Le développement précoce dépend des produits hérités de la mère, et le rôle de bon nombre de ces produits est actuellement inconnu. Ici, nous avons décrit un protocole qui utilise CRISPR-Cas9 pour identifier les phénotypes d’effet maternel en une seule génération.
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Article de méthode
Déterminer le rôle des gènes exprimés par la mère dans le développement précoce des croustillants maternels
Dans cet article
Résumé
Résumé
Le développement précoce dépend d’un ensemble de facteurs maternels incorporés dans l’ovocyte mature au cours de l’oogenèse qui remplissent toutes les fonctions cellulaires nécessaires au développement jusqu’à l’activation du génome zygotique. En règle générale, le ciblage génétique de ces facteurs maternels nécessite une génération supplémentaire pour identifier les phénotypes d’effet maternel, ce qui entrave la capacité de déterminer le rôle des gènes exprimés par la mère au cours du développement. La découverte des capacités d’édition biallélique de CRISPR-Cas9 a permis le criblage de phénotypes embryonnaires dans les tissus somatiques d’embryons injectés ou de « crispants », augmentant ainsi la compréhension du rôle que jouent les gènes exprimés zygotiquement dans les programmes de développement. Cet article décrit un protocole qui est une extension de la méthode crispant. Dans cette méthode, l’édition biallélique des cellules germinales permet d’isoler un phénotype d’effet maternel en une seule génération, ou « crispants maternels ». Le multiplexage des ARN guides vers une seule cible favorise la production efficace de crispants maternels, tandis que l’analyse de séquence des haploïdes maternels crispants fournit une méthode simple pour corroborer les lésions génétiques qui produisent un phénotype d’effet maternel. L’utilisation de crispants maternels favorise l’identification rapide des gènes essentiels exprimés par la mère, facilitant ainsi la compréhension du développement précoce.
Introduction
Un pool de produits déposés par la mère (par exemple, ARN, protéines et autres biomolécules) est nécessaire pour tous les processus cellulaires précoces jusqu’à ce que le génome zygotique de l’embryon soit activé1. L’épuisement prématuré de ces produits de l’ovocyte est généralement létal embryonnaire. Malgré l’importance de ces gènes dans le développement, le rôle de nombreux gènes exprimés par la mère est actuellement inconnu. Les progrès de la technologie d’édition de gènes chez le poisson zèbre, tels que CRISPR-Cas9, permettent de cibler les gènes exprimés par la mère 2,3,4. Cependant, l’identification d’un phénotype d’effet maternel nécessite une génération supplémentaire par rapport à un phénotype zygotique, nécessitant ainsi plus de ressources. Récemment, la capacité d’édition biallélique de CRISPR-Cas9 a été utilisée pour dépister les phénotypes embryonnaires dans les tissus somatiques d’embryons injectés (F0), connus sous le nom de « crispants »5,6,7,8,9,10. La technique de crispant permet un criblage efficace des gènes candidats dans les cellules somatiques, facilitant ainsi la compréhension des aspects spécifiques du développement. Le protocole décrit dans cet article permet d’identifier les phénotypes de l’effet maternel, ou « crispants maternels », en une seule génération11. Ce schéma est réalisable en multiplexant les ARN guides vers un seul gène et en favorisant les événements d’édition bialléliques dans la lignée germinale. Ces embryons maternels crispants peuvent être identifiés par des phénotypes morphologiques macroscopiques et faire l’objet d’une caractérisation primaire, telle que l’étiquetage des limites cellulaires et la structuration de l’ADN11. L’analyse combinée du phénotype observable et la caractérisation moléculaire de base des INDEL induites permettent de prédire le rôle du gène ciblé dans le développement précoce.
Chez le poisson zèbre, au cours des premières 24 heures post-fécondation (HPF), un petit groupe de cellules se développe dans les cellules germinales primordiales, un précurseur de la lignée germinale12,13,14,15. Dans les couvées pondues par les femelles F0, la proportion d’embryons maternels crispants récupérés dépend du nombre de cellules germinales contenant un événement d’édition biallélique dans le gène ciblé. En général, plus l’événement d’édition se produit tôt dans l’embryon, plus la probabilité que des mutations CRISPR-Cas9 soient observées dans la lignée germinale est élevée. Dans la plupart des cas, les phénotypes des embryons maternels crispants proviennent de la perte de fonction des deux allèles maternels présents dans l’ovocyte en développement. Lorsque l’ovocyte termine la méiose, l’un des allèles maternels est extrudé de l’embryon via le corps polaire, tandis que l’autre allèle est incorporé dans le pronucleus maternel. Le séquençage de multiples haploïdes maternels crispants représentera un mélange des mutations (insertions et/ou délétions (INDEL)) présentes dans la lignée germinale qui contribuent au phénotype11.
Le protocole suivant décrit les étapes nécessaires pour créer des mutations CRISPR-Cas9 dans les gènes de l’effet maternel et identifier le phénotype correspondant à l’aide d’une approche de crispant maternel (Figure 1). La première section expliquera comment concevoir et créer efficacement des ARN guides, tandis que les sections deux et trois contiennent des étapes critiques pour la création de crispants maternels par micro-injection. Après l’injection du mélange CRISPR-Cas9, les embryons injectés sont examinés pour les modifications somatiques par PCR (section quatre). Une fois que les embryons F0 injectés se développent et atteignent la maturité sexuelle, les femelles F0 sont croisées avec des mâles de type sauvage, et leur progéniture est examinée pour les phénotypes d’effet maternel (section cinq). La section six comprend des instructions sur la fabrication d’haploïdes maternels crispants qui peuvent être combinés avec le séquençage de Sanger pour identifier les INDEL induites par CRISPR-Cas9. En outre, la discussion contient des modifications qui peuvent être apportées au protocole pour augmenter la sensibilité et la puissance de cette méthode.
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Protocole
Dans les études qui ont conduit à l’élaboration de ce protocole, tous les logements et expériences de poisson zèbre ont été approuvés par le Comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux de l’Université du Wisconsin-Madison (IACUC-M005268-R2).
1. Synthèse des ARN guides
REMARQUE: Les crispants zygotiques ont été créés en utilisant un seul ARN guide ou en multiplexant plusieurs ARN guides vers une seule cible 5,6,7,8,9,10. Le multiplexage des ARN guides augmente le pourcentage d’embryons présentant un phénotype zygotique crispant10. En raison de cette fréquence accrue d’embryons présentant un phénotype, les crispants maternels sont créés en multiplexant quatre ARN guides vers un seul gène. Un protocole plus détaillé sur l’utilisation de CHOPCHOP pour concevoir des ARN guides et une méthode de recuit pour synthétiser les ARN guides pour le poisson zèbre peuvent être trouvés ailleurs 16,17,18,19,20.
- Pour identifier un gène exprimé par la mère à cibler, déterminer les niveaux de transcrit d’ARNm pendant le développement via une base de données de séquences d’ARN qui fournit des informations sur le transcriptome du zygote à 5 jours21. En général, les gènes spécifiques à la mère sont fortement exprimés dans l’embryon précoce et sont dégradés après l’activation du génome zygotique22.
- Une fois qu’un gène cible exprimé par la mère a été identifié, déterminer le premier domaine protéique prédit à l’aide de la section « domaines et caractéristiques » disponible sur le navigateur génomique Ensembl23. Utilisez ce domaine comme région cible pour les quatre ARN guides.
- Utilisez le programme de sélection de l’ARN guide CHOPCHOP pour identifier quatre sites cibles d’ARN guides dans le premier domaine actif. Concevoir des oligonucléotides spécifiques aux gènes, comme indiqué ci-dessous pour chaque site cible. Dans l’oligonucléotide spécifique du gène, la section N20 correspond à la séquence cible moins le site PAM (NGG) de CHOPCHOP. Commandez ces oligonucléotides spécifiques au gène et l’oligonucléotide constant en utilisant la purification standard du dessel (voir le tableau des matériaux).
Oligonucléotide spécifique du gène :
5' TAATACGACTCACTATA- N20 -GTTTTAGAGCTAGAAATAGCAAG 3' - Pour créer un modèle d’ARN guide pour chaque oligonucléotide spécifique au gène, recuit à l’oligonucléotide constant et remplir les surplombs avec de l’ADN polymérase T4 comme décrit précédemment16. Une fois les quatre modèles d’ARN guides assemblés, purifiez-les et concentrez-les ensemble à l’aide d’un kit de nettoyage et de concentrateur d’ADN conformément aux instructions du fabricant (voir le tableau des matériaux).
- Synthétiser le mélange d’ARNg à partir du modèle d’ARN guide mis en commun à l’aide d’un kit de transcription T7 in vitro (voir le tableau des matériaux). Effectuer la transcription in vitro selon les instructions du fabricant. L’utilisation de demi-réactions du kit de transcription T7 peut réduire le coût par réaction.
- Après synthèse d’ARN, purifier le pool résultant d’ARNg à l’aide d’un protocole éthanol/acétate d’ammonium tel que décrit précédemment 16,20,24. Une fois l’ARN isolé, remettez-le en suspension dans 20 μL d’eau exempte de nucléase. Si des demi-réactions du kit de transcription T7 ont été utilisées pour transcrire le pool d’ARNg, remettre en suspension l’ARN purifié dans 10-15 μL d’eau sans nucléase.
- Quantifier la quantité d’ARNg regroupés qui ont été créés à l’aide d’un spectrophotomètre. Diluer le pool d’ARNg dans de l’eau exempte de nucléases jusqu’à une dilution de 1500 ng/μL ± 500 ng/μL. En règle générale, le volume final de la dilution de travail varie de 30 à 50 μL.
- Après avoir déterminé la concentration du pool d’ARNg, vérifier l’intégrité des ARNg sur un gel d’agarose à 1%.
- Lancer un gel d’agarose à 1 % / 0,5 μg / mL de bromure d’éthidium / TBI. Une fois que le gel s’est solidifié, placez-le dans un tampon courant de TBE.
- Mélanger 1 μL du mélange d’ARNg et 1 μL de tampon de charge de gel d’ARN (voir le tableau des matériaux). Chargez cet échantillon dans le gel et faites fonctionner le gel à 100 V pendant 5 min.
- Visualisez les bandes à l’aide de la lumière ultraviolette (UV). Le pool de sgRNAs doit apparaître comme une seule bande. Si un frottis est observé, une dégradation de l’ARN s’est probablement produite.
- Entreposer le pool d’ARNg dans des aliquotes à usage unique de 1 μL dans des tubes en bandelettes PCR sans nucléase dans le congélateur à -80 °C. Pour de grands volumes de mélange d’ARNg (30 μL ou plus), aliquote la moitié du volume dans les tubes de bandelette de PCR sans nucléase et stocker l’autre moitié comme un plus grand volume dans un tube de microcentrifugeuse sans nucléase. Décongeler et aliquote au besoin.
- Pour prévenir la dégradation de l’ARN, s’assurer que les échantillons dans le tube de microcentrifugation ne subissent pas plus de deux cycles de congélation-dégel.
2. Préparation des réactifs et des matériaux pour la microinjection
REMARQUE: Chez le poisson zèbre, l’injection d’ARNm Cas9 peut créer des croustillants zygotiques. Cependant, des études ont montré que la protéine Cas9 est plus efficace dans la création d’INDELs dans les embryons injectés16,25. Ce protocole utilise la protéine Cas9 pour générer des crispants maternels car cette protéine ne connaît pas le même décalage d’activité que l’ARNm Cas9 injecté. En théorie, cela devrait augmenter la probabilité d’une mutation biallélique au début du développement, ce qui augmenterait le risque qu’une section plus étendue de la lignée germinale soit affectée. D’autres protocoles et ressources détaillant comment se préparer aux micro-injections peuvent être trouvés ailleurs24,26.
- Achetez ou générez de la protéine Cas9 (voir le tableau des matières). Remettez en suspension la protéine Cas9 dans de l’eau exempte de nucléases pour obtenir une solution de 2 mg/mL et aliquote 1 μL dans des tubes microcentrifuges en polypropylène sans RNase. Conservez-les sous forme de tubes à usage unique à -80 °C.
- L’après-midi précédant l’injection, utilisez un extracteur de micropipette pour tirer un capillaire en verre et créer une aiguille d’injection. Conservez l’aiguille intacte dans un porte-aiguille fermé jusqu’au matin des micro-injections.
- Pour créer une plaque d’injection, versez 20 ml d’agarose à 1,5 % / H2O stérile pour remplir la moitié d’une boîte de Petri de 100 mm X 15 mm et attendez qu’elle se solidifie. Une fois la solution d’agarose prise, ajouter 20 mL d’agarose à 1,5 % / H2O stérile à la boîte de Petri et placer le moule en plastique (voir le tableau des matériaux) dans l’agarose liquide et laisser durcir.
- Une fois que l’agarose a durci, retirez le moule en plastique et conservez la plaque d’injection à l’envers dans un réfrigérateur jusqu’au matin des injections. Une seule plaque peut être utilisée pour des injections multiples tant que les puits conservent leur intégrité.
3. Microinjection de cocktail CRISPR-Cas9 dans un embryon de poisson-zèbre unicellulaire pour générer des crispants maternels
NOTE: Plus de ressources pour la micro-injection dans les embryons de poisson zèbre peuvent être trouvées ailleurs24,26,27. L’injection du mélange CRISPR-Cas9 dans le blastodisque en développement d’embryons unicellulaires peut augmenter la probabilité de créer des crispants maternels. Le mélange peut également être injecté dans le sac vitellin jusqu’au stade 2 cellules. Cependant, les mélanges injectés dans le jaune dépendent du flux ooplasmique pour atteindre le blastodisque, de sorte que CRISPR-Cas9 injecté dans le jaune pourrait diminuer l’efficacité de coupe du CRISPR-Cas928.
- L’après-midi précédant les micro-injections, installez des croisements de type sauvage dans des boîtes d’accouplement de poisson zèbre. Gardez les poissons mâles et femelles dans le même aquarium, mais séparez-les avec un séparateur de boîte d’accouplement ou placez la femelle à l’intérieur d’un insert de ponte.
- Le matin de l’expérience, sortez une partie aliquote de 2 mg/mL de protéine Cas9 et une partie aliquote du pool d’ARNg. Dans le tube microcentrifuge en polypropylène sans RNase qui contient la protéine Cas9, assemblez un mélange d’injection de 5 μL qui comprend le pool d’ARNg, 1 μL de solution de rouge phénolique à 0,5 % et de l’eau sans nucléase. Visez une concentration finale de 400 ng/μL de protéine Cas9 et 200 ng/μL des ARNg mélangés dans de l’eau exempte de RNase ou un rapport de 2:1 de la protéine Cas9 aux ARNg dans l’embryon injecté. Ce mélange d’injection peut être conservé sur de la glace pour le matin de l’injection.
- Retirez une plaque d’injection du réfrigérateur et laissez-la chauffer à température ambiante (RT) pendant au moins 20 minutes.
- Une fois le cocktail d’injection assemblé, laisser le mâle et la femelle s’accoupler, par exemple en retirant le séparateur de boîte d’accouplement ou en plaçant le mâle dans le même insert de ponte que la femelle, selon le cas.
- Après la ponte du poisson, mais avant que les embryons aient été recueillis, coupez la pointe d’une aiguille intacte à l’aide d’une nouvelle lame de rasoir ou d’une pince fine pour créer une aiguille dont l’alésage est assez petit pour éviter les dommages aux embryons, mais suffisamment large pour ne pas être obstruée par le mélange d’injection. Une fois l’aiguille coupée, chargez-la avec le mélange d’injection à l’aide d’une pointe de pipette de microchargeur insérée dans l’extrémité arrière du capillaire (voir Tableaux des matériaux).
- Une fois l’aiguille remplie, incuber l’aiguille pendant 5 min à RT pour assembler les complexes Cas9-sgRNA.
- Allumez le micro-injecteur et insérez l’aiguille dans le micromanipulateur. Placez une goutte d’huile minérale sur une lame micrométrique et calibrez l’aiguille en ajustant la pression d’injection jusqu’à ce que l’aiguille éjecte un bolus de 1 nL dans l’huile minérale.
REMARQUE: Lors de l’injection dans l’huile minérale, un bolus de 1 nL aura un diamètre d’environ 0,125 mm (ou un rayon de 0,062 mm) tel que mesuré avec la lame micrométrique. - Pour synchroniser les embryons, prélevez-les après 10 min à l’aide d’une passoire en plastique et rincez-les dans une boîte de Petri à l’aide de 1x milieu E3 (5 mM NaCl, 0,17 mM KCl, 0,33 mM CaCl2, 0,33 mM MgSO4, et ajoutez 20 μL de0,03 M de Bleu de méthylène pour 1 L de 1x E3). Prélever 10 à 15 embryons et les placer dans une boîte de Petri séparée pour les conserver comme témoins non injectés.
- Transférer le reste des embryons en développement dans les puits de la plaque d’injection.
- Injecter 1 nL de solution (un total de 400 pg de protéine Cas9 et 200 pg d’ARNg) dans le blastodisque en développement d’un embryon unicellulaire. Si l’extrémité de l’aiguille se bouche, utilisez une pince pour casser l’extrémité vers l’arrière et recalibrez l’aiguille pour éjecter un bolus de 1 nL. Assurez-vous d’injecter tous les embryons pendant les 40 premières minutes de développement après la fécondation.
- Une fois l’injection terminée, remettez les embryons injectés dans une boîte de Petri étiquetée contenant 1x milieu E3 et laissez-les se développer tout au long de la journée. Enlever tous les embryons qui ne sont pas fécondés ou qui ne se développent pas normalement selon la série de stadification du poisson zèbre29.
4. Dépistage des INDEL somatiques dans les embryons injectés F0
REMARQUE : D’autres méthodes d’identification des INDEL, telles que le dosage de l’endonucléase T7 I ou l’analyse de fusion à haute résolution, peuvent être utilisées pour déterminer si les embryons contiennent des INDEL somatiques 30.
- Le lendemain après les injections, retirez les embryons défectueux et lysés de la boîte de Petri et remplacez le support E3 1x pour maintenir la santé de l’embryon.
- Après avoir nettoyé le plat, prélevez six embryons injectés sains et deux embryons témoins de la plaque non injectée. Placez chaque embryon individuellement dans un seul puits d’un tube en bande PCR et étiquetez le dessus des tubes.
- Pour extraire l’ADN génomique d’embryons individuels, retirez l’excès de milieu E3 des puits du tube en bande et ajoutez 100 μL de NaOH 50 mM par puits.
- Incuber les embryons à 95 °C pendant 20 min. Refroidir ensuite les échantillons à 4 °C, ajouter 10 μL de 1 M Tris HCL (pH 7,5) et les vorter pendant 5 à 10 s. Cet ADN extrait peut être conservé à -20 °C pendant au moins 6 mois sans dégradation significative de l’ADN.
- Concevoir des amorces de criblage uniques pour chaque site guide afin d’amplifier un fragment d’ADN de 100 à 110 pb qui comprend le site cible de CRISPR-Cas9. Si possible, placez le site cible au milieu du fragment amplifié, ce qui permet d’identifier des suppressions plus importantes.
- Pour chacun des quatre sites cibles guides, mettre en place huit réactions PCR de 25 μL en utilisant 5 μL d’ADN génomique mono-embryon préparé, le mélange de PCR et les amorces de criblage spécifiques au guide pour identifier les mutations somatiques dans le site cible (tableau 1).
- Couler une agarose à 2,5 %/0,5 μg/mL de bromure d’éthidium/gel d’encéphalite à l’aide de peignes qui créent des puits d’environ 0,625 cm de large. Ce peigne large permet une meilleure résolution lors de la détection des changements de taille de la séquence génomique. Une fois que le gel s’est solidifié, placez-le dans une chambre d’électrophorèse contenant un tampon courant de TBE.
- Ajouter 5 μL de colorant de chargement 6x au produit PCR et charger 25 μL de ce mélange dans le gel. Assurez-vous que les échantillons injectés et témoins sont exécutés sur la même rangée du gel. Une fois tous les échantillons chargés, ajouter 5 μL de bromure d’éthidium par 1 L de tampon courant de TBE à l’extrémité positive de la boîte de gel.
- Exécutez le gel à 120 V jusqu’à ce que les bandes d’ADN se résolvent ou que l’ADN se soit approché de la fin de la voie. Si le Cas9 a créé des INDEL dans le site cible, un frottis est généralement observé dans les échantillons injectés, mais pas dans les témoins.
- Si des frottis sont observés dans au moins trois des quatre sites guides dans les embryons injectés avec quatre ARN guides, grandir les embryons injectés frères et sœurs.
- Chaque fois que les échantillons injectés ne contiennent pas de frottis dans le nombre requis de sites guides, concevoir de nouveaux ARN guides pour remplacer ceux qui n’ont pas fonctionné et créer un nouveau pool d’ARN guides qui comprend ceux qui ont fonctionné et ceux nouvellement conçus. Injectez et testez le nouveau pool pour les INDEL somatiques comme décrit ci-dessus.
5. Identification des phénotypes de l’effet maternel chez les embryons maternels crispants
NOTE: Une fois que les femelles F0 injectées ont atteint la maturité sexuelle, leurs cellules germinales ont le potentiel de générer un mélange d’embryons maternels crispants et sauvages. Même si ce mélange permet des contrôles internes pour la fécondation et le calendrier de développement, il est toujours avantageux de mettre en place un croisement de type sauvage comme contrôle externe dans le cas où une couvée de femelle F0 ne contient que des embryons maternels crispants.
- L’après-midi précédant l’expérience, installez les femelles injectées F0 contre des mâles de type sauvage et contrôlez les croisements de type sauvage dans des boîtes d’accouplement standard de poisson zèbre. Placez les poissons mâles et femelles dans le même aquarium, mais séparez-les à l’aide d’un séparateur de boîte d’accouplement ou placez la femelle à l’intérieur d’un insert de ponte.
- Le matin de l’expérience, laissez le mâle et la femelle commencer à s’accoupler, par exemple en retirant le séparateur de boîte d’accouplement ou en plaçant le mâle dans le même insert de ponte que la femelle.
- Prélevez les embryons toutes les 10 minutes en déplaçant l’insert de ponte dans un nouveau fond de réservoir d’accouplement contenant de l’eau fraîche du système et étiquetez le réservoir avec une étiquette identifiant la femelle F0 individuelle. Prenez l’ancien réservoir d’accouplement et versez l’eau dans une passoire à thé pour recueillir les embryons d’une couvée individuelle de 10 minutes.
- Une fois que les embryons d’une seule couvée de 10 minutes ont été collectés dans la passoire, transférez-les dans une boîte de Petri contenant 1x milieu E3. Étiquetez la boîte de Petri avec l’heure de collecte et les informations sur le poisson.
- Sous un microscope à dissection avec une source de lumière transmise, observez les embryons en cours de développement toutes les heures pendant les 6-8 premières heures et quotidiennement pendant les 5 jours suivants.
- Identifier les embryons maternels crispants potentiels par des changements morphologiques bruts dans leur développement par rapport aux témoins de type sauvage appariés dans le temps29.
- Déplacer les embryons potentiellement crispants maternels dans une boîte de Petri contenant 1x milieu E3 et un test de phénotype morphologique à 24 hpf et de viabilité (par exemple, gonflement de la vessie natatoire) 5 jours après la fécondation.
6. Séquençage des allèles chez les haploïdes croustillants maternels
REMARQUE: Les haploïdes maternels crispants contiennent un seul allèle dans le locus ciblé, ce qui permet l’identification des INDEL dans le gène cible via le séquençage de Sanger. Les embryons haploïdes crispants maternels peuvent également être analysés à l’aide de tests de séquençage de nouvelle génération. On s’attend à ce que les embryons qui présentent un phénotype de crispant maternel soient porteurs d’une lésion dans au moins un des quatre sites cibles (voir la discussion).
- L’après-midi précédant l’expérience, mise en place de paires d’accouplement de femelles F0 connues pour produire des embryons maternels crispants croisés avec des mâles de type sauvage. Gardez les mâles de type sauvage physiquement séparés des femelles à l’aide d’un séparateur de boîte d’accouplement ou placez la femelle dans l’insert de ponte.
- Le matin de l’expérience, retirez la cloison physique ou placez les mâles et les femelles dans l’insert de ponte pour initier l’accouplement. Au premier signe de ponte, interrompre la reproduction en séparant le mâle et les femelles F0. Gardez chaque femelle F0 séparée dans des boîtes d’accouplement individuelles.
- Préparer une solution de sperme traitée aux UV à l’aide de testicules provenant d’un mâle de type sauvage pour chaque tranche de 100 μL de solution de Hank (tableau 2), suffisante pour féconder les œufs extrudés d’une femelle, comme décrit précédemment31.
- Extrudez manuellement les ovules matures des femelles F0 présélectionnées et effectuez la fécondation in vitro (FIV) à l’aide du sperme traité aux UV31.
- Après la fécondation in vitro , laissez les embryons haploïdes se développer jusqu’à ce que le phénotype de crispant maternel soit observé et placez ces embryons dans une boîte de Petri différente.
- Une fois que les embryons haploïdes maternels crispants ont été identifiés, laissez-les se développer pendant au moins 6 heures après la fécondation.
- Pour extraire l’ADN génomique d’au moins dix embryons haploïdes maternels crispants, placez un seul embryon haploïde dans un puits individuel d’un tube en bandelette de PCR, retirez l’excès de milieu E3 du puits et ajoutez 50 μL de NaOH 50 mM.
- Incuber les embryons à 95 °C pendant 20 min. Ensuite, refroidir les échantillons à 4 °C, ajouter 5 μL de 1 M Tris HCL (pH 7,5) et vortex pendant 5-10 s. L’ADN extrait peut être conservé à -20 °C jusqu’à 6 mois.
- Pour identifier les sites guides contenant des INDEL, concevez des amorces de séquençage pour amplifier un fragment d’ADN qui comprend les quatre sites cibles CRISPR-Cas9. Ces amorces de séquençage permettent d’identifier les INDEL qui couvrent plusieurs sites guides.
- Mettre en place deux réactions PCR de 25 μL par embryon en utilisant 5 μL de l’ADN génomique préparé et les amorces de séquençage.
- Une fois la PCR terminée, purifier et concentrer les deux échantillons à l’aide d’un kit de nettoyage et de concentrateur d’ADN (voir le tableau des matériaux). Ensuite, soumettez le fragment d’ADN au séquençage de Sanger en utilisant à la fois les amorces de séquençage avant et arrière.
- Une fois que le fragment de crispant maternel haploïde a été séquencé, alignez-le sur la séquence de type sauvage et identifiez les INDEL dans les sites cibles à l’aide d’un programme d’alignement de séquence.
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Résultats
L’approche expérimentale décrite dans ce protocole permet d’identifier les phénotypes d’effet maternel de manière rapide et économe en ressources (Figure 1).
Générer des crispants maternels :
Lors de la conception des quatre ARN guides pour cibler un seul gène candidat de l’effet maternel, une attention particulière doit être accordée à l’endroit où les ARN guides se lieront à l’ADN. En général, ils devraient tous être regroupés avec peu ou pas...
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Discussion
Le protocole présenté dans ce manuscrit permet l’identification et la caractérisation moléculaire primaire d’un phénotype d’effet maternel en une seule génération au lieu des générations multiples requises pour les techniques génétiques directes et inverses. Actuellement, le rôle de nombreux gènes exprimés par la mère est inconnu. Ce manque de connaissances est en partie dû à la génération supplémentaire nécessaire pour visualiser un phénotype lors de l’identification des gènes de l’effet maternel. Dans le passé, l’ident...
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Déclarations de divulgation
Les auteurs ne déclarent aucun intérêt financier concurrent.
Remerciements
Nous remercions les membres passés et actuels du personnel d’élevage du laboratoire Pelegri pour les soins qu’ils ont prodigués à l’installation aquatique. Nous sommes également reconnaissants pour les commentaires et la perspicacité sur le manuscrit par Ryan Trevena et Diane Hanson. Le financement a été fourni par la subvention des NIH à F.P. (GM065303)
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| 1 M Tris-HCl (pH 8,4) | Invirogen | 15568025 | Pour mélange PCR |
| 1,5 mL Tubes Eppendorf | N’importe quel fabricant | ||
| 10 mM dNTPs | Thermo Fischer Scientific | 18427013 | Synthèse de l’ARNg |
| 100 BP échelle | N’importe quel fabricant | Pour l’électrophorèse | |
| sur gel 100 % ARNase éthanol libre | N’importe quel fabricant | ||
| 100 % RNAse éthanol libre | N’importe quel fabricant | ||
| Bécher de 100 ml | N’importe quel fabricant | pour la FIV | |
| 5 m Acétate d’ammonium | Thermo Fischer Scientific | trouvé dans le kit de transcription MEGAshortscript T7 | Synthèse de l’ARNg |
| 70 % d’éthanol | Synthèse de l’ARNg (70 mL d’éthanol + 30 mL d’eau sans nucléases) | ||
| Borosil 1,0 mm OD x 0,5 mm ID | FHC INC | 27-30-1 | pour Microinjection |
| Bulk Pharma Bicarbonate de sodium 35 livres | Bulk Reef Supply | 255 | Fournitures de poisson |
| CaCl2 | MiliporeSigma | C7902 | |
| Cas9 Protein avec NLS | PNABio | CP01 | |
| ChopChop | https://chopchop.cbu.uib.no/ | ||
| Oligonucléotide constant | ADN intégré Technologies (IDT) | AAAAGCACCGACTCGGTGCCAC TTTTTCAAGTTGATAACGGACTA GCCTTATTTTAACTTGCTATTTC TAGCTCTAAAAC | |
| Plaque de verre de dépression | Thermo Fischer Scientific | 13-748B | Pour FIV |
| Pince de dissection | Dumont | SS | Pour FIV |
| Ciseaux de dissection | de sciences fines | 14091-09 | Pour la FIV |
| Stéroscope de dissection (avec source de lumière transmise) | Tout fabricant | de la FIV | |
| Clean & Concentrateur -5 | Zymo Research | D4014 | Synthèse de gRNA |
| ADN Gel Charge Colorant (6x) | Tout fabricant | Pour l’électrophorèse sur gel | |
| EconoTaq ADN polymérase | Lucigen | 30032-1 | Pour le mélange PCR |
| Électrophérèse Alimentation | N’importe quel fabricant | Pour l’électrophorèse | |
| sur gel Ensemble | https://useast.ensembl.org/index.html | ||
| Eppendorf ; Femtotips Microloader Tips pour micro-injecteur Femtojet | Thermo Fischer Scientific | E5242956003 | pour la micro-injection |
| d’éthanol (200 proof, sans nucléase) | Any Maker | ||
| FemtoJet 4i | Eppendorf | 5252000021 | pour micro-injection |
| Filet | de pêche Any Maker | Fish supplies | |
| Frozen Brine | Creta Shrimp Direct | Approvisionnement en poisson | |
| Général Tout usage Agarose | N’importe quel fabricant | Pour l’électrophorèse | |
| sur gel Oligonucléotide spécifique au gène | intégrées de l’ADN (IDT) | TAATACGACTCACTATA- N20 -GTTTTAGAGCTAGAAATAGCAAG | |
| Gants | N’importe quel fabricant | ||
| Seau à glace | N’importe quel fabricant | ||
| Sel de mer instantané | N’importe quel fabricant | Poissonnerie | |
| Invitrogen UltraPure Bromure d’éthidium, 10 mg/mL | Thermo Fischer Scientific | 15-585-011 | |
| KCl | MiliporeSigma | P5405 | |
| KH2PO4 | MiliporeSigma | 7778-77-0 | |
| Kimwipes | Thermo Fischer Scientific | 06-666 | |
| Mâle & Poisson | |||
| MEGAshortscript T7 Transcription Kit | Thermo Fischer Scientific | AM1354 | Synthèse de l’ARNg |
| Bleu de méthylène | Thermo Fischer Scientific | AC414240250 | pour E3 |
| MgCl2 | MiliporeSigma | 7791-18-6 | Pour PCR mix |
| MgSO2· ; 7H2O | MiliporeSigma | M2773 | |
| Moule en plastique pour micro-injection | World Precision Instruments | Z-Molds | pour |
| micro-injection Micromanipulateur | Any Maker | pour | |
| Micropipette | |||
| Puller | Sutter | P-87 | pour Microinjection |
| Embouts de micropipette avec filtres (toutes tailles) | N’importe quel Maker | ||
| Embouts Micropippetter sans filtres (toutes tailles) | N’importe quel micro-ondes Maker | ||
| N’importe quel Huile | |||
| MiliporeSigma | m5904-5ml | pour Microinjection | |
| MS-222 (Tricaïne-D) | Tout Maker | approuvé par la FDA | |
| Na2 HPO4 | MiliporeSigma | S3264 | |
| NaCl | MiliporeSigma | S5886 | |
| NaHC03 | MiliporeSigma | S5761 | |
| Nanodrop | Any Maker | ||
| NaOH | MiliporeSigma | 567530 | |
| Tubes Microfuge antiadhésifs sans RNase, 1,5 mL | Ambion AM12450 | Synthèse d’eau | |
| sans nucléases d’ARNg | Tout Maker | ||
| Paper Towel | Tout Maker | ||
| Pastro Pipettes | Any Maker | ||
| PCR Strip Tubes | Any Maker | ||
| Plaques de Petri de 100 mm de diamètre | Any Maker | ||
| Phenol Red solution | MiliporeSigma | P0290 | pour micro-injection |
| Pestals | en plastique VWR | 47747-358 | Pour FIV |
| Cuillère en plastique | N’importe quel fabricant | Pour FIV | |
| Œufs d’artémias de qualité supérieure | Crevettes de saumure Colorant | ||
| trouvé dans MEGAshortscript T7 Kit de transcription | Pour électrophorèse sur gel | ||
| 21-402-178 | |||
| Echelle | N’importe quel fabricant | ||
| Sharpie | N’importe quel fabricant | ||
| ; Spatule | n’importe quel fabricant | ||
| Stérile H2O | N’importe quel fabricant | Pour mélange PCR | |
| ADN polymérase T4 | NEB | M0203 | Synthèse de bande d’ARNg N’importe |
| quel fabricant | |||
| TBE (Tris-Borate-EDTA) 10x | N’importe quel fabricant | Pour l’électrophorèse | |
| sur gel Colorant de thé | Amazon | IMU-71133W | Fournitures de poisson |
| Thermo Scientific Owl Peigne à 12 dents, 1,0/1,5 mm d’épaisseur, double face pour B2 | Thermo Fischer Scientific | B2-12 | Pour électrophorèse |
| sur gel Thermo Scientific ; Owl EasyCast B2 Mini Systèmes d’électrophorèse sur gel | Thermo Fischer Scientific | 09-528-110B | Pour électrophorèse sur gel |
| Thermocycleur | Tout Maker | ||
| Thermocycleur | Tout Maker Transilluminateur | ||
| Tout Maker Lampe | |||
| UVP | Modèle XX-15 (N° Cat UVP18006201) | Pour VIF | |
| Lunettes de sécurité UV | N’importe quel fabricant | pour | |
| bouteille de lavage | Thermo Fischer | Scientific S39015 | Fournitures pour poissons |
| Boîtes d’accouplement pour poissons-zèbres | Aqua Schwarz | SpawningBox1 | Fournitures pour poissons |
| 1,5 ml Eppendorf Tubes | Fisher Scientific | 05-402-11 | |
| 10 Molaires dNTPs | Thermo Fischer Scientific | 18427013 | |
| 100 BP échelle | Thermo Fischer Scientific | 15628019 | |
| Éthanol 100 % sans RNAse | n’importe quel fabricant | ||
| 5m Accétate d’ammonium | Thermo Fischer Scientific | ||
| 70 % d’éthanol | 70ml et 30 ml d’eau sans nucléases | ||
| Accessoires pour boîte de gel horizontale | Fisher Scientific | 0.625 mm | |
| Agarose | tout fabricant | ||
| CaCl2 | Sigma | 10043-52-4 | |
| CaCl2, dihydraté | Sigma | 10035-04-8 | E3 |
| Medium Capillary Tubing | Cole-Parmer | UX-03010-68 | pour aiguilles d’injection |
| Cas9 Protein | Thermo Fischer Scientific | A36496 | |
| ChopChop | https://chopchop.cbu.uib.no/ | ||
| Computer | tout fabricant | ||
| Dissection Forcepts | tout fabricant | ||
| Dissection Microscope | n’importe quel fabricant | ||
| Dissection Ciseaux | n’importe quel fabricant | ||
| ADN Clean & Concentrateur -5 | Zymo Research | D4014 | |
| Colorant de chargement de gel d’ADN (6X) | Thermo Fischer Scientific | R0611 | |
| EconoTaq DNA polymérase | Lucigen | 30032-1 | |
| Ensemble | https://useast.ensembl.org/index.html | ||
| Eppendorf Microloader PipetteTips | Fischer Scientific | 10289651 | 20 microlitres |
| Éthanol (200 proof, sans nucléase) | tout fabricant | ||
| Bromure d’éthidium | Thermo Fischer Scientific | 15585011 | |
| Filet de pêche | n’importe quel fabricant | maille fine | |
| Crevettes de saumure congelées | LiveAquaria | CD-12018 | nourriture pour poissons |
| Gel Comb (0,625mm) | tout fabricant | ||
| Système d’électrophérèse en gel | n’importe quel fabricant | ||
| Oligonucléotide spécifique au gène | Integrated DNA Technologies (IDT) | ||
| Aiguille Capilaire en verre | Grainger | 21TZ99 | https://www.grainger.com/product/21TZ99?ef_id=Cj0KCQjw8Ia GBhCHARIsAGIRRYpqsyA3-LUXbpZVq7thnRbroBqQTbrZ_a88 VVcI964LtOC6SFLz4ZYaAhZzEAL w_wcB :G :s& s_kwcid=AL !2966!3 ! 264955916096!!! g !438976 780705 !& gucid=N :N :PS :Payant :GGL :CSM-2295:4P7A1P :20501 231& gclid=Cj0KCQjw8IaGBh CHARIsAGIRRYpqsyA3-LUXbp ZVq7thnRbroBqQTbrZ_a88VVcI 964LtOC6SFLz4ZYaAhZzEALw _wcB& gclsrc=aw.ds |
| Plats en verre | n’importe quel fabricant | ||
| Gants | n’importe quel fabricant | ||
| Solution de travail finale de Hank’s | Combinez 9,9 ml de Hank’s Premix avec 0,1 ml de HS Stock #6 | ||
| l’ordre | : (1) 10,0 ml HS #1, (2) 1,0 ml HS#2, (3) 1,0 ml HS#4, (4) 86 ml ddH2O, (5) 1,0 ml HS#5. Conservez toutes les Solotions HS chez 4C | ||
| Hanks Solution | |||
| Hank’s https://www.jove.com/pdf-materials/51708/jove-materials-51708-production-of-haploid-zebrafish-embryos-by-in-vitro-fertilization | |||
| Hank’s Stock Solution #1 | 8,0 g de NaCl, 0,4 g de KCl dans 100 ml de ddH2O | ||
| Hank’s Stock Solution #2 | 0,358 g de Na2HPO4 anhydre ; 0,60 g K2H2PO4 dans 100 ml ddH2O | ||
| Hank’s Stock Solution #4 | 0,72 g CaCl2 dans 50 ml ddH2O | ||
| Hank’s Stock Solution #5 | 1,23 g MgSO47H2O dans 50 ml ddH20 | ||
| Hank’s Stock Solution #6 | 0,35g NaHCO3 dans 10,0 ml ddH20 ; make fresh day of use | ||
| HCl | Sigma | 7647-01-0 | |
| Seau à glace | n’importe quel fabricant | ||
| Sel de mer instantané | n’importe quel fabricant | pour l’eau de poisson | |
| Kit de transcription in vitro Mega Short Script | Thermo Fischer Scientific | AM1354 | |
| Invitrogen&trade ; UltraPure&commerce ; Eau distillée sans DNase/RNase | Fisher Scientific | 10-977-023 | |
| KCl | Sigma | 7447-40-7 | E3 Medium |
| KH2PO4 | Sigma | 7778-77-0 | |
| Kimwipes | Fisher Scientific | 06-666 | |
| Poisson | |||
| Mega Short Script T7 Transciption Kit | Thermo Fischer Scientific | AM1354 | |
| bleu de méthylène | Fisher Scientific | AC414240250 | E3 |
| Medium MgSO2-7H2O | Sigma | M2773 | |
| Microimicromanipulateur | |||
| Moule en plastique de micro-injection | World Precision Instruments | Z-Molds | |
| Microinjecteur | |||
| Microneedle Slide | |||
| Micropipeter (1-10) avec pointes : | n’importe quel fabricant | : pointes p10 filtrées | |
| Micropipeter (20-200) avec pointes | : n’importe quel fabricant | ||
| Micropippetter (100-1000) avec pointes | : n’importe quel fabricant | ||
| Lame | |||
| Micro-ondes | n’importe quel fabricant | ||
| MiliQ Eau | n’importe quel fabricant | ||
| huile minérale | sigma-aldrich | m5904-5ml | |
| Na2HPO4 | Sigma | ||
| NaCl | Sigma | S9888 | |
| NaHC02 | Sigma | 223441 | |
| Nanodrop | |||
| NaOH | Sigma | 567530 | |
| Spatule étroite | n’importe quel fabricant | ||
| Extracteur d’aiguille | Sutter | P-97 | |
| Essuie-tout | fabricant | ||
| Pastro Pipettes | Fisher Scientific | 13-678-20A | |
| PCR amorce flanc guide | Integrated DNA Technologies (IDT) | ||
| Amorces PCR guide flanquant RN cut site | Integrated DNA Technologies (IDT) | Standard dessalé | |
| Tubes de bandelettes PCR | Thermo Fischer Scientific | AB0771W | |
| Boîtes de Pétri | Fisher Scientific | FB0875714 | 10 cm de diamètre 100mm x 15mm |
| Phenol Red | Fisher Science | S25464 | https://www.fishersci.com/shop/products/phenol-red-indicator-solution-0-02-w-v-2/S25464 |
| Pointes de pipette | n’importe quel fabricant | 10ul, 200ul et 1000ul pointes | |
| Pestals en plastique | Fisher Scientific | 12-141-364 | |
| Cuillère en plastique | n’importe quel fabricant | ||
| Guide d’amorce Site | Integrated DNA Technologies (IDT) | ||
| Razor Blade | Uline | H-595B | |
| Gel d’ARN Chargement Colorant | dans le kit de script megashort (kit de transciption in vitro) | ||
| RNAse away | Fisher | 21-402-178 | |
| Tubes à centrifuger en polypropylène sans ARNase | Thermo Fischer Scientific | AM12400 | https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/AM12400#/AM12400 |
| Eau libre d’ARNse | Fisher Scientific | 10-977-023 | |
| Échelle | n’importe quel fabricant | ||
| Sharpie | n’importe quel fabricant | ||
| Bicarbonate de sodium (cellule culture testée) | Sigma | S5761 | eau |
| de poisson Bromure de sodium Solotion | Sigma | E1510 | |
| Logiciel pour le séquençage de | |||
| Analyse Spectrophotomètre | |||
| Sterlie H2O | toute marque | ||
| T4 ADN polymérase | NEB | M0203S | https://www.neb.com/products/m0203-t4-dna-polymerase#Product%20Information |
| Ruban | n’importe quelle marque | ||
| TBE (Tris-Borate-EDTA) 10X | Thermo Fischer Scientific | B52 | https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/B52#/B52 |
| Tea Stainer | amazon | IMU-71133W | disponible dans la plupart des magasins de cuisine |
| Thermocycleur | |||
| Pipette de transfert | Uline | S-24320 | |
| Transilluminateur | |||
| Tricaine | fisher scientific | NC0872873 | |
| Tris HCl 7.5 | Thermo Fischer Scientific | 15567027 | |
| Universal Primer | Integrated DNA Technologies (IDT) | AAAAGCACCGACTCGGTGCCAC TTTTTCAAGTTGATAACGGACTAG CCTTATTTTAACTTGCTATTTCTA GCTCTAAAAC | |
| Lampe UV | UVP | ||
| lunettes de sécurité | UV n’importe quel fabricant | ||
| Bouteille de lavage | fisher scientific | S39015 | |
| Boîtes d’accouplement de poisson zèbre | n’importe quel fabricant | ||
| Tampon PCR Recette | Ajouter 171,12 ml de H20 stérile ; 0,393 mL 1M MgCl2 ; 2,616 ml 1 M de MgCl2 ; 2,618 mL 1M Tris-HCl (pH 8,4) 13,092 mL 1M KCl ; 0,262 mL de gélatine à 1 %. Autoclave pendant 20 minutes puis refroidit le solotion sur glace. Ajouter ensuite 3,468 mL 100 mg/mL de BSA ; 0,262 mL dATP (100 mM), 0,262 mL dCTP (100 mM) ; 0,262 mL dGTP (100 mM) ; ; 0,262 mL dTTP (100 mL). Alliquote dans des tubes |
Références
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