Die Crossover-Bildung zwischen homologen Chromosomen ist essentiell für die korrekte Segregation der Chromosomen und auch für die Erzeugung genetischer Vielfalt1. Fehler bei der Crossover-Bildung verursachen Aneuploidie, die zu Unfruchtbarkeit, Fehlgeburten und Geburtsfehlern führen kann2. Die Crossover-Häufigkeit variiert je nach Chromosomenregion, Mutantentyp, Alter und Geschlecht, was die Notwendigkeit unterstreicht, die Crossover-Häufigkeit unter jeder dieser Bedingungen genau zu messen 3,4,5. Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist es, die Crossover-Frequenz jeder Chromosomendomäne genau zu messen und dadurch die Verteilung der Crossover über die gesamte Länge des C. elegans-Chromosoms genau zu bestimmen.
Traditionell wird die Zwei-Punkt-Kartierung unter Verwendung morphologischer Marker verwendet, um die Kreuzungsfrequenz 6,7,8,9,10 zu messen. Bei C. elegans werden Phänotypen von dumpigen, kurzen, fetten Körpern (Dpy) und unkoordinierten Bewegungen (Unc) häufig verwendet, um Chromosomenkarten zu erstellen6. Die Vorteile dieser Methode sind die geringen Kosten und die Möglichkeit, viele Nachkommen zu analysieren. Zu den Nachteilen dieser Methoden gehören die Einschränkung der Auswahl der interessierenden Loci und die Unfähigkeit, letale Nachkommen zu verwenden, da ihre Phänotypen nicht sichtbar sind. Um die Unannehmlichkeiten bei der Standortwahl zu überwinden, wurden Tc1-Transposons als Marker für polymorphe sequenzmarkierte Stellen (STS) verwendet11,12. Tc1s können mittels PCR und Elektrophorese nachgewiesen werden. Während der Standardstamm Bristol N2 30 Kopien des Tc1-Transposons aufwies, wiesen die C. elegans-Isolate aus Bergerac in Frankreich (RW7000 und DP13) 500 Kopien von Tc1 auf. Daher variieren die Anzahl und Verteilung der Tc1-Transposons zwischen den Isolaten, und dies wird verwendet, um die Chromosomen der Nachkommen von Hybridwürmern zwischen den Isolaten mittels PCR zu analysieren. Anschließend wurden SNPs auch zur Messung der Crossover-Häufigkeit und -Verteilung verwendet13,14. Der SNP zwischen den Stämmen Bristol N2 und Hawaiian CB4856 trat alle 1.000 bpauf 15,16. SNPs werden als Restriktionsfragmentlängenpolymorphismen (RFLP) mittels PCR, Restriktionsverdau und Elektrophorese nachgewiesen. Kürzlich wurden kleine Insertions-/Deletionsstellen (InDel) sowie SNPs zwischen Bristol N2 und hawaiianischem CB4856 als effizientere Marker vorgeschlagen17. Die Messung der Crossover-Frequenz mit Tc1, RFLP und InDel erfordert jedoch arbeitsintensive Prozesse wie PCR, Restriktionsenzymbehandlung und Elektrophorese. Wenn nicht jeder Prozess in einer groß angelegten Analyse optimiert wird, können die Ergebnisse aufgrund von Faktoren wie der Genauigkeit der PCR, der Art des verwendeten Restriktionsenzyms, der Effizienz der DNA-Spaltung und der Klarheit und Trennung der Banden während der Elektrophorese falsch interpretiert werden. Im Gegensatz dazu nutzt die vorgeschlagene Methode die SNP-Genotypisierung durch real-time PCR, um eine genaue und präzise Quantifizierung zu ermöglichen.
Crossover sind nicht zufällig entlang der Chromosomen verteilt. Bei C. elegans bilden sich einzelne Kreuzungen häufiger in den Armen und werden in der Mitte unterdrückt 3,5. Mit der morphologischen Zwei-Punkt-Kartierung kann nicht identifiziert werden, wo Crossover außerhalb von Markergenen stattfinden. Umgekehrt ermöglicht die SNP-Kartierung eine Erhöhung der Marker und erleichtert nachweislich die Bestimmung der genauen Region eines Crossovers entlang des gesamten Chromosoms 5,14,18. In dieser Studie verwendeten wir die von Rockman und Kruyglyak vorgeschlagenen chromosomalen Domänengrenzen5 und wählten vier SNPs für die Analyse aus: an beiden Enden des Chromosoms und an beiden Enden der Zentrums-/Armgrenzen.
Unter Ausnutzung der vorherigen Methoden haben wir eine genaue und schnelle SNP-Nachweismethode durch Echtzeit-PCR unter Verwendung von TaqMan, 5'-Nuklease19, vorgeschlagen, um den Crossover zwischen dem linken Arm, der Mitte und dem rechten Arm jedes Chromosoms zu messen. Die Vorteile unserer Methode gegenüber alternativen Technologien im Vergleich zu früheren Studien 20,21,22 sind Genauigkeit und Einfachheit. Diese Methode ist eine qPCR-angewandte Crossover-Analysemethode für C. elegans und eignet sich hervorragend für Forscher, die die Meiose untersuchen.