מתוארת כאן שיטה למיצוי, טיהור ובקרת איכות של DNA גנומי מהפתוגן הפטרייתי הביוטרופי המחייב, טחב אבקתי, לשימוש בריצוף גנום לקריאה ארוכה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
מתוארת כאן שיטה למיצוי, טיהור ובקרת איכות של DNA גנומי מהפתוגן הפטרייתי הביוטרופי המחייב, טחב אבקתי, לשימוש בריצוף גנום לקריאה ארוכה.
פטריות טחב אבקה הן קבוצה של פתוגנים צמח פטרייתיים חשובים מבחינה כלכלית. יחסית מעט מאוד ידוע על הביולוגיה והגנטיקה המולקולרית של פתוגנים אלה, בין השאר בשל חוסר משאבים גנטיים גנומי מפותח. יש אורגניזמים אלה הגנום גדול, החוזרות על עצמן, אשר הפכו הגנום רצף והרכבה להחריד קשה. כאן, אנו מתארים שיטות לאיסוף, מיצוי, טיהור בקרת איכות הערכת הדנ"א הגנומי משקל מולקולרי גבוה ממיני טחב אבקה אחד, Golovinomyces cichoracearum. הפרוטוקול המתואר כולל הפרעה מכנית של נבגים ואחריו מיצוי DNA גנומי מותאם פנול / כלורופורם. תשואה אופיינית היתה DNA 7 מיקרוגרם לכל 150 נבגים מ"ג. ה- DNA הגנומי כי הוא מבודד באמצעות הליך זה מתאים רצף ארוך לקרוא (כלומר,> 48.5 KBP). אמצעי בקרת איכות על מנת להבטיח את הגודל, תשואה, וטוהר של הדנ"א הגנומי הם גםהמתוארים בשיטה זו. רצף של הדנ"א הגנומי של האיכות המתוארת כאן יאפשר ההרכבה וההשוואה של הגנום טחב אבקתי מרובה, אשר בתורו יוביל להבנה טובה יותר ושיפור שליטת הפתוגן חקלאי זה.
קימחון הם קבוצה של צמחים biotrophic פטרייתיים לחייב פתוגנים, כאשר נלקח יחד, הם הגורם הגדול ביותר של מחלות צמחים ברחבי העולם 1. ישנם מעל 900 מינים מתוארים של טחב אבקתי, אשר קובצו טקסונומית לחמש שבטים בתוך המשפחה Erisyphaceae 2. הן בשל חשיבותה הכלכלית שלהם ואת היחסים האינטימיים שהם מפתחים עם מארחיהם, מחלות טחב אבקתי כבר נושא למחקר עבור> 100 שנים. לאחר ההדבקה, קימחון לעורר שינויים דרסטיים במבנה הסלולר, חילוף החומרים וביולוגיה מולקולרית של מארחיהם, ליהנות פתוגן זה. עם זאת, המחקר של קימחון הוא מאתגר במיוחד בשל אורח חי מחייבים שלהם, והצמיחה של הפטרייה בתרבות טהורה טרם תארה 3, 4, 5,"Xref"> 6, 7, 8. שינוי גנטי אמין ויציב של קימחון יש גם עדיין לא הושג, למרות שינוי חולף דווח בכמה מינים 9, 10.
והרצף וההרכבה של הגנום טחב אבקתי הוכיח קשים בשל מספר התכונות של הגנום עצמו. הגנום טחב אבקתי גדול (120 - 180 MBP) ביחס הגנום פטרייתיים אחר, וכולל 60 - 90% אלמנטים חוזרים מופצים באופן שווה 11. אלמנטים אלה כוללים חזרות הטרמינל הלא-ארוכות, כמו גם אלמנטים חוזרים ללא קטגוריה. שני speciales formae של מיני טחב אבקה יחידים, F graminis Blumeria. sp. hordei ו F. sp. tritici (BGH ו bgt, בהתאמה) וכן טחב אבקתי ענבים Erysiphe necator, יש דבוריםn רצף, ואת הגנום טיוטה עבור כמה אחרים הושלמו 12, 13, 14. האופי החוזר ונשנה של הגנום עשה הרכבה קשה, ואת הגנום BGH השלימה הורכב לתוך 6989 supercontigs עם L50 של 2 Mb 12.
למרות בגנום גדול, קימחון נראה שיש מספר קטן של גנים המקודדים חלבונים, עם 5845 ו 6540 גנים החזוי BGH ו bgt, בהתאמה. קימחון הרצף גם נראה חסר לפחות גני ליבה 99 כי הם חיוניים פטריות אחרות, אשר עולה בקנה אחד עם התלות של הפטריות על הצמח הפונדקאי שלהם להישרדות 11, 12, 13, 14.
רצפים חוזרים ליד telomers, צנטרומר, RN הריבוזומיתמערכי גנים ואזורים המועשרים ב מאלמנטים ניידים הם מאורגנים מן אסטרטגיות רצף קצרות לקריאה ולעתים קרובות הם תת ייצוג המכלולים הגנום 15. אזורים כאלה נחשבים אחראים רבים של הפערים המתרחשים רצפי גנום, וזה חל על הקימחון עם ההתרחבות שלהם הנרחבת של אלמנטים חוזרים 16. Highly אזורים בגנום פלסטיק נמצאים בדרך כלל באזורים חוזרים כגון 3. הם משמשים כאתר של שיחלופים כרומוזום ולעתים קרובות לקודד גנים תחת לחץ סלקטיבי חזק, כגון גנים המקודדים חלבונים מפעיל ואת הגנים המקודדים אנזימים של המטבוליזם המשני. התקדמות בטכנולוגיות סידור מולקולה בודדת לקריאה ארוכה מספקת פתרון אפשרי עבור סידור פני אזורים חוזרים של הגנום 15. לדוגמה, Faino ואח. (2015) מצאו כי ארוך רצף כולל לקרוא טכנולוגיות מטר אופטיapping מותר להם לייצר רצף הגנום פחות פער לשני זנים של דליית Verticillium הפתוגן צמח פטרייתיים, שולש שיעור רצפי DNA חוזרים בגנום, הגדלת מספר הסברי גן (וצמצום מספר סברי גן חלקי או חסר ) ו הגנום חושפני שיחלופים 17.
כדי להעסיק טכנולוגיות רצף ארוכות לקרוא אלה, ריכוזים גבוהים של הדנ"א הגנומי באיכות גבוהה, עם גדלים מינימאלי> 20 KBP, נדרשים. כאן אנו מתארים את השיטות שלנו לאיסוף נבגים, טיהור של דנ"א משקל מולקולרי גבוה מ נבגים והערכות בקרת איכות שלנו באמצעות מיני טחב אבקה Golovinomyces cichoracearum גדלו על מלפפון 18. פרוטוקול זה מבוסס על פרוטוקול שפותח בקבוצה מעבדה B. קלר (אוניברסיטת ציריך, ציריך שוויץ) 13, 19וכולל מספר שינויים שהובילו תשואות DNA מוגברות שיעור גבוה יותר של ה- DNA> 48.5 KBP בגודלם. הפרוטוקול כולל גם צעדי בקרת איכות מבוססות על המלצות מארה"ב מח' הגנום משותף אנרגיה במכון 20, 21, 22.
הפונקציה של כל מגיב הכלול במאגר תמוגה, ואת הרציונל לכל שלב טיהור, מתוארת כמו הנרי (2008) 23. פרוטוקולים שפורסמו זמין עבור בידוד של DNA גנומי משקל מולקולרי גבוה מרקמות הצמח מיקרוביאלי היו התייעץ גם בשלבי התכנון של פרוטוקול זה 24, 25, 26, 27, 28.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנת חומר פטרייתיים
2. טיהור DNA הגנומי
3. בקרת איכות
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דוגמה מייצגת של 60ng הדנ"א הגנומי מטוהרים מן G. cichoracearum להריץ על ג'ל agarose באמצעות ג'ל אלקטרופורזה ושימוש ג'ל אלקטרופורזה פעמו שדה מוצגים איורים 1 ו 2, בהתאמה. הכנות DNA הגנומי שעוברים, שולי לעבור להיכשל בקרת איכות מיוצגות. הכנות DNA הגנומי שעוברות בקרת איכות באופן מלא הם אידיאליים עבור סידור באמצעות גישות רצף הגנום ארוך לקרוא. הכנות כי שולי לעבור בקרת איכות כשרים,...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
על מנת לקבל טהור, הדנ"א הגנומי משקל מולקולרי גבוה מן פטריות וטחב אבקתי biotrophic לחייב, גרסה שונה של השיטות שתוארו קודם לכן פותחה 30. התשואה הממוצעת באמצעות פרוטוקול מותאם זה DNA 7 מיקרוגרם לכל 150 מ"ג נבגים, הכפלה של התשואה המתקבלת עם פרוטוקול מוקדם. כמו כן, את הגודל הממוצע גדל מכ 20 KBP למעל 48.5 KBP. פרוטוקול זה מותאם במערכת cichoracearum ג cucumber-. על מנת לקבל את האיכות הטובה ביותר ואת DNA הטוהר הגבוה ביותר טחב אבקה אחר או לחייב פט...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
פרוטוקול זה פותח לתמיכה בפרויקט ריצוף משותף של מכון הגנום והקהילה (#1657). העבודה נתמכה בחלקה על ידי קרן פילומטיה, הקרן הלאומית למדע (#0929226) והמכון למדעי האנרגיה ל-S. Somerville; ועל ידי הקרן הלאומית השוויצרית למדע (#310030_163260) לב. ברצוננו להודות לעמיתינו, M. Figureroa ו- M. Miller (אוניברסיטת מינסוטה), R. Panstruga (אוניברסיטת RWTH אאכן), C. Pedersen (אוניברסיטת קופנהגן), P. Spanu (אימפריאל קולג'), J. Taneja (אוניברסיטת קליפורניה ברקלי), M. Wildermuth (אוניברסיטת קליפורניה ברקלי), R. Wise (אוניברסיטת מדינת איווה) ו- S. Xiao (אוניברסיטת מרילנד) על עצותיהם הנדיבות ועל התנדבות הפרוטוקולים שלהם בזמן שפיתחנו את הפרוטוקול המתואר כאן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| MM400 טחנת כדור | Retsch | 20.745.0001 | או שווה ערך טחנת כדור |
| 2 צינורות מ"ל לכרסום כדור | Sarstedt | 72.694.007 | |
| 5/32 אינץ' כדורי כרסום נירוסטה | OPS אבחון | GBSS 165-5000-01 | |
| מיקרו-מעבד נשלט 280 סדרת אמבט מים מוגדרת מראש ל-65 מעלות; C | Thermo Fisher Scientific | 2825 | או אמבט מים שווה ערך |
| מיקרו-מעבד נשלט 280 סדרת אמבט מים מוגדר מראש ל-37 מעלות; C | Thermo Fisher Scientific | 2825 | או אמבט מים שווה ערך |
| Eppendorf 5417R מיקרוצנטריפוגה מקוררת | Krakeler Scientific | 38-022621807 | או מיקרו-צנטריפוגה מקבילה |
| כלורפורם: IAA (24:1 v/v) | סיגמא-אולדריץ' | C0549 | מסוכן במקרה של מגע בעור או שאיפה. ללבוש כפפות ניטריל, משקפי מגן, מעיל מעבדה ולעבוד במכסה המנוע הכימי |
| פנול: כלורופורם: IAA (25: 24: 1 v/v) | Thermo Fisher Scientific | 15593031 | מסוכן במקרה של מגע בעור או שאיפה. ללבוש כפפות ניטריל, משקפי מגן, מעיל מעבדה ולעבוד במכסה מנוע כימי |
| 100% איזופרופנול | סיגמא-אולדריץ' | ||
| 100% אתנול | סיגמא-אולדריץ' | 34923 | צינון עד -20 מעלות; C שימוש קודם |
| נתרן אצטט | סיגמא-אולדריץ' | S2889 | |
| Rnase, ללא דנאז (10 מ"ג/מ"ל)Thermo | Fisher Scientific | EN0531 | |
| אשלגן מטאביסולפיט | סיגמא-אולדריץ' | P2522 | |
| נתרן לאוריל סקרואינט | סיגמא-אולדריץ' | L9150 | |
| טריס בסיס | סיגמא-אולדריץ' | ||
| חומצה אתילנדיאמינטטראצטית (EDTA) | סיגמא-אולדריץ' | EDS | |
| נתרן כלורי (NaCl) | סיגמא-אולדריץ' | S9888 | |
| Cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) | Sigma-Aldrich | H6269 | |
| Uvex של Honeywell Futura משקפי מגן S345C, Uvextreme | Staples | 423263 | או משקפיים שווי ערך |
| High Five כפפות ניטריל COBALT, LARGE | Neta Scientific | HFG-N193 | או כפפות שוות ערך |
| ג'ל חומצת גרעין אדומה כתם ג'ל 10,000x במים | ביוטיום | 41003 | |
| אתידיום ברומיד 10 מ"ג/מ"ל | ביוטיום | 40042 | מסוכן במקרה של מגע בעור. ללבוש כפפות ניטריל ומשקפי מגן |
| Agarose Ultrapure Bioreagent | VWR International LLC | JT4063 | |
| GeneRuler 1 kb Plus DNA Ladder | Thermo Fisher Scientific | FERSM1332 | |
| 8 - 48 kb תקני גודל DNA של CHEF | Bio-Rad | 170-3707 | |
| Pippin Prep | Life Technologies Corporation | 4472172 | או שווה ערך ג'ל שדה דופק aparatus |
| נייר סינון איכותי Whatman, כיתה 1 | סיגמא-אולדריץ' | תא | צמיחה WHA1001042 או שווה ערך |
| תא צמיחה Percival | AR66LXC9 | ||
| NanoDrop 8000 UV-Vis ספקטרופוטומטר | תרמו פישר מדעי | ND-8000-GL | או ספקטרופוטומטר שווה ערך |
| Quant-iT PicoGreen dsDNA ערכת בדיקת | תרמו פישר סיינטיפיק | P11496 | |
| TAE מאגר (Tris-אצטט-EDTA) (50x) | תרמו פישר Scientific | B49 | יש לדלל 1/50 במים לפני השימוש (עד 1x) |
| TE Buffer | Thermo Fisher Scientific | 12090015 | |
| Tris-Borate-EDTA, תמיסה פי 10 (אלקטרופורזה) | Thermo Fisher Scientific | BP13334 | לדלל 1/10 במים לפני השימוש (עד 1x) |
| חנקן נוזלי חנקן | נוזלי (-196 ° ג) מהווה סכנת הקפאה. הוא גם יתרחב במהירות עם ההתחממות ואין לשמור אותו במיכל סגור היטב |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.