ここでは、ジャガイモブラックレッグ病および軟腐病の原因となる植物病原体 Pectobacterium brasilienseにおいて、無標識遺伝子欠失を生成し、ゲノム全体でTn5挿入変異体ライブラリを構築するためのプロトコルを紹介します。このアプローチにより、効率的な逆遺伝解析が可能となり、この生物における病原性関連遺伝子の機能的特徴付けが容易になります。
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方法論記事
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ここでは、ジャガイモブラックレッグ病および軟腐病の原因となる植物病原体 Pectobacterium brasilienseにおいて、無標識遺伝子欠失を生成し、ゲノム全体でTn5挿入変異体ライブラリを構築するためのプロトコルを紹介します。このアプローチにより、効率的な逆遺伝解析が可能となり、この生物における病原性関連遺伝子の機能的特徴付けが容易になります。
ペクトバクテリウム・ブラジリエンセは、ジャガイモ塊茎軟腐病、ブラックレッグ、エアリアルステムロットの原因となる非常に病原性の高い細菌です。その病原性メカニズムの解明は病気の制御に不可欠です。しかし、この生物の遺伝的手法は依然として限られています。マーカーレス遺伝子欠失と高密度Tn5トランスポゾン変異誘発を可能にするために、毒素ベースのカウンターセレクションシステムが開発されました。pLP12プラスミド由来のvmi480毒素は、自殺ベクターpKV2を構築するためのカウンターセレクションマーカーとして用いられました。このシステムを用いて、P. brasiliense SM株のrecA遺伝子は正常に削除されました。その結果生まれたrecA変異体は、pKV2-LLtnpを運ぶRHO3ヘルパー株との接役により、12,000以上の変異体からなるTn5挿入ライブラリを構築する親株として機能しました。この派生物プラスミドでは、vmi480毒素が外向きのlacプロモーター制御下で極性影響を軽減するために高活性なTn5トランスポザーゼに置き換えられました。高スループットの塊茎接種アッセイにより、病原性欠損変異体の同定が可能となり、植物細胞壁分解酵素の分泌を媒介する主要な病原性決定因子であるタイプII分泌系への挿入も可能となりました。このプラットフォームは機能ゲノミクスを支援し、経済的に重要なこの病原体の病原性メカニズムの調査を促進します。
P. brasilienseはPectobacterium属の中でも最も攻撃的な種の一つであり、ジャガイモ軟腐病、ブラックレッグ病、エアリアルステム腐病の原因となっています1。これらの病気は、世界で3番目に重要な食料源であり、中国の農業生産システムの重要な構成要素であるジャガイモの収量損失を推定で約30%も引き起こします。経済的影響にもかかわらず、P. brasilienseの病原性を支配する分子メカニズムは、この種の効率的かつ再現可能な遺伝子操作ツールが不足していることにより、依然として十分に解明されていません。
多くの植物病原細菌における機能ゲノム研究は、堅牢な対立遺伝子交換およびトランスポゾン変異誘発システムに依存しています。しかし、 P. brasiliense の類似遺伝学的手法は依然として限られているか、非効率的です。特に、この種に適合する効果的なカウンターセレクションマーカーは稀です。 sacB 遺伝子は様々な細菌における遺伝子欠失のカウンター選択マーカーとして広く利用されていますが、 P. brasiliense は選択過程で最大50%のショ糖に対する高い耐性を示す可能性があります5。この耐性は、ショ糖が酵素的に糖ポリマーに変換されることによる毒素への感受性の欠如を反映していると考えられます。さらに、高いショ糖濃度は有害な浸透圧ショックを引き起こす可能性があります。さらに、Tn5トランスポゾン挿入ライブラリーの構築のような効率的な大規模変異誘発法はまだ十分に確立されていません。
これらの技術的制約に対処するため、毒素ベースのカウンターセレクションシステムが開発され、 P. brasilienseに対して堅牢なTn5変異誘発スクリーニングワークフローが確立されました。従来のショ糖ベースの手法と比較して、この毒素ベースのアプローチは選択厳格性の向上、二重クロスオーバー事象の特定特異性の向上、交絡圧的浸透圧の除去など、明確な利点を提供します。同様のvmi480毒素抗毒素ベースのシステムは、 ビブリオ 種7において選択障壁を克服するために成功裏に実装されています。確立された手法は、未知遺伝子の高スループット機能特性解析に非常に応用可能であり、関連する軟腐菌 科にも適応可能な多様なプラットフォームを提供します。
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1. P. brasilienseにおけるマーカーレスrecA欠失変異体の生成
2. P. brasilienseにおけるTn5変異誘発のためのpKV2-LLtnpの構築
3. P. brasilienseにおけるTn5トランスポゾン変異体ライブラリの構築
4. ジャガイモ塊茎およびポット接種による高スループット病原性アッセイ

5. プラスミドレスキューによるTn5挿入部位の同定
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P. brasilienseのsucB変異による不安定性を克服するため、プラスミドpLP12由来のvmi480毒素をカウンターセレクションマーカーとして用い、抗生物質耐性カセットを交換しクローニング部位の構成を調整して修正自殺ベクターpKV2(図1A)を構築しました。マーカーレスのrecA欠失変異体を生成するために、recA遺伝子の左および右の相同アーム800bpをpKV2にクローニングし、その後2段階の選択手順を経て二重クロスオーバー組換えを得ました。プライマーペアLBF/RBRおよびサンガーシーケンスを用いたPCR検証により、変異体と野生型の間に約600 bpの差があり、recAの成功した削除が確認されました(図1B)。
recA変異株を受容者として用いて、Tn5トランスポゾン変異体ライブラリを構築し、12,000体以上の個別変異体を得ました。ジャガイモ塊茎(
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本研究で開発された遺伝子操作戦略は、ジャガイモの主要な軟腐病原体であるP. brasilienseにおける機能ゲノミクスの選択肢を提供します9,10。毒素ベースのカウンターセレクションシステムを自殺プラスミドの骨格に統合することで、マーカーレスのΔrecA変異体が生成されました。このアプローチは従来のsacBベースシステムに比べて大きな利点を持ちます。SacBはP. brasilienseの固有のショ糖耐性と浸透圧感受性により高い背景成長をもたらすことが多い一方で、毒素ベースのシステムは二重クロスオーバー事象において選択厳密性と特異性の向上を提供します。得られるΔrecA株は安定化背景として機能し、非特異的相同組換えを排除し、その後のトランスポゾン挿入の遺伝的安定性を確保します。さらに、recA遺伝子の欠失は病原性や適応度コストに...
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著者には利益相反を主張するものはありません。
この研究は、中国国家自然科学基金(32472504および32561143029からX.Z.、32201914からJ.W.)、広東基礎応用基礎研究基金(2024A1515012708からX.Z.)、内モンゴル自然科学基金(2024QN03044からU.H.)、および珠江人材プログラム(2021QN02N151からX.Z.)の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 細菌ゲノムDNA抽出キット | 細菌ゲノムDNAの抽出 | Tiangen | DP302-02 |
| ジアミノピメリン酸 | 1 L培地中の0.3 mM | Macklin | D836611-5g |
| DNA組立キット | DNA組立 | Vazyme | C116-02 |
| DNA精製キット | DNA精製 | Tiangen | DP214-02 |
| カナマイシン | 50 mg/mL | Aladdin | K103025-25g |
| グルコース | 0.2% (w/v) | Aladdin | G116305-250mg |
| トリプトン | 1 L培地中の10% | OXOID | LP0042B |
| 酵母エキス | 1 L培地中の5% | OXOID | LP0021B |
| NaCl | 1 L培地中の10% | Biofroxx | 1249KG001 |
| アガー | 1 L培地中の15% | Biofroxx | 8211GR500 |
| L-アラビノース | 0.3% (w/v) | Aladdin | A106196-25g |
| プラスミドMiniprepキット | プラスミド抽出 | Tiangen | DP103-02 |
| EcoRI | 制限エンドヌクレアーゼ | Yugong Biotech | EG15536 |
| NheI | 制限エンドヌクレアーゼ | Yugong Biotech | EG15552 |
| HindIII | 制限エンドヌクレアーゼ | Yugong Biotech | EG15539 |
| T4 DNAリガーゼ | 直鎖DNA自己環化 | Yugong Biotech | EG15205 |
| 遠心分離機 | RWD | M1324R | |
| PCRサーマルサイクラー | BIO-GENER | GET3XG | |
| デジタルカメラ | SONY | ILCE-7M4 | |
| 電気泳動システム | LY | DYY-6C | |
| 水浴 | JOANLAB | WB100-1F | |
| ゲル記録システム | Thermo Fisher Scientific | iBright CL750 | |
| オートクレーブ | Yamato | SQ510C | |
| 振とうインキュベーター | ZHICHU | ZQZY-AR8 | |
| 恒温インキュベーター | ZQ | DHP-9272 | |
| NanoDrop | Thermo Fisher Scientific | Lite Plus | |
| UV-Vis分光光度計 | HITACHI | U-3900 | |
| エレクトロポレーター | BIO-RAD | MicroPulser | |
| 株とプラスミド | |||
| P. brasiliense SM | ジャガイモ病原菌 | 研究室株コレクション | |
| E. coli S17-1 &λ;pir | E. coliコンピテントセル | WEIDI | DL2010S |
| E. coli WM3064 | E. coliコンピテントセル | BIO SCI BIO | C1039 |
| E. coli RHO3 | E. coliコンピテントセル | 研究室株コレクション | |
| pKV2 | 改変された自殺型プラスミド | 本研究で構築 | |
| pLP12 | 自殺型プラスミド | 研究室株コレクション | |
| pMCS2-LLtnp | Tn5を含む断片の提供 | 研究室株コレクション | |
| pKV2-LLtnp | Tn5断片を含む改変プラスミド。 | 本研究で構築 | |
| プライマー | |||
| LBF (ctgaaagcttctgcaggagctcgctgacccaacaatccttgattaagatgaggc) | カスタマイズ | ||
| LBR (gttcagccaccattctgctcctgtcatgcggcgt) | カスタマイズ | ||
| RBF (caggagcagaatggtggctgaacgggttgtgac) | カスタマイズ | ||
| RBR (gatcctgcagcggagcggccgcgcagatcgcgggcaaggttagtc) | カスタマイズ | ||
| checkF (ctatgcgcttcgcataccgtgc) | カスタマイズ | ||
| checkR (gctcttgctcataattgtcctgg) | カスタマイズ | ||
| TnpF (ggaatctagaccttgagtcgatatcactctcgtttaatgctg) | カスタマイズ | ||
| TnpR (acaaacaaaaccaaattctgtacggcgaag) | カスタマイズ | ||
| ori-F (taatcgccttgcagcacatc) | カスタマイズ | ||
| ori-R (ggtatgagtcagcaacacct) | カスタマイズ | ||
| 5’ME (attcattaatgcagctggcacg) | カスタマイズ |
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