交叉互换频率和分布的方法。通过实时PCR进行单核苷酸多态性基因分型,以确定染色体的来源。利用四点定位法,可确定每条染色体左臂、中心区域和右臂的交叉互换分布情况。
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本方案提供了一种用于测量秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)减数分裂过程中交叉互换频率和分布的方法。通过实时PCR进行单核苷酸多态性基因分型,以确定染色体的来源。利用四点定位法,可确定每条染色体左臂、中心区域和右臂的交叉互换分布情况。
Caenorhabditis elegans 是研究减数分裂的优良模式生物。除了具有繁殖周期短、子代数量多、通体透明便于成像等普遍优势外,其还具有六对同源的全着丝粒染色体。该生物中存在强烈的交叉互换干扰以及对交叉互换分布的调控机制。为测量交叉互换频率,已发展出可见标记作图、snip-SNP作图以及对交叉互换形成前体的细胞学标记进行定量等方法。本文介绍一种改良的SNP基因分型方法,用于测定 C. elegans 卵子发生过程中的交叉互换频率与分布。该方法可省去繁琐的限制性酶切和凝胶电泳步骤,并避免对未切割DNA条带的模糊判读。单核苷酸多态性(SNP)基因分型利用布里斯托尔/夏威夷杂交品系进行。通过将雌雄同体与表达 myo-3p::GFP 的雄虫杂交,可特异性聚焦于卵子发生过程。单条线虫裂解液即可提供足以覆盖全部六条染色体的DNA模板。基于5'外切酶的TaqMan化学反应结合SNP特异性的minor groove binder(MGB)探针,可实现对SNP位点的精确检测,基因分型准确率约为97.7%。我们利用SNP的精确检测来测定 C. elegans 中的交叉互换频率。该方法还可应用于雄性个体或交叉互换缺陷型突变体中交叉互换频率的测定,以及更特定染色体区间的分析。
同源染色体之间的交叉形成对于染色体的正确分离以及遗传多样性的产生至关重要1。交叉形成过程中的错误会导致非整倍体,进而引发不孕、流产和出生缺陷2。交叉频率因染色体区域、突变类型、年龄和性别而异,因此需要在各种条件下准确测量交叉频率3,4,5。本方法的总体目标是准确测定每条染色体区域的交叉频率,从而精确确定C. elegans染色体全长上交叉事件的分布情况。
传统上,利用形态学标记进行两点测交被用于测量交换频率6,7,8,9,10。在 C. elegans 中,常使用体形短胖(Dpy)和运动不协调(Unc)等表型来构建染色体图谱6。该方法的优点是成本低,并能分析大量子代。其缺点包括目标位点选择受限,以及无法使用致死性子代,因为它们的表型不可见。为了克服位点选择不便的问题,Tc1转座子已被用作多态性序列标签位点(STS)的标记11,12。Tc1可通过PCR和电泳进行检测。标准的Bristol N2品系含有30个Tc1转座子拷贝,而来自法国Bergerac的 C. elegans 分离株(RW7000和DP13)则含有500个Tc1拷贝。因此,不同分离株间Tc1转座子的数量和分布存在差异,可通过PCR分析不同分离株杂交后产生的子代染色体。随后,单核苷酸多态性(SNP)也被用于测量交换频率和分布13,14。Bristol N2与夏威夷CB4856品系之间的SNP每1,000 bp出现一次15,16。SNP通过PCR、限制性酶切和电泳,以限制性片段长度多态性(RFLP)的形式进行检测。最近,Bristol N2与夏威夷CB4856之间的短插入/缺失(InDel)位点以及SNP被提出作为更高效的标记17。然而,使用Tc1、RFLP和InDel测量交换频率需要进行PCR、限制性内切酶处理和电泳等耗时费力的步骤。如果在大规模分析中每一步骤未得到优化,结果可能因PCR准确性、所用限制性内切酶类型、DNA切割效率以及电泳过程中条带的清晰度和分离效果等因素而被误判。相比之下,本研究所提出的方法利用实时PCR进行SNP基因分型,从而实现准确且精确的定量分析。
交换事件在染色体上的分布并非随机。C. elegans 中的单次交换倾向于更频繁地发生在染色体臂区,而在中心区域则受到抑制3,5。基于形态学的两点作图法无法确定交换事件在标记基因之外的具体位置。相反,SNP作图可增加标记密度,并已被证明有助于确定交换在整个染色体上的精确区域5,14,18。在本研究中,我们采用了Rockman和Kruyglyak提出的染色体结构域边界5,并选取了四个SNP位点进行分析:分别位于染色体的两端,以及中心区与臂区边界的两端。
通过利用已有方法,我们提出了一种基于TaqMan 5'核酸酶实时PCR技术的准确且快速的SNP检测方法19,用于检测每条染色体左臂、中心区域和右臂之间的交换事件。与先前研究中报道的其他技术相比20,21,22,本方法的优势在于其准确性和操作简便性。该方法是一种应用于线虫C. elegans的qPCR交换分析技术,广泛适用于从事减数分裂研究的科研人员。
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1. 首次遗传杂交
2. 第二次杂交
3. 取样
4. 样品裂解
5. SNP 分型
6. 数据分析
7. 统计分析
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我们通过SNP基因分型检测方法,检测了C. elegans染色体II上的四个SNP位点,以量化整条染色体全长、左臂、中央区域以及右臂的交叉重组事件形成情况。SNP检测操作按照制造商提供的说明书进行。反应主混合液包含Taq DNA聚合酶、热不稳定的尿嘧啶-N-糖基化酶(UNG)、含dUTP的dNTP以及被动参比ROX染料。Taq DNA聚合酶在95 °C时被激活,可在低温下抑制非特异性扩增。UNG与dUTP可降解先前扩增的PCR产物,防止残留污染及潜在的假阳性结果23。
基于包含SNP位点的1 kb基因组DNA序列,由赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific)设计生成了特异于SNP的探针和PCR引物组(表1)。Bristol探针的5'端标记有VIC荧光染料,3'端连接非荧光淬灭剂(NFQ)和小沟结合物(MGB)。MGB可使基因组与探针在较高熔解温度下发生退火,缩短荧光报告基团与NFQ之间的距离,从而提高FRET淬灭效率24...
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本文介绍了一种基于布里斯托尔/夏威夷杂交品系后代的 SNP 分型来测定 C. elegans 减数分裂中交叉频率和分布的方法。传统的 snip-SNP 方法(RFLP)在 PCR 扩增后需要进行凝胶电泳,且 DNA 条带的检测依赖凝胶成像系统14,18,而利用实时 PCR 进行 5' 核酸酶检测的 SNP 分型则无需繁琐的电泳步骤。
方法中的关键步骤
本方案包含多个关键步骤。如果待分析的突变体是在Bristol品系中构建的,则应将其单核苷酸多态性(SNPs)替换为夏威夷品系背景。通常,将Bristol突变体与夏威夷野生型进行六次以上的回交,有助于完全替换遗传背景。精确的遗传杂交对于检测交换事件至关重要。通过PCR确认Bristol/夏威夷杂交个体的基因型。我们利用V号染色体上的一个小型缺失进行鉴定。在第二次杂交后,根据子代体壁肌中GFP的表达情况判断杂交结果。为进行双重验证,挑选雄性子代可确保精子来源于...
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作者声明无利益冲突。
菌株由美国国立卫生研究院研究基础设施项目(P40 OD010440)资助的Caenorhabditis遗传中心(CGC)惠赠。我们感谢斋藤实验室成员对本研究工作的有益讨论。本研究工作得到了日本促进科学基金(JSPS)KAKENHI基金项目JP23K05868(资助对象:TTS)的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 101-1000μl 移液器吸头 | QSP | 111-N-Q | |
| 0.5 mol/L EDTA 溶液(pH 8.0) | Nacalai tesque | 14347-21 | |
| 10 mol/L 氢氧化钠溶液 | Nacalai tesque | 94611-45 | |
| 10X DreamTaq Green Buffer | Thermo Fisher Scientific | EP0713 | |
| 10μL,长吸头,带刻度 | FUKAEKASEI, WATSON | 110-207C | |
| 200μL,标准吸头,带刻度 | FUKAEKASEI, WATSON | 110-705C | |
| 琼脂粉 | Nacalai tesque | 01028-14 | |
| 琼脂糖 | PH Japan | PH108 | |
| 高压蒸汽灭菌器 TOMY 型号 ES-215 | TOMY SEIKO | ES-215 | |
| 蛋白酶消化胰蛋白胨(Bacto Peptone) | Thermo Fisher Scientific | 211677 | |
| 硼酸 | Nacalai tesque | 05215-05 | |
| 秀丽隐杆线虫布里斯托野生型 | 秀丽隐杆线虫遗传中心 | N2 | |
| 秀丽隐杆线虫夏威夷野生型 | 秀丽隐杆线虫遗传中心 | CB4856 | |
| 氯化钙 | Nacalai tesque | 06729-55 | |
| ccIs4251 [(pSAK2) myo-3p::GFP::LacZ::NLS + (pSAK4) myo-3p::线粒体GFP + dpy-20(+)] I | Saito 实验室 | TTS24 | 源自 PD4251 |
| 胆固醇 | Nacalai tesque | 08721-62 | |
| 定制 TaqMan SNP 基因分型检测 | Thermo Fisher Scientific | 4332077 | |
| 脱氧核苷酸(dNTP)溶液混合物 | New England Biolabs | N04470 | |
| DigPrint Doc 平板 DP-T130z | Bio Tools | DP-T130z | |
| 磷酸氢二钾 | Nacalai tesque | 28726-05 | |
| 解剖显微镜 | Nikon | SMZ-745 C-DS | |
| Dream Taq DNA 聚合酶 | Thermo Fisher Scientific | EP0713 | |
| 溴化乙锭溶液 | Nacalai tesque | 14631-94 | |
| WBVar01973670 正向引物 | IDT | 103988736 | atgtctcacccaaggttgaa |
| 明胶 | Nacalai tesque | 166-31 | |
| Gilson PIPETMAN Classic 移液器 | Thermo Fisher Scientific | ||
| IGEPAL CA-630 | Sigma-Aldrich | 18896 | |
| 七水合硫酸镁 | Nacalai tesque | 21003-75 | |
| MicroAmp 光学 96 孔反应板 | Thermo Fisher Scientific | N8010560 | |
| MicroAmp 光学粘性封膜 | Thermo Fisher Scientific | 4311971 | |
| MiniAmp 梯度 PCR 仪 | Thermo Fisher Scientific | MiniAmp | |
| Mini-Sub Cell GT 水平电泳系统,7 × 10 cm 胶盘 | Bio-Rad Laboratories | 1704466 | |
| Nichipet EXII | Nichiryo | 00-NPX2-2 | |
| Nichipet EXII 多通道 | Nichiryo | 00-NPM-12VP | |
| Pippete Mate NEO | Nichiryo | 00-PMNEO | |
| 氯化钾 | Nacalai tesque | 285-38 | |
| 磷酸二氢钾 | Nacalai tesque | 28720-65 | |
| 蛋白酶 K | Thermo Fisher Scientific | EO0491 | |
| QuantStudio 1 实时荧光定量 PCR 系统,96 孔,0.2 mL | Thermo Fisher Scientific | A40426 | |
| Quick-Load Purple 1kb Plus DNA Marker | New England Biolabs | N0550S | |
| WBVar01973670 反向引物 | IDT | 103988737 | tggctactcctagtcactga |
| 氯化钠 | Nacalai tesque | 31319-45 | |
| TaqPath ProAmp Master Mix | Thermo Fisher Scientific | A30866 | |
| TC 培养皿 35 mm,标准型 | SARSTEDT | 83.3900 | |
| 三羟甲基氨基甲烷(Tris) | Nacalai tesque | 35406-75 | |
| Trizma base | Sigma-Aldrich | T1503-1KG | |
| Tween 20 | Yoneyama Reagent | 03706 | |
| WormStuff 线虫挑取针 | Genesee Scientific | 59-AWP | |
| WormStuff 线虫挑取针头(90/10% 铂/铱,30 号) | Genesee Scientific | 59-30PI36 |
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