Name: 单缓步动物标本的超低输入基因组测序库制备 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 28 s
Description: 了解单只缓步动物Hypsibius dujardini的超低输入基因组测序方法，仅需50皮克DNA即可构建测序文库。该技术通过抗生素处理和目视检查有效降低微生物污染风险，为研究其他微小生物提供了可重复的实验方案。

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作者感谢Nozomi Abe、Yuki Takai和Nahoko Ishii在基因组测序方面的技术支持。本研究由日本学术振兴会（JSPS）研究会员资助项目、JSPS科研费青年研究（A）（编号22681029）、JSPS科研费科学研究（B）（编号17H03620）、住友财团基础科学研究项目资助（编号140340）资助，并部分得到日本山形县及鹤冈市研究资金的支持。Chlorella vulgaris（用于喂养缓步动物）由Chlorella Industry Co. LTD.惠赠提供。

1. 准备
<ol>
	<li>使用蒸馏水（DW）作为溶剂，在90 mm塑料培养皿中制备2%琼脂糖凝胶，并加入10 mL含1%青霉素/链霉素的混合液与蒸馏水。该凝胶可在18 °C的培养箱中保存2–3周。 
	注意：避免将凝胶储存在低于10 °C的环境中，因为低温会导致琼脂糖凝胶收缩，从而在凝胶与培养皿壁之间形成微小缝隙，可能导致缓步动物被困其中。</li>
</ol>
2. 样品制备与污染物排除
<ol>
	<li>选取一只缓步动物，将其放置于已准备好的琼脂平板上，并用去离子水清洗2至3次，以去除残留的颗粒物。</li>
	<li>将缓步动物在18 - 22 °C条件下孵育24小时，以清除肠道内多余的食料。</li>
	<li>将饥饿处理后的缓步动物置于青霉素/链霉素抗生素溶液中处理2 - 6小时，以去除可能的细菌污染，随后使用P10移液器将去污染后的个体转移至洁净的载玻片上。</li>
	<li>在500倍放大倍数下使用显微镜观察缓步动物，确认其体表无残留细菌。 
	注意：使用体视显微镜进行高倍观察效果最佳，但也可选用光学显微镜替代，无需加盖盖玻片。</li>
	<li>使用P10移液器吸取最多5 µL液体将个体转移至低吸附性的聚合酶链式反应（PCR）管中，并尽可能去除多余液体。 
	注意：所使用的微量离心管、PCR管及移液器吸头均应为低吸附性，以最大限度减少DNA损失。 
	注意：应尽快进行匀浆处理，因为动物的快速干燥或死亡会严重破坏基因组DNA。</li>
</ol>
3. 匀浆化与DNA提取
<ol>
	<li>采用以下方法之一对动物进行匀浆，以获得其基因组DNA（gDNA）。 
	注意：在后续DNA提取步骤中，必须使用材料表中指定的试剂盒，因为其他试剂盒（无论是基于柱子或磁珠的）在极低样本量输入时均无效。基因组裂解缓冲液在使用前已添加0.5% β-巯基乙醇。
	<ol>
		<li>通过冻融循环对动物进行匀浆18。
		<ol>
			<li>在完成步骤2.5后立即向含有缓步动物的PCR管中加入100 µL裂解缓冲液。</li>
			<li>将PCR管置于液氮中10分钟，然后转移至预热至37 °C的金属加热块中10分钟。重复此步骤2次。 
			注意：当匀浆不充分时可重复该步骤，也可在手动研磨后进行。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>手动研磨动物。
		<ol>
			<li>在完成步骤2.5后，在体视显微镜下，用移液器P10吸头将个体紧压在PCR管壁上进行研磨，并立即加入100 µL裂解缓冲液。 
			注意：必须在体视显微镜下观察此操作过程，因为缓步动物容易滑脱，研磨不充分将导致无法提取gDNA。确保缓步动物的角质层被破坏，以便裂解缓冲液能够渗入生物体内部。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将管子在室温下孵育30分钟，以实现充分裂解。 
	注意：高效裂解至少需要30分钟，但孵育时间可更长。</li>
	<li>将裂解混合液的全部体积（100 µL）转移至一个洁净的1.5-mL低吸附微量离心管中。</li>
	<li>向用于匀浆且现已空置的低吸附PCR管中加入100 µL裂解缓冲液，吸取混合液后转移至步骤3.3中使用的1.5-mL低吸附微量离心管中。重复此步骤2次。</li>
	<li>与步骤3.4相同，向低吸附PCR管中加入300 µL裂解缓冲液，吸取混合液后转移至1.5-mL低吸附微量离心管中。此步骤完成后，1.5-mL低吸附微量离心管中应含有600 µL混合液。 
	注意：这些步骤通过多次洗涤样本，以尽量减少gDNA在PCR管壁上的吸附损失。</li>
	<li>将总共600 µL的裂解混合液加入置于收集管中的离心柱中，并在10,000 x g下离心1分钟。</li>
	<li>将流出液重新加回到离心柱中，并在10,000 x g下离心1分钟。 
	注意：此步骤至关重要，以确保大部分gDNA结合到离心柱上。</li>
	<li>向离心柱中加入500 µL洗涤缓冲液，在10,000 x g下离心1分钟。然后将离心柱转移至一个洁净的1.5-mL微量离心管中。</li>
	<li>向离心柱中加入20 µL 10 mM Tris-HCl（pH 8.5），在室温下静置5分钟，然后在10,000 x g下离心1分钟。 
	注意：洗脱缓冲液不得含有EDTA，因其会干扰文库构建酶的活性。</li>
	<li>将流出液再次通过离心柱，在室温下孵育5分钟后，在10,000 x g下离心1分钟。 
	注意：此步骤至关重要，以确保结合在离心柱上的gDNA实现最大程度的洗脱。</li>
</ol>
4. 文库构建流程
<ol>
	<li>DNA片段化
	<ol>
		<li>将15 µL的gDNA洗脱液转移至一个15 µL的微量离心管中用于DNA片段化，并使用台式微量离心机离心1分钟。 
		注意：如材料表中所示，指定的微量离心管适用于低投入量。低体积超声片段化至关重要，由于DNA浓度极低，不能用酶法片段化替代。</li>
		<li>将gDNA片段化至550 bp。 
		注意：我们使用的550 bp设置如下：峰值入射功率 = 30 W，占空比 = 20%，每脉冲周期数 = 50，处理时间 = 23 s。</li>
		<li>充分吹打混匀后，将10 µL片段化DNA混合物转移至一个新的低吸附PCR管中。 
		注意：实验可在此处暂停。将DNA保存在4 °C或-20 °C。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>文库构建流程 
	注意：由于投入DNA量极少，在以下步骤中必须严格使用材料表中指定的试剂盒。
	<ol>
		<li>加入2 µL模板制备缓冲液和1 µL模板制备酶，用移液器充分混匀。</li>
		<li>在热循环仪中进行模板制备反应，反应条件如下：22 °C孵育25分钟，55 °C孵育20分钟，4 °C保存，加热盖温度为101 - 105 °C。反应完成后，立即进行下一步。</li>
		<li>向模板制备反应产物中加入1 µL文库合成缓冲液和1 µL文库合成酶，于22 °C孵育40分钟（最后保持在4 °C）。反应完成后，立即进行下一步。</li>
		<li>加入30 µL文库扩增主混合液（包含25 µL文库扩增缓冲液、1 µL文库扩增酶和4 µL无核酸酶水）以及5 µL索引试剂。</li>
		<li>用移液器充分混匀，并使用台式离心机短暂离心。</li>
		<li>按照表1所示条件进行PCR扩增。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>温度</td>
			<td>时间</td>
			<td>循环次数</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>72 ˚C</td>
			<td>3 分钟</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>85 ˚C</td>
			<td>2 分钟</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>98 ˚C</td>
			<td>2 分钟</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>98 ˚C</td>
			<td>20 秒</td>
			<td rowspan="3">4 个循环</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>67 ˚C</td>
			<td>20 秒</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>72 ˚C</td>
			<td>40 秒</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>98 ˚C</td>
			<td>20 秒</td>
			<td rowspan="2">16 个循环</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>72 ˚C</td>
			<td>50 秒</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4 ˚C</td>
			<td>保持</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1：PCR条件。
<ol start="3">
	<li>PCR产物的纯化 
	注意：此步骤可用其他纯化方法替代。若使用替代方法，请务必使用分光光度计检测所得DNA的纯度。260/280和260/230的吸光度比值均需高于1.8。
	<ol>
		<li>加入50 µL磁珠，用移液器吹打溶液10次，然后在台式微量离心机中短暂离心。</li>
		<li>在室温下孵育2分钟。</li>
		<li>将样品置于磁力架上孵育5分钟，或直至溶液完全澄清，随后移除上清液。</li>
		<li>在磁力架上的低吸附PCR管中加入200 µL新鲜配制的80%乙醇，静置30秒后移除上清液。重复此步骤两次。操作过程中勿扰动磁珠。</li>
		<li>使用台式离心机对低吸附PCR管进行短暂离心，并在磁力架上去除残留乙醇。将磁珠空气干燥，但避免过度干燥。</li>
		<li>用15 µL 10 mM Tris-HCl（pH 8.5）重悬磁珠，充分吹打溶液使磁珠均匀分散，室温孵育2分钟，短暂离心后置于磁力架上孵育2分钟，直至溶液澄清。 
		注意：洗脱缓冲液不应含有EDTA，因其会干扰测序化学反应。</li>
		<li>将上清液转移至新的低吸附PCR管中，注意勿扰动沉淀。 
		注意：实验可在此处暂停。DNA可保存在4 °C，或长期储存于-20 °C。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. DNA的质量检测、定量与序列分析
注意：由于 DNA 量较少，此步骤之前不进行质量检测。
<ol>
	<li>DNA文库片段大小分布的验证 
	注意：也可使用其他高灵敏度的电泳系统，只要其能够以数字化方式报告片段大小分布即可。
	<ol>
		<li>将电泳缓冲液试剂和凝胶卡盒（范围为25 - 1,000 bp）恢复至室温。</li>
		<li>取3 µL电泳缓冲液试剂与1 µL测序文库混合，涡旋振荡1分钟使其充分混匀，然后使用台式离心机短暂离心。</li>
		<li>进行电泳，并使用配套软件验证文库的片段大小分布。主条带峰的大小应大致分布在300至1,000 bp范围内。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>DNA定量 
	注意：也可采用其他基于荧光的方法或定量PCR进行定量，但应避免使用分光光度法，因其对测序文库的定量不够准确。
	<ol>
		<li>在796 µL溶液缓冲液中加入4 µL荧光试剂，充分混匀。将190 µL工作液分装至两个检测管中，197 µL分装至一个检测管中。</li>
		<li>向含有190 µL工作液的每个检测管中加入10 µL已知浓度的DNA标准品，向含有197 µL工作液的检测管中加入3 µL制备好的文库样品。</li>
		<li>短暂涡旋振荡各管，随后在台式离心机上离心。使用荧光计，设置3 µL检测模式对DNA进行定量。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>DNA文库测序 
	注意：测序平台必须与指定的文库构建试剂盒兼容。
	<ol>
		<li>根据生产商提供的操作规程制备测序文库。</li>
		<li>将试剂盒和流动池安装至测序仪中，并按照生产商的操作规程输入测序运行信息。</li>
		<li>启动测序。 
		注意：我们进行了两次测序运行：一次为单样本/单次运行，另一次为四个样本在同一测序运行中进行多重检测。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. 计算分析
<ol>
	<li>进行碱基识别，并在需要时对读段进行解复用。</li>
	<li>使用 FastQC 验证序列数据的质量19。 
	注意：如需对获得的数据进行更深入的验证，请参见我们之前的报告16。</li>
</ol>

<ol><li>Crowe, J. H., Hoekstra, F. A., Crowe, L. M. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev.ph.54.030192.003051">Anhydrobiosis.</a> Annual Review of Physiology. 54 (1), 579-599 (1992).</li>
<li>Mobjerg, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Survival+in+extreme+environments+-+on+the+current+knowledge+of+adaptations+in+tardigrades%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Physiologica%22%5BJournal%5D)">Survival in extreme environments - on the current knowledge of adaptations in tardigrades.</a> Acta Physiologica. 202 (3), 409-420 (2011).</li>
<li>Becquerel, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((La+suspension+de+la+vieau+dessous+de+1%2F20+K+absolu+par+demagnetization+adiabatique+de+L%27alun+de+fer+dans+le+vide+les+plus+el%C3%A9ve%5BTitle%5D)+AND+%22Comptes+Rendus+de+l%27Acad%C3%A9mie+des+Sciences%22%5BJournal%5D)">La suspension de la vieau dessous de 1/20 K absolu par demagnetization adiabatique de L'alun de fer dans le vide les plus eléve.</a> Comptes Rendus de l'Académie des Sciences. 231, 261-264 (1950).</li>
<li>Ono, F., et al. <a target="_blank" href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/23311940.2016.1167575">Effect of ultra-high pressure on small animals, tardigrades and Artemia.</a> Cogent Physics. 3 (1), 1167575(2016).</li>
<li>Horikawa, D. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tolerance+of+anhydrobiotic+eggs+of+the+Tardigrade+Ramazzottius+varieornatus+to+extreme+environments%5BTitle%5D)+AND+%22Astrobiology%22%5BJournal%5D)">Tolerance of anhydrobiotic eggs of the Tardigrade Ramazzottius varieornatus to extreme environments.</a> Astrobiology. 12 (4), 283-289 (2012).</li>
<li>Horikawa, D. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+DNA+repair+and+protection+in+the+Tardigrade+Ramazzottius+varieornatus+and+Hypsibius+dujardini+after+exposure+to+UVC+radiation%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Analysis of DNA repair and protection in the Tardigrade Ramazzottius varieornatus and Hypsibius dujardini after exposure to UVC radiation.</a> PLoS One. 8 (6), e64793(2013).</li>
<li>Horikawa, D. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiation+tolerance+in+the+tardigrade+Milnesium+tardigradum%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Radiation+Biology%22%5BJournal%5D)">Radiation tolerance in the tardigrade Milnesium tardigradum.</a> International Journal of Radiation Biology. 82 (12), 843-848 (2006).</li>
<li>May, R. M., Maria, M., Gumard, J. <a target="_blank" href="https://ci.nii.ac.jp/naid/10021039778/">Action différentielle des rayons x et ultraviolets sur le tardigrade Macrobiotus areolatus, a L'état actif et desséché.</a> Bulletin Biologique de la France et de la Belgique. 98, 349-367 (1964).</li>
<li>Jonsson, K. I., Harms-Ringdahl, M., Torudd, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiation+tolerance+in+the+eutardigrade+Richtersius+coronifer%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Radiation+Biology%22%5BJournal%5D)">Radiation tolerance in the eutardigrade Richtersius coronifer.</a> International Journal of Radiation Biology. 81 (9), 649-656 (2005).</li>
<li>Bemm, F., Weiss, C. L., Schultz, J., Forster, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genome+of+a+tardigrade%3A+Horizontal+gene+transfer+or+bacterial+contamination%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Genome of a tardigrade: Horizontal gene transfer or bacterial contamination?</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (22), E3054-E3056 (2016).</li>
<li>Delmont, T. O., Eren, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identifying+contamination+with+advanced+visualization+and+analysis+practices%3A+metagenomic+approaches+for+eukaryotic+genome+assemblies%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">Identifying contamination with advanced visualization and analysis practices: metagenomic approaches for eukaryotic genome assemblies.</a> PeerJ. 4, e1839(2016).</li>
<li>Koutsovoulos, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((No+evidence+for+extensive+horizontal+gene+transfer+in+the+genome+of+the+tardigrade+Hypsibius+dujardini%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">No evidence for extensive horizontal gene transfer in the genome of the tardigrade Hypsibius dujardini.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (18), 5053-5058 (2016).</li>
<li>Boothby, T. C., Goldstein, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reply+to+Bemm+et+al.+and+Arakawa%3A+Identifying+foreign+genes+in+independent+Hypsibius+dujardini+genome+assemblies%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Reply to Bemm et al. and Arakawa: Identifying foreign genes in independent Hypsibius dujardini genome assemblies.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (22), E3058-E3061 (2016).</li>
<li>Boothby, T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+for+extensive+horizontal+gene+transfer+from+the+draft+genome+of+a+tardigrade%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Evidence for extensive horizontal gene transfer from the draft genome of a tardigrade.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (52), 15976-15981 (2015).</li>
<li>Arakawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((No+evidence+for+extensive+horizontal+gene+transfer+from+the+draft+genome+of+a+tardigrade%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">No evidence for extensive horizontal gene transfer from the draft genome of a tardigrade.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (22), E3057(2016).</li>
<li>Arakawa, K., Yoshida, Y., Tomita, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genome+sequencing+of+a+single+tardigrade+Hypsibius+dujardini+individual%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Data%22%5BJournal%5D)">Genome sequencing of a single tardigrade Hypsibius dujardini individual.</a> Scientific Data. 3, 160063(2016).</li>
<li>Yoshida, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+genomics+of+the+tardigrades+Hypsibius+dujardini+and+Ramazzottius+varieornatus%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biology%22%5BJournal%5D)">Comparative genomics of the tardigrades Hypsibius dujardini and Ramazzottius varieornatus.</a> PLoS Biology. 15 (7), e2002266(2017).</li>
<li>He, F. <a target="_blank" href="https://bio-protocol.org/bio101/e47">Total RNA Extraction from C. elegans.</a> Bio-protocol. Bio101, e47(2011).</li>
<li>Andrews, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAndrews%2C+S+%22FastQC+a+quality-control+tool+for+high-throughput+sequence+data%22">FastQC a quality-control tool for high-throughput sequence data</a>. , 
 <a target="_blank" href="http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/">http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/</a> (2015).</li>
<li>Hashimoto, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extremotolerant+tardigrade+genome+and+improved+radiotolerance+of+human+cultured+cells+by+tardigrade-unique+protein%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Extremotolerant tardigrade genome and improved radiotolerance of human cultured cells by tardigrade-unique protein.</a> Nature Communications. 7, 12808(2016).</li>
<li>Zimin, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+MaSuRCA+genome+assembler%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">The MaSuRCA genome assembler.</a> Bioinformatics. 29 (21), 2669-2677 (2013).</li>
<li>Li, H., Durbin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+and+accurate+short+read+alignment+with+Burrows-Wheeler+transform%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">Fast and accurate short read alignment with Burrows-Wheeler transform.</a> Bioinformatics. 25 (14), 1754-1760 (2009).</li>
<li>Okonechnikov, K., Conesa, A., Garcia-Alcalde, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Qualimap+2%3A+advanced+multi-sample+quality+control+for+high-throughput+sequencing+data%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">Qualimap 2: advanced multi-sample quality control for high-throughput sequencing data.</a> Bioinformatics. 32 (2), 292-294 (2016).</li>
<li>Horikawa, D. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Establishment+of+a+rearing+system+of+the+extremotolerant+tardigrade+Ramazzottius+varieornatus%3A+a+new+model+animal+for+astrobiology%5BTitle%5D)+AND+%22Astrobiology%22%5BJournal%5D)">Establishment of a rearing system of the extremotolerant tardigrade Ramazzottius varieornatus: a new model animal for astrobiology.</a> Astrobiology. 8 (3), 549-556 (2008).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

细菌污染对微生物基因组测序构成威胁。尽管先前关于缓步动物基因组测序的研究已通过广泛的生物信息学方法过滤污染序列12,20我们对单个个体进行了基因组测序，以最大限度降低污染风险。由于单个缓步动物个体所含基因组DNA约为50 - 200 pg16 并且被包裹在一层厚厚的几丁质外骨骼中，因此排除污染物和高质量DNA提取是本方案中的关键步骤。现有的缓步动物培养物并非无菌，而从野外采集的个体体表携带大量污染物，其肠道内也含有食物残渣。此前的缓步动物基因组测序项目通常将10,000至100,000个个体合并为一个样本进行测序12,14，这意味着结果极有可能受到细菌污染物的影响。在他们的报告中，Boothby 等 收集 H. dujardini 利用个体的负趋光性行为14，且该组未采用任何...

缓步动物是一类微小的动物，当面临干燥环境时可进入一种称为隐生的无代谢状态。它们通过吸收水分恢复生命活动1，2。在无代谢状态下，缓步动物能够耐受多种极端环境，包括极端温度3、压力4，5、高强度的紫外线照射6、X射线和γ射线7，8，以及宇宙空间环境9。基因组数据是研究隐生分子机制不可或缺的基础。
此前对缓步动物基因组进行测序的尝试均显示出细菌污染的迹象10,11,12,13,14。对这类微小生物进行基因组测序需要大量个体，且容易受到细菌污染；因此，我们此前已建立了一种超低起始量的测序方案，从单个缓步动物个体开始，以最大限度降低污染风险15。基于这些数据，我们进一步对 H. dujardini 的基因组进行了高质量的重测序与重新组装16,17&#160;。本文将详细描述从单个缓步动物个体进行基因组测序的这一方法（图1）。该测序方法的验证并非本文的重点，已在我们此前的报告中进行了充分讨论16。
该方法包括两个部分：以尽可能低的污染程度分离单个缓步动物，以及从图谱水平高效提取DNA。将缓步动物饥饿处理后，用清水及抗生素充分冲洗，并在500倍显微镜下观察，以确保彻底去除任何细菌污染。先前的估算和测量表明，单个缓步动物个体含有约50–200 pg的基因组DNA16，可通过冻融循环或手工匀浆裂解几丁质外骨骼来提取该基因组DNA。提取的DNA用于文库构建，并在DNA测序仪上进行测序。进一步的生物信息学分析显示，与以往的缓步动物测序项目相比，本方法获得的测序数据质量高，且污染水平低。

<table><tbody><tr><td>SZ61 显微镜</td><td>OLYMPUS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>BactoAgar</td><td>Difco Laboratories</td><td>214010</td><td></td></tr><tr><td>青霉素-链霉素（10,000 U/mL）</td><td>Gibco by life technologies</td><td>15140-148</td><td></td></tr><tr><td>VHX-5000 系统</td><td>Keyence</td><td></td><td></td></tr><tr><td>0.2 mL 硅涂层管</td><td>Bio Medical Science</td><td>BC-bmb20200</td><td></td></tr><tr><td>Quick-DNA Microprep 试剂盒</td><td>ZYMO Research</td><td>D3021</td><td>该试剂盒的使用至关重要；参见步骤 3.1</td></tr><tr><td>1.5 mL 微量离心管</td><td>greiner bio-one</td><td>616-201</td><td>参见 4.1.1</td></tr><tr><td>高速冷冻微量离心机</td><td>TOMY</td><td>MX-307</td><td></td></tr><tr><td>Covaris M220</td><td>Covaris Inc.</td><td>4482277</td><td></td></tr><tr><td>ThruPLEX DNA-Seq 试剂盒</td><td>Rubicon Genomics</td><td>CAT. NO. R400406</td><td>该试剂盒的使用至关重要；参见步骤 4.2</td></tr><tr><td>PCR 仪</td><td>Bioer Technology</td><td>TC-96GHbC</td><td></td></tr><tr><td>AMPure XP 试剂</td><td>BECKMAN COULTER Life Science</td><td>A63881</td><td></td></tr><tr><td>乙醇</td><td>Wako</td><td>054-027335</td><td></td></tr><tr><td>EB 缓冲液</td><td>QIAGEN</td><td>19086</td><td></td></tr><tr><td>2200 TapeStation</td><td>Agilent</td><td>G2965AA&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>D1000 试剂</td><td>Agilent</td><td>5067-5583</td><td></td></tr><tr><td>D1000 ScreenTape</td><td>Agilent</td><td>5067-5582</td><td></td></tr><tr><td>Qubit dsDNA BR 缓冲液/试剂</td><td>ThermoFisher Scientific</td><td>Q32850</td><td></td></tr><tr><td>Cubee Mini-Centrifuge</td><td>RecenttecGenereach</td><td>R5-AQBD01aqbd</td><td></td></tr><tr><td>MiSeq 600 循环 v3</td><td>Illumina Inc.</td><td>MS-102-3003</td><td></td></tr><tr><td>MiSeq 测序仪</td><td>Illumina Inc.</td><td>SY-410-1003</td><td></td></tr></tbody></table>

单个缓步动物标本的超低起始量基因组测序文库制备

Ultralow Input Genome Sequencing Library Preparation from a Single Tardigrade Specimen

缓步动物是一类在面临干燥胁迫时可进入一种称为隐生的状态的微型动物，该状态下其新陈代谢几乎停止，而在重新获得水分后可恢复至正常状态。对缓步动物等微型动物进行基因组测序时，容易受到细菌污染，有时会导致错误的结论，例如关于这些动物中水平基因转移程度的判断。本文提供了一种超低起始量的测序方法，可从单个缓步动物个体中完成对 Hypsibius dujardini 基因组的测序。通过严格的清洗与污染物排除，并高效提取单一个体中约 50 ~ 200 pg 的基因组 DNA，我们构建了适用于DNA测序仪的文库。所构建的文库具有高度可重复性和无偏性，对测序读段进行生物信息学分析，并与其他 H. dujardini 基因组数据进行比较，结果显示污染程度极低。该方法可应用于此前因无法培养而难以测序的缓步动物种类。

污染物排除：
本方案包括对缓步动物进行彻底清洗，并采用抗生素处理进行灭菌，以最大限度地减少污染。同时包括视觉检查步骤，以确保上述处理过程的完整性。在验证过程中（方案的第2.4步）拍摄的显微镜图像如图2所示。在500倍放大倍数下观察时，细菌细胞表现为围绕缓步动物个体移动的小颗粒状物。
DNA文库质量的验证：
构建的 DNA-Seq 文库总量约为 109.5 ng（7.3 ng/µL × 15 µL）16。为验证片段化长度分布，电泳图谱应与<s...

在微观生物的基因组测序过程中，污染问题仍然十分严重。本文介绍一种方法，仅需50 pg基因组DNA且无需全基因组扩增，即可对单个个体缓步动物的基因组进行测序，从而最大限度地降低污染风险。

缓步动物是一类微小动物，在面临干燥环境时可进入一种称为隐生的无代谢状态，并能在适宜条件下恢复至原本的生理状态……

本实验方案的目标是对一种名为缓步动物（tardigrades）的微观生物进行基因组测序。我们已建立了一种方法，可对单个个体的缓步动物——杜氏哈皮蛛（Hypsibius dujardini）——进行全基因组测序，仅需低至50皮克的基因组DNA。在分离出单个缓步动物后，我们通过使用抗生素和显微观察来最大限度地减少细菌污染。我们还采用了两种均质化方法。第一种是在秀丽隐杆线虫中常用的方法，即使用冻融循环；第二种是使用移液器吸头手动碾碎缓步动物。随后利用DNA构建测序文库，并在MiSeq测序仪上进行测序。本实验方案的总体概述。在分离出单一个体后，需进行三次冻融循环以实现均质化。随后提取并纯化基因组DNA，并通过超声处理将其片段化。然后构建测序文库，并在验证文库片段大小分布后，使用测序仪器进行测序。使用蒸馏水作为溶剂，在90毫米的塑料培养皿中制备2%琼脂糖凝胶，并加入10毫米的1%青霉素-链霉素溶液（用蒸馏水配制）。该凝胶可在18摄氏度的培养箱中保存两到三周。选取一只缓步动物，置于已准备好的琼脂平板上，用蒸馏水清洗两到三次，以去除残留颗粒。将该缓步动物放入青霉素-链霉素抗生素溶液中处理两到六小时，以去除细菌污染，然后使用P10移液器将去污染后的个体转移至洁净的载玻片上。在显微镜下以500倍放大观察缓步动物，并确认无残留细菌存在。使用 P10 移液器吸取个体，液体体积最多不超过 5 µL，放入低吸附 PCR 管中，并尽可能去除多余液体。匀浆与 DNA 提取：采用以下方法之一对动物样本进行匀浆，以获得基因组 DNA。采用冻融循环进行匀浆。在完成步骤2.5后立即向含有缓步动物的PCR管中加入100微升裂解缓冲液。将PCR管置于液氮中10分钟，然后转移至加热块中，在37摄氏度下温育10分钟。重复此步骤三次。手动研磨。在体视显微镜下，用P10移液器枪头将个体紧压在PCR管壁上进行研磨，并立即加入100 µL裂解缓冲液。室温孵育30分钟，使细胞裂解。将裂解混合物的全部体积转移至一支洁净的1.5毫升低吸附微量离心管中。向用于匀浆且现已空置的低吸附PCR管中加入100微升裂解缓冲液。移液后，将混合物转移至1.5 mL低吸附微量离心管中。重复此步骤两次。向低吸附PCR管中加入300 µL裂解缓冲液，移液后，将混合物转移至1.5 mL低吸附微量离心管中。将总共 600 微升裂解液加入置于收集管中的离心柱中，在 10,000 G 条件下离心一分钟。将流出液重新加入离心柱中，在 10,000 G 条件下再次离心一分钟。此步骤至关重要，以确保大部分基因组 DNA 能结合到离心柱上。向离心柱中加入 500 微升洗涤缓冲液，在 10,000 G 条件下离心一分钟。将离心柱转移至一个洁净的 1.5 毫升微量离心管中。向离心柱中加入 20 微升 10 毫摩尔的首次 ACL，室温下静置五分钟。在10,000 G条件下离心一分钟。稀释缓冲液中不得含有EDTA，因为它会干扰实验室制备酶的活性。将流出液重新加至离心柱中，在室温孵育五分钟后，于10,000 G离心一分钟。测序文库构建。DNA片段化。将15微升基因组DNA洗脱液转移至0.2毫升微量离心管中用于DNA片段化，并使用台式离心机离心1分钟。将基因组DNA片段化至550个碱基对。充分吹打混匀后，取10 µL片段化DNA混合物转移至洁净的低吸附PCR管中。实验可在此处暂停，将DNA在4 °C或-20 °C保存。测序文库构建。由于DNA投入量较低，以下步骤中必须使用指定的试剂盒。请按照生产商的说明书准备所需的试剂，并在不作任何修改的情况下构建测序文游戏副本。将文库扩增混合液加入文库合成混合液后，在PCR仪中进行PCR反应。PCR反应条件如图所示。对PCR反应产物进行纯化。加入50微升磁珠，用移液器吹打10次，然后使用台式微量离心机短暂离心。在室温下孵育2分钟。将样品置于磁力架上孵育5分钟，或直至溶液完全澄清，然后移除上清液。按照制造商的说明书操作。将上清液转移至新的低吸附PCR管中，注意勿扰动沉淀。进行DNA质量检测、定量及测序。验证DNA文库片段大小分布。取三微升样品水与一微升测序文库混合，充分涡旋混匀一分钟，然后用台式离心机短暂离心。进行电泳，并使用配套软件验证文库片段大小分布。主片段峰的范围通常应在约 300 到 1,000 个碱基对之间。DNA 定量。加入 796 µL 溶液缓冲液和 4 µL 荧光试剂，并充分混匀。取190微升工作液分别加入两支检测管中，另取197微升加入一支检测管中。向含有190微升工作液的各检测管中分别加入10微升已知DNA浓度的标准品，向含有197微升工作液的检测管中加入3微升制备好的文库。短暂涡旋振荡后，在台式离心机上离心。使用荧光计在3 µL设置下定量DNA。对DNA文库进行测序。根据制造商的说明书制备测序文库。按照制造商的说明书，将试剂盒和流动池安装到测序仪中，并输入测序运行信息。启动测序。代表性结果。在高质量DNA提取过程中，污染物的暴露仍然是本方案中的关键问题。为了直观地检测是否存在污染物，我们将缓步动物置于抗生素（青霉素和链霉素）中孵育，并在500倍显微镜下观察个体。如图所示，缓步动物周围的可见微生物已被完全清除。在完成高效的匀浆、DNA提取、片段化和文库构建后，使用高灵敏度电泳对文库的片段大小分布进行质量检测。紫色和绿色线条分别表示1,500和25个碱基对的上下标记。泳道 L 为 DNA 标准 Marker，泳道 S 和 N1 至 N4 是同一实验的五个重复，均起始于单个缓步动物样本。从 200 至 1,000 个碱基对之间宽广且均匀的条带分布可以看出，即使起始样本量极低，本实验方案仍具有高度可重复性。以下是来自单次测序运行所获得的同步化 reads 的快速质控结果。测序读段以300个碱基对的成对末端形式获得，其中正向读段和反向读段分别显示在上方和下方。此处显示的分布是300碱基对成对末端读段的典型特征，在前200个碱基对中碱基识别质量非常高（Q30以上），随后质量逐渐下降至末端。因此，该方法每个样本仅使用单一个体。无需像以往的缓步动物基因组测序项目那样使用大量动物样本。目前大多数缓步动物的培养方法尚未建立。因此，能够直接对单个个体（例如野外采集的个体）进行基因组测序，将对缓步动物的分子生物学研究产生重大影响，也可能惠及其他小型动物的研究。我们的DNA测序方法使得分析其他大量尚未测序的微生物成为可能，例如稀有的独活草物种、线虫、水杉以及其他生物，通过连接部分区域与更广泛的公共区域，进一步拓展了各种生物学机制可能发生的研究环境。

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科研

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Genetics

遗传学

单缓步动物标本的超低输入基因组测序库制备

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单个缓步动物标本的超低起始量基因组测序文库制备

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