ここでは、土壌、根圏、ルート endosphere 内細菌叢解析・増幅シーケンス データを取得するためのプロトコルについて述べる。この情報は、組成やプラント関連の微生物群集の多様性を調査するため、植物種の広い範囲での使用に適しています。
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ここでは、土壌、根圏、ルート endosphere 内細菌叢解析・増幅シーケンス データを取得するためのプロトコルについて述べる。この情報は、組成やプラント関連の微生物群集の多様性を調査するため、植物種の広い範囲での使用に適しています。
植物宿主と病原性菌の親密な相互作用は植物の適応度を決定する上で重要な非生物的ストレスや病気に対する耐性を改善を促進することができます。工場マイクロバイは、非常に複雑な低コストにすることができます、私アンプリコン ベース 16S rRNA 遺伝子の塩基配列決定など高スループット方法が多いその微生物の組成と多様性を特徴付けるため。しかし、そのような実験を行う際の適切な方法の選択は、難しい分析とサンプルと研究間の比較を行うことができますバイアスを減らすため重要です。このプロトコルは、コレクション、土壌、根圏、およびルート サンプルからの DNA の抽出のための標準化された方法論を詳しく説明します。さらに、我々 はこれらのサンプルの細菌群集組成の調査は、確立された 16S rRNA 増幅シーケンス パイプラインを強調表示し、他のマーカー遺伝子のため簡単に適応することができます。このパイプラインは、ソルガム、トウモロコシ、小麦、イチゴ、アガベを含む植物種の様々 な検証されている、植物細胞小器官からの汚染に関連する問題を克服するを助けることができます。
プラント関連内細菌叢解析は細菌、古細菌、ウイルス、菌類および他の真核微生物から成る動的で複雑な微生物群集から成っています。よく研究植物の病気の原因ではなく、植物共生微生物できますも積極的に影響を与える植物の健康によって生物的・非生物的ストレス耐性の向上、栄養アベイラビリティを推進・強化による植物の成長植物ホルモンの生産。このため、特定の関心は植物根 endospheres、根圏、周辺土壌と関連付ける分類群を特徴付けるに存在します。一方、いくつかの微生物は、生成されたメディアを研究室で分離培養することができます、多くはできない、他の微生物と共生関係に依存している場合がありますので、一部非常にゆっくり育つまたはラボ環境では再現できない条件を必要とします。栽培の必要性を回避できますので、比較的安価な高スループット シーケンスを用いた系統プロファイリング環境とホスト関連付けられている微生物サンプルの微生物群集を試金するため最寄り方法となっています。組成物。
次世代シークエンシング (NGS) のプラットフォーム1各種によって提供される適切なシーケンス テクノロジーの選択は、重要な要因を含むユーザーのニーズに依存して: 必要なカバレッジ、私アンプリコン長さ予想コミュニティ多様性と同様、誤り率、読み取りの長さ、および、コスト-あたり-実行/megabase のシーケンスします。私アンプリコン ベースのシーケンス実験で考慮する必要があるもう一つの変数がどのような遺伝子が増幅され、どのようなプライマーが使用されます。設計またはプライマーを選択するとき、研究者は結果の産物から達成可能な増幅の普遍性と分類学的解像度のトレードオフを作るを強いられる。このため、研究のこれらのタイプは、しばしばプライマーと、マイクロバイの特定のサブセットを選択的にターゲット マーカーを選んだ。細菌群集組成の評価は一般的に細菌の 16S rRNA 遺伝子2,3の超可変領域の 1 つ以上のシーケンスで実行します。本研究では、私アンプリコン ベースについて述べるシーケンス プロトコルはそのターゲット、500 bp V3 V4 の領域に十分な可変性を提供しながら細菌種の広範な増幅を可能にする細菌の 16S rRNA 遺伝子の NGS プラットフォーム用に開発。異なる分類群の間を区別します。さらに、このプロトコルは簡単に他のプライマー セットなどの菌類の ITS2 マーカーや真核生物の 18S rRNA サブユニットをターゲットで使用するために適応できます。
他に近づくような散弾銃メタゲノム、メタトランスクリプトミクス、および単一セルの配列を提供する解決の微生物ゲノムとコミュニティ機能のより直接測定を含む他の利点と、これらの技術が通常より多く高価で、ここで説明した系統プロファイリング4よりも計算量の多い。また、宿主植物ゲノムに属する読み取りの大部分をもたらすルート サンプルに散弾銃メタゲノムおよびメタトランスクリプトミクスを実行して、この制限を克服する方法はまだ開発5,6をされています。
実験プラットフォームでも私アンプリコン ベースのプロファイリングは、実験デザインとデータ解析時に考慮すべき潜在的なバイアスの数を導入できます。検体の採取、DNA 抽出、PCR のプライマーの選択およびライブラリの準備を実行する方法のメソッドが含まれます。さまざまな方法は、生成されると、使用可能なデータの量に大きく影響することができますや、また研究間で結果を比較するための努力を妨げることができます。たとえば、根圏細菌7と異なる抽出技術の使用または DNA 抽出キット8,9の選択を除去する方法につながる下流解析に大きく影響する示されています。異なる結論に関して、微生物が存在し、彼らの相対的な存在量。私アンプリコン ベースのプロファイリングをカスタマイズすることができます、ので研究間で比較することが挑戦することができます。地球マイクロバイ プロジェクトのアプリケーションによって引き起こされる変動を最小限に抑える手段として標準化されたプロトコルの開発からプラント関連マイクロバイなど複雑なシステムを調査している研究が恩恵を示唆しています。研究10,11の間さまざまな方法。ここでは、我々 は上記のトピックの多くについて説明し、場所をベスト プラクティスとして提供提案が適切な。
プロトコルは、ソルガム確立された DNA 分離キット11を使用して抽出 DNA からの収集土、根、およびルート サンプル処理を示します。さらに、我々 のプロトコルには、細菌群集12,13,14の構造を決定する一般的利用 NGS プラットフォームを使用して詳細な私アンプリコン シーケンス ワークフローが含まれています。このプロトコルは、根、根、ソルガム、トウモロコシ、およびコムギの15を含む 18 の単子葉種の関連付けられている土壌の最近出版された調査で植物のホストの広い範囲で使用するために検証されています。このメソッドが他のマーカー遺伝子を使用も検証されたリュウゼツラン マイクロバイ16,17いちごマイクロバイに関する研究真菌 ITS2 マーカー遺伝子を勉強への適用によって示されるように18。
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1. 収集とルート Endosphere、根、土壌試料の分離
2. DNA の抽出
注: 手順 2 および 3、全体クリーンなエタノールで滅菌手袋をすべての回で、エタノールで殺菌表面上ですべての作業を実行します。
3. 私アンプリコン ライブラリの準備と提出
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推奨されるプロトコルを実行する必要があります結果、データセットの各サンプルに戻る一致し、いずれか細菌に代入することができますインデックス付きのペアエンド リードの操作分類単位 (乙) または順序の変形 (ESV、増幅とも呼ばれますシーケンス バリアント (ASV) と sub-operational 分類単位 (sOTU)) は、下流の分析によって異なります。高品質シーケンス データを取得するためにサンプル間の整合性を維持し、サンプル処理やライブラリの準備の間に任意の潜在的なバイアスの導入を最小限に抑えるために各ステップで注意する必要があります。収集した後、処理、および (手順 1 と 2) のサンプルから DNA を抽出すると、はっきりと増幅を抑制すると有機物の無料結果溶出液が表示されます。微量分光光度計による各 DNA のサンプルを測定することにより純度を確認ことができます、我々 は土壌 DNA 抽出キットがすべての汚染物質を確実に削除することを発見しました。予測可能な DNA の品質結果特異 DNA を結合する蛍光ベースの染料に依存して定量化方法が紫外線吸光度
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このプロトコルは、ルート endosphere、根、およびサンプル処理し、下流配列にサンプリング、フィールドからの土壌微生物群集組成の基礎の確立されたパイプラインを示します。勉強ルート関連内細菌叢解析特有の課題、ため一部サンプリングの固有の難しさへの土壌から。土壌は非常に物理的・化学的性質の面で変数と異なる土壌条件はわずか数ミリ28,29によって分けることができます。これはかなり異なる微生物群集の組成を持ち、活動30,31隣接するサンプリング サイトから集めたサンプルにつながることができます。したがって、土壌コアのコレクターやシャベルを使用して一貫性のあるサンプリングの深さと DNA の抽出の前に均質化ルート マイクロバイ研究内再現性に不可欠ですを維持します。根と根分画で; を効率的に分離も欠かせません過酷なルート表面殺菌法を用いた潜在的分離エンドファイト DNA の抽出の前に根の内でより保守的な洗浄が根...
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著者が明らかに何もありません。
この作品は、米国農務省アルス (CRIS 2030-21430-008-00D) によって賄われていた。TS は、NSF 大学院研究フェローシップ ・ プログラムによってサポートされます。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.1-10/20 & マイクロ;Lフィルター付きマイクロピペットチップ | USA Scientific | 1120-3810 | 他のサプライヤーからの同等のものと交換できます。 |
| 1.5 mL 微量遠心チューブ | USA Scientific | 1615-5510 | 他のサプライヤーからの同等のものと交換できます。 |
| 10 µLマルチチャンネルピペット | エッペンドルフ | 3122000027 | 他のサプライヤーの同等のものに置き換えることができます。 |
| 10 µL、100 µL、および1000 µL マイクロピペット | エッペンドルフ | 3120000909 | 他のサプライヤーからの同等のものと交換できます。 |
| 100 & マイクロ;Lマルチチャンネルピペット | Eppendorf | 3122000043 | 他のサプライヤーの同等のものと交換できます。 |
| 1000 &マイクロ;Lフィルター付きマイクロピペットチップ | USA Scientific | 1122-1830 | 他のサプライヤーからの同等のものと交換できます。 |
| 2 mL微量遠心チューブ | USA Scientific | 1620-2700 | 他のサプライヤーからの同等のものと交換できます。 |
| 2 mmの土壌ふるい | 業サプライヤー | 60141009 | 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| 200 µLフィルター付きマイクロピペットチップ | USA Scientific | 1120-8810 | 他のサプライヤーからの同等のものと交換できます。 |
| 25 mLリザーバーVWR | International LLC | 89094-664 | サプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| 50 mLコニカルバイアル | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 352098 | サプライヤーの同等のものに置き換えることができます。 |
| 500 mL真空フィルター(0.2 µm孔径) | VWR International LLC | 156-4020 | |
| 96-well microplates | USA Scientific | 655900 | |
| 96-well PCR plates | BioRad | HSP9631 | |
| Agencourt AMPure XP beads | Thermo Fisher Scientific | NC9933872 | 使用説明書: https://www.beckmancoulter.com/wsrportal/ajax/downloadDocument/B37419AA.pdf?autonomyId=TP_DOC_150180 &documentName=B37419AA.pdf |
| アルミホイル | ボードウォーク | 7124 | 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| 0.001gの分解能を持つ分析スケール | Ohaus Pioneer | PA323 | 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| Bioruptor Plus 超音波装置 | Diagenode | B01020001 | |
| ウシ血清アルブミン (BSA) 20 mg/mL | ニューイングランド バイオラボ | B9000S | |
| 遠心分離機 | エッペンドルフ | 5811000908 | 50mL および 96 ウェル プレートを含む バケツアダプター |
| 極低温手袋 | ミリポア シグマ | Z183490 | 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| DNeasy PowerCleanキット(オプション) | Qiagen Inc. | 12877-50 | 以前はMoBio |
| DNeasy PowerSoilキット | Qiagen Inc. | 12888-100 | 以前の MoBio |
| ドライアイス | 任意の | NA | |
| DynaMag-2 磁石 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 12321D | |
| エタノール | VWR インターナショナル LLC | 89125-188 | を代用しないでください 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| ガロンサイズのフリーザーバッグ | ジップロック | NA | 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| Gemini EMマイクロプレートリーダー | Molecular Devices | EM | は、96ウェルプレートを上から読み取る別の蛍光光度計を使用することができます。 |
| K2HPO4 | Sigma-Aldrich | P3786 | |
| KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P5655 | |
| 白衣 | Workrite | J1367 | 他のサプライヤーからの同等のものと代替できます。 |
| 液体N2 | Any | NA | 他のサプライヤーからの同等のものと代替できます。 |
| 液体 N2 デュワー | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 4150-9000 | 他のサプライヤーからの同等のものと代替できます。 |
| Milli-Q 超純水製造装置 | ミリポアシグマ | SYNS0R0WW | |
| ミニ遠心分離機 | エッペンドルフ | 5404000014 | |
| モレキュラーグレードの水 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 4387937 | 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| 迫撃砲VWR | International LLC | 89038-150 | サプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| ニトリル手袋 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 19167032B | 他のサプライヤーからの同等のものと交換できます。 |
| ペーパータオル | VWRインターナショナルLLC | BWK6212 | 他のサプライヤーからの同等のものと交換することができます。 |
| PCRプレートシーリングフィルム | サーモフィッシャーサイエンティフィック | NC9684493 | |
| PCRストリップチューブ USA | サイエンティフィック | 1402-2700 | |
| 乳棒 | VWR International | LLC 89038-166 | 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| プラスチックヘラ | LevGo, Inc. | 17211 | |
| プラチナホットスタートPCRマスターミックス (2x) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 13000014 | |
| PNA - 葉緑体およびミトコンドリア | PNA Bio | NA | バイオインフォマティクスで配列を確認してください |
| 保護メガネ | ミリポアシグマ | Z759015 | 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| Qubit 3.0 Fluorometer | Thermo Fisher Scientific | Q33216 | |
| Qubit dsDNA HS assay kit | Thermo Fisher Scientific | Q32854 | |
| ゴム槌 (オプション) | Ace ハードウェア | 2258622 | 他のサプライヤーの同等のものと交換できます。 |
| はさみまたははさみ | VWR International LLC | 89259-936 | 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| ショベル | ホームデポ | 2597400 | 他のサプライヤーからの同等のものと交換することができます。 |
| ソイルコアコレクター(小径:<1インチ) | ベンメドウズ | 221700 | 他のサプライヤーからの同等のものと交換できます。 |
| スプレーボトルサンタ | クルス | バイオテクノロジーsc-395278 | サプライヤーからの同等のものと交換することができます。 |
| 標準的な脱塩バーコード付きプライマー(10 µM) (表 1) | IDT | NA | 4 nmole Ultramer DNA オリゴと標準的な脱塩。NGSアダプターとシーケンシングプライマー(表1)は、v3ケミストリーを使用してIllumina MiSeqで使用するように設計されています。 |
| サーモサイクラー | サーモフィッシャーサイエンティフィック | E950040015 | 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 | 他のサプライヤーの同等品と交換できます。 |
| ボートの重量を量る | スペクトラムケミカルズ | B6001W | 他のサプライヤーからの同等のものに置き換えることができます。 |
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