מאמר זה מפרט פרוטוקול לזיהוי מהיר של indels המושרה על ידי CRISPR / Cas9 ובחירה של קווים מוטנטיים יתוש Aedes aegypti באמצעות ניתוח נמס ברזולוציה גבוהה.
מאמר שיטה
מאמר זה מפרט פרוטוקול לזיהוי מהיר של indels המושרה על ידי CRISPR / Cas9 ובחירה של קווים מוטנטיים יתוש Aedes aegypti באמצעות ניתוח נמס ברזולוציה גבוהה.
עריכת גנים יתושים הפכה לשגרה במספר מעבדות עם הקמת מערכות כגון גרעיני אפקט דמוי מפעיל תמלול (TALENs), גרעינים אצבע אבץ (ZFNs), ו אנדונקולאזים ביות (HEs). לאחרונה, טכנולוגיית החלבון 9 (Cas9) הקשורה באופן קבוע לסירוגין משולבת באופן קבוע (CRISPR)/CRISPR מציעה חלופה קלה וזולה יותר להנדסת גנום מדויקת. בעקבות פעולת נוקלאז, נתיבי תיקון DNA יתקנו את קצות ה- DNA השבורים, ולעתים קרובות יציגו indels. מוטציות מחוץ למסגרת אלה משמשות להבנת תפקוד הגנים באורגניזמי היעד. החיסרון, עם זאת, הוא כי אנשים מוטנטיים לשאת שום סמן דומיננטי, מה שהופך זיהוי ומעקב של אללים מוטנטיים מאתגרים, במיוחד בקנה מידה הדרוש לניסויים רבים.
ניתוח המסה ברזולוציה גבוהה (HRMA) היא שיטה פשוטה לזיהוי וריאציות ברצפי חומצות גרעין ומשתמשת בעקומות התכה של PCR כדי לזהות וריאציות כאלה. שיטת ניתוח זו לאחר PCR משתמשת בצבעי כריכת DNA כפולים נטושים פלואורסצנטיים עם מכשור בעל יכולת לכידת נתונים של בקרת טמפרטורה והוא מוגדל בקלות לפורמטים של לוחות של 96 באר. מתואר כאן הוא זרימת עבודה פשוטה באמצעות HRMA לגילוי מהיר של INDELs המושרה CRISPR / Cas9 והקמת קווים מוטנטיים יתוש Ae. aegypti. באופן קריטי, כל השלבים יכולים להתבצע עם כמות קטנה של רקמת רגל ואינם דורשים הקרבת האורגניזם, המאפשר צלבים גנטיים או בדיקות פנוטיפינג להתבצע לאחר genotyping.
כמו וקטורים של פתוגנים כגון דנגי1, זיקה2, ו chikungunya3 וירוסים, כמו גם טפילים מלריה4, יתושים מהווים איום משמעותי על בריאות הציבור על בני אדם. עבור כל המחלות האלה, יש מיקוד משמעותי של התערבות שידור על השליטה של וקטורים יתושים. חקר הגנים החשובים, למשל, מתירניות לפתוגנים, כושר יתושים, הישרדות, רבייה ועמידות לחומרי הדברה הוא המפתח לפיתוח אסטרטגיות חדשות לבקרת יתושים. למטרות כאלה, עריכת גנום יתושים הופכת למנהג נפוץ, במיוחד עם פיתוח טכנולוגיות כגון HEs, ZFNs, TALENs, ולאחרונה, CRISPR עם Cas9. הקמת זנים בעריכת גנים כרוכה בדרך כלל באנשים הנושאים את המוטציות הרצויות במשך כמה דורות כדי למזער את ההשפעות מחוץ למטרה ומייסד (צוואר בקבוק), ואחריו לחצות אנשים הטרוזיגוס כדי ליצור קווי הומוזיגוס או טרנס-הטרוזיגוס. בהיעדר סמן דומיננטי, genotyping מולקולרי הוא הכרחי בתהליך זה, כי במקרים רבים, אין תכונות פנוטיפיות ברורות ניתן לזהות עבור מוטציות heterozygous.
למרות רצף הוא תקן הזהב לאפיון גנוטיפי, ביצוע זה על פני מאות, או אולי אלפי אנשים, מהווה עלויות משמעותיות, עבודה, וזמן הנדרש כדי להשיג תוצאות, וזה קריטי במיוחד עבור אורגניזמים עם תוחלת חיים קצרה כגון יתושים. חלופות נפוצות הן Surveyor nuclease assay5 (SNA), T7E1 assay6 וניתוח נמס ברזולוציה גבוהה (HRMA, שנסקר ב7). הן SNA והן T7E1 משתמשות באידונוקלאזים המבקעים רק בסיסים לא תואמים. כאשר מוגבר אזור מוטציה של הגנום המוטנטי ההטרוזיגוסיגוס, רסיסי DNA מאללים מוטנטיים ופראיים מחושלים כדי ליצור דנ"א דו-גדילי לא תואם (dsDNA). SNA מזהה את הנוכחות של אי התאמות באמצעות עיכול עם אנדונוקלאז ספציפי לאי התאמה ואלקטרופורזה ג'ל אגרוז פשוט. לחלופין, HRMA משתמש בתכונות התרמודינמיות של dsDNA שזוהו על ידי צבעים פלואורסצנטיים מחייבים DSDNA, עם טמפרטורת הניתוק של הצבע המשתנה בהתבסס על נוכחות וסוג המוטציה. HRMA שימש לגילוי פולימורפיזם חד-נוקלאוטיד (SNPs)8, גנוטיפינג מוטנטי של דגי זברה9, יישומים מיקרוביולוגיים10, ומחקר גנטי צמח11, בין היתר.
מאמר זה מתאר HRMA, שיטה פשוטה של genotyping מולקולרי עבור יתושים מוטנטיים שנוצר על ידי טכנולוגיית CRISPR / Cas9. היתרונות של HRMA על פני טכניקות חלופיות כוללים 1) גמישות, כפי שהוא הוכח שימושי עבור גנים שונים, מגוון רחב של גדלים indel, כמו גם את ההבחנה בין גדלים indel שונים heterozygous, הומוזיגוס, ו trans-heterozygous בידול12,13,14, 2) עלות, כפי שהוא מבוסס על ריאגנטים PCR נפוץ, ו 3) חיסכון בזמן, כפי שהוא יכול להתבצע רק כמה שעות. בנוסף, הפרוטוקול משתמש בחלק גוף קטן (רגל) כמקור לדנ"א, ומאפשר ליתושים לשרוד את תהליך הגנוטיפינג, ומאפשר הקמה ותחזוקה של קווים מוטנטיים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. סריקה לאיתור פולימורפיזם נוקלאוטיד יחיד (SNPs), עיצוב פריימר HRMA ואימות פריימר
2. הכנת דנ"א גנומי מרגלי יתושים
3. ח"ם
4. אימות רצף על ידי רצף סנגר
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
יתושים המכילים מוטציות בגנים AaeZIP11 (משגר ברזל פואטי21) ומיו-פאם (גן מיוסין מוטה נקבה הקשור לשרירי הטיסה13) הושגו באמצעות טכנולוגיית CRISPR/Cas9, genotyped באמצעות HRMA, ומאומת רצף (איור 5). איור 5A ואיור 5C מראים את עוצמת הפלואורסצנטיות המנורמלת מעקומות ה-HRM מדגימות מוטציות של AaeZIP11 ומיו-פאם , בהתאמה, יחד עם פקדים מסוג בר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ניתוח נמס ברזולוציה גבוהה מציע פתרון פשוט ומהיר לזיהוי של indels שנוצר על ידי טכנולוגיית CRISPR / Cas9 יתוש וקטור Ae. aegypti. הוא מספק גמישות, ומאפשר גנוטיפינג של יתושים שעברו מוטציה למגוון רחב של גנים משריר הטיסה ועד חילוף החומרים של הברזל ועוד 13,14. HRMA יכול להתבצע רק כמה שעות מאוסף מדגם כדי הניתוחים הסופיים. נדרש זמן נוסף לעיצוב פריימר ויהיה תלוי גם בזמן לקבלת כל תוצאות הרצף הדרושות (לזיהוי SNPs), ניתוחי רצף והזמנה פריימר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי אינטרסים להצהיר עליהם.
כל הדמויות נוצרו עם Biorender.com תחת רישיון לאוניברסיטת טקסס A&M. עבודה זו נתמכה על ידי כספים מהמכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות (AI137112 ו- AI115138 ל- Z.N.A.), מחקר טקסס A&M AgriLife במסגרת תוכנית המענקים למחלות וקטוריות חרקים, והמכון הלאומי למזון וחקלאות של משרד החקלאות האמריקאי, פרויקט האץ ' 1018401.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 70% אתנול | 70% תמיסת אתנול במים | ||
| 96 בארות PCR וצלחות PCR בזמן אמת | VWR | 82006-636 | להשגת DNA גנומי (מרגל היתוש) |
| תבניות | מודפסות תוצרת בית, להקלטת גנוטיפ | ||
| מכונת Bio Rad CFX96 | Bio Rad | PCR עם יכולות | |
| שיפוע ו-HRMAמאגרי ריאגנטים ביוטכנולוגיים מגוונים | VWR | 490006-896 | |
| Exo-CIP ערכת ניקוי PCR מהירה | אינגלנד Biolabs | E1050S | |
| צלחת פטרי זכוכית | VWR | 89001-246 | 150 מ"מ x 20 מ"מ |
| מעטפת קשיחה דופן דקה 96 לוחות PCR עם חצאית | היטב Bio-rad | HSP9665 | עבור |
| פיפטור רב ערוצי HRMA (P10) | Integra Biosciences | 4721 | |
| פיפטור רב ערוצי (P300) | Integra Biosciences | 4723 | |
| Nunc Polyolefin Acrylate סרט איטום, Thermo Scientific | VWR | 37000-548 | לשימוש עם 96-well לוחות PCR להשגת DNA גנומי |
| סרט איטום אופטי | Bio-rad | 2239444 | לשימוש עם לוחות PCR עם 96 בארות עבור ערכת |
| PCR ישירה של רקמות בעלי חיים HRMA Phire (ללא כלי דגימה) | Thermo Fisher | F140WH | להשגת DNA גנומי וביצוע |
| מחלקי בקבוקון זבוב פלסטיק | Genesee | 59-128W | |
| תוכנת ניתוח נמס מדויק | Bio Rad | 1845025 | משמש לגנוטיפ של דגימות ה- DNA של היתושים ולניתוח תכונות הדנטורציה התרמית של DNA דו-גדילי (ראה פרוטוקול שלב 3.3) |
| SeqMan Pro | DNAstar Lasergene | ליישור רצפים | |
| מרובים פיפטור חד ערוץ | גילסון | ||
| פינצטה דומונט #5 11 ס"מ | WPI | 14098 | |
| פקקי קצף לבנים | VWR | 60882-189 | |
| בקבוקוני דרוזופילה רחבים, פוליסטירן | Genesee | 32-117 | |
| מגש בקבוקון זבוב רחב, כחול | Genesee | 59-164B |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה