RNA-Seq 분석은 비모델 유기체에서 적응 형질의 분자 토대를 식별하는 데 점점 더 중요해지고 있습니다. 여기에서는 모기 사육에서 RNA 염기서열 분석 및 RNA-Seq 데이터의 생물정보학 분석에 이르기까지 diapause와 non-diapause Aedes albopictus 모기 사이에 차등적으로 발현된 유전자를 식별하는 프로토콜에 대해 설명합니다.
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RNA-Seq 분석은 비모델 유기체에서 적응 형질의 분자 토대를 식별하는 데 점점 더 중요해지고 있습니다. 여기에서는 모기 사육에서 RNA 염기서열 분석 및 RNA-Seq 데이터의 생물정보학 분석에 이르기까지 diapause와 non-diapause Aedes albopictus 모기 사이에 차등적으로 발현된 유전자를 식별하는 프로토콜에 대해 설명합니다.
광주기적 일시중지는 개인이 일련의 생리적 변화, 특히 발달 정지 및 신진대사 감소를 통해 혹독한 계절 환경에서 벗어날 수 있도록 하는 중요한 적응입니다. RNA-Seq를 통한 글로벌 유전자 발현 프로파일링은 광주기적 일시정지의 전사 메커니즘에 대한 중요한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 아시아 호랑이 모기(Aedes albopictus)는 사육이 용이하고 쉽게 유도되는 휴지기 및 이용 가능한 게놈 자원으로 인해 휴직의 전사 염기를 연구하는 데 뛰어난 유기체입니다. 이 원고는 A. albopictus에서 diapause-induced transcriptional differences를 확인하기 위한 일반적인 실험 워크플로우를 제시합니다. 사육 기술, 휴기정지 및 비휴기 발달을 유도하는 데 필요한 조건, 개체군의 휴지기 비율을 추정하는 방법, 모기에 대한 RNA 추출 및 무결성 평가가 문서화되어 있습니다. Illumina 염기서열분석기의 RNA-Seq 데이터를 처리하는 워크플로우는 차등적으로 발현된 유전자 목록에서 마무리됩니다. 대표적인 결과는 이 프로토콜이 광주기적 차이로 인해 A. albopictus의 전사 수준에서 차등적으로 조절되는 유전자를 효과적으로 식별하는 데 사용될 수 있음을 보여줍니다. 약간의 조정으로 이 워크플로우는 다른 모기의 일시정지 또는 기타 중요한 생활사 특성의 전사 기반을 연구하는 데 쉽게 적용할 수 있습니다.
NGS(Next-Generation Sequencing) 기술의 급속한 발전은 다양한 비모델 유기체 1-3에서 유전적으로 복잡한 생태학적 적응의 분자적 토대를 조사할 수 있는 흥미로운 기회를 제공하고 있습니다. 이 접근 방식은 농업 해충 및 질병 매개체와 같은 실질적인 우려 유기체뿐만 아니라 특히 흥미롭거나 잘 설명된 생태학 또는 진화 역사를 가진 유기체에 대한 개체군 및 기능 유전체학 연구의 기초를 구축하기 때문에 매우 강력합니다. 따라서 NGS 기술은 생태학 분야의 급속한 발전으로 이어지고 있으며 급격한 현대 기후 변화4에 대한 생물학적 반응의 기계론적 기반 이해4, 침입종의 확산5 및 숙주-병원체 상호 작용6,7과 같은 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
생태학 및 진화 생물학의 기본 및 응용 질문을 해결하기 위한 NGS 기술의 놀라운 잠재력은 부분적으로 이러한 접근 방식이 대부분의 연구 실험실에서 실현 가능한 적당한 비용으로 모든 유기체에 적용될 수 있다는 사실에 기인합니다. 또한 이러한 접근 방식은 마이크로어레이 칩이나 완전한 게놈 염기서열과 같은 선험적 유전 자원이 필요하지 않고 게놈 전체 정보를 제공합니다. 그럼에도 불구하고 NGS 실험의 생산성을 극대화하려면 RNA 샘플링의 발달 시기 및 조직 특이성과 같은 문제를 포함하여 실험 설계를 신중하게 고려해야 합니다. 또한 이러한 실험에서 생성된 방대한 양의 데이터(종종 최대 수억 개의 DNA 염기서열 판독)를 분석하는 데 필요한 기술적 능력은 특히 어려운 과제였으며 NGS 접근 방식의 광범위한 구현을 제한했습니다.
의학적으로 중요한 침습성 모기인 Aedes albopictus의 일시정지(diapause)의 전사 염기에 대한 최근의 RNA-Seq 연구는 비모델 유기체8–10에서 복잡한 생태학적 적응의 분자적 기초를 연구하는 데 NGS 기술을 성공적으로 적용하기 위해 사용할 수 있는 몇 가지 실험 프로토콜의 유용한 예를 제공합니다. A. albopictus는 아시아가 원산지이지만 최근에는 북미, 남미, 유럽 및 아프리카에 침입한 매우 침입적인 종입니다11,12. 많은 온대 곤충과 마찬가지로 A. albopictus의 온대 개체군은 광주기적 휴면기라고 하는 일종의 휴면기에 들어가 겨울을 통해 생존합니다. A. albopictus에서 번데기와 성인 암컷을 짧은(가을) 낮 길이에 노출시키면 발생학적 발달이 완료되는 일시정지 알이 생성되지만 알의 융모막 내부에 있는 pharate 유충은 발달 정지에 들어가 알이 부화 자극에 불응하게 만듭니다15-17. diapause 난자는 건조에 더 강하고, 5,18 non-diapause 난자보다 더 많은 총 지질을 함유하고 있다19. 따라서 A. albopictus의 광주기적 일시경은 온대 환경에서 겨울의 혹독한 조건에서 살아남는 데 필수적인 모계가 조절하는 적응 표현형 가소성입니다. 광범위한 곤충20,21에서 광주기적 일시정지의 잘 알려진 생태학적 중요성에도 불구하고, 이 중요한 적응의 분자 기초는 어떤 곤충에서도 잘 특성화되지 않았습니다22. 파레이트 유충 단계에서 배아 휴지기를 겪는 A. albopictus와 같은 유기체의 경우, 어미가 받은 광주기 신호가 어떻게 자손에게 전달되고 배아 발달 과정을 통해 지속되어 파레이트 유충 단계에서 정지를 일으키는지 이해하는 것은 특히 설득력 있는 과제로 남아 있습니다.
이 프로토콜은 A. albopictus에서 광주기적 일시정지의 전사 성분을 밝히기 위해 수행되는 NGS 실험(전사체 염기서열분석)을 위한 모기 사육, 실험 설계 및 생물정보학 분석을 설명합니다. 이 프로토콜은 A. albopictus의 일시정지에 대한 추가 연구에 사용할 수 있고, 알 일시정지를 겪는 다른 에딘 모기와 같이 밀접하게 관련된 다른 종의 일시정지를 조사하는 데 적용할 수 있으며,23 또한 모든 곤충에서 복잡한 적응의 전사 염기를 연구하기 위해 NGS 접근법을 사용하는 것과 더 일반적으로 관련이 있습니다.
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두 A. 1. 유생 양육 albopictus 그룹은 성인기
성인 2. 유지 보수 상대와 계란 생산을 허용하는
3. 혈액 공급
4. 산란을 자극
5. 수집 및 저장 계란
계란 / pharate 애벌레 7. RNA 추출
"ontent> 참고 : 층류 후드에서 사용 트리 졸.8. RNA 시퀀싱
9. lllumina 읽기 청소
참고 : 그림 2는이 프로토콜의 생물 정보학 부분을 요약 한 것입니다. 이 프로토콜의 생물 정보학 섹션에 사용 된 모든 프로그램과 자료의 전체 목록은 표 1을 참조하십시오.에또한, 보조 파일 (1)는 다음과 같은 생물 정보학 프로토콜의 각 단계의 명령 줄 예제가 들어 있습니다.
10. 디지털 정규화
11. 드 노보 사체 조립
12. 조립 평가
조립 사체 13. 주석
(14)지도 RSEM (34)를 사용하여 총회에 읽습니다 (표 1)
15. 차등 발현 분석
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두 대표 RNA 샘플의 형광 측정 (그림 1A, B) NT 약 2,000 개의 밴드를 보여 주었다. 곤충, 28S 리보솜 RNA 쉽게 간단한 가열 또는 수소 결합을 방해 35 에이전트 파쇄되어 수소 결합에 의해 함께 유지 개의 폴리 뉴클레오티드 사슬로 구성된다. 생성 된 두 성분은 약 18S 리보솜 RNA와 같은 크기이다. 두 번째 RNA 샘플은 저하 높은 수준의 (그림 1B)를 보여 주었다.
A.의 대표 그룹의 Photoperiodic 치료 반복 실험 중 몇 가지 변화 (표 2)이 있었지만 albopictus 모기, 긴 하루 양육 모기 짧은 - 일 - 양육 모기 높은 휴면 발생률, 낮은 휴면 부각 결과. 예를 들어, SD2 나머지 복제물보다 낮은 (80 %) 휴면 발생률 (- 97.67 % 87.18 %)을 나타내...
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이 프로토콜은 A의 유도 휴면를 photoperiodically로 인해 발현 된 유전자를 발견하는 방법을 제시한다 albopictus. photoperiodic 휴면 응답에 초점을 사람들을 위해 특히 - 프로토콜은 고유 초보 사용자가 액세스 할 수있는 분자 생리학 프로그램의 모든 실험적인 측면을 만들기 위해 모기 양육과 생물 정보학 기술을 결합한다는 점에서 중요하다. 양육 실수를 파악하는 것이 필요 - - 기존의 방법은, 우리의 지식, 양육 프로토콜의 많은 세부 사항을 제공하지 않으며 하류 성공적인 생물 정보학 분석을 가능하게 할 것이다 양육 단계에서 실험 설계에 대한 통찰력을 제공 할 수. 여기에 제시된 방법은 A.에 최적화 된 albopictus, 특히 일반적으로 다음 한 실험실 세대로부터 6 주가 걸릴 양육 방법. 그러나, 미래의 응용 프로그램에서이 방법은 겸손으로 적용 할 수 있습니다photoperiodic 휴면 (23)을 나타내는 다른...
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저자는 공개할 것이 없습니다.
이 연구는 미국 국립보건원(National Institutes of Health) 보조금 5R21AI081041-02와 조지타운 대학교의 지원을 받았습니다.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
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| 제어 환경실 | Thermax Scientific | N/A | Thermax Scientific Products의 맞춤형 사양에 따라 제작된 워크인 제어 환경실. 인큐베이터에 대한 더 큰 대안. http://thermmax.com/ |
| Cool 형광등 전구 | Philips | 392183 | 4 W |
| 페트리 접시 100 mm x 20 mm | Fisher | 08-772-E | |
| 여과지 20.5 cm | Fisher | 09-803-6J | |
| 9.5 L 양동이 | Plastican | Bway 제품 | http://www.bwayproducts.com/sites/portal/plastic-products/plastic-open-head-pails/117 |
| 유틸리티 패브릭 모기장 화이트 | 조앤 | 10173292 | http://www.joann.com/utility-fabric-mosquito-netting-white/10173292.html |
| 정형 외과 스타킹 | Albahealth | 23650-040 | 제품 번호 081420 |
| 유기농 건포도 | Newman 's Own | UPC: 884284040255 | |
| 산란 컵 (갈색) | Fisher Scientific | 03-007-52 | 이 제품은 실제로 우리가 상단을 본 호박색 125ml 병입니다. |
| 재활용 종이 타월 | 7세대 | 30BPT120 | |
| 모듈식 메이트 스퀘어 타파웨어 세트 | 터파웨어 | http://order.tupperware.com/pls/htprod_www/coe$www.add_items | |
| 유리 그라인더 | Corning Incorporated | 7727-2 | 이 Tenbroeck 티슈 그라인더는 계란을 깨고 RNA를 TRI 시약으로 방출합니다. |
| TRI 시약 | Sigma Aldrich | T9424 | 조직 50-100mg당 1ml TRI 시약을 도포합니다. 주의 — 이 시약은 독성이 있습니다. |
| TURBO DNA-free | Ambion/Life Technologies | AM1907 | 이 키트는 페놀/클로로포름 세척에 이어 기존의 DNase 처리보다 수율이 높으며 사용이 더 간단합니다. |
| RNaseZap | Ambion/Life Technologies | AM9782 | 벤치 표면 및 RNA 샘플과 접촉할 수 있는 모든 장비에 자유롭게 도포합니다. 이 용액은 경알칼리성/부식성이며 자극을 유발할 수 있으며 삼키면 유해합니다. |
| 2100 Bioanalyzer | Agilent Technologies | G2939AA | 하나의 칩에 최대 12개의 RNA 시료를 배치할 수 있습니다. |
| Hemotek 멤브레인 피더 | Hemotek | 5W1 | 이 시스템은 동시에 사용할 수 있는 5개의 급전 스테이션을 제공합니다. PS5 전원 장치 및 전원 코드 포함; 5 FUI 피더 + 식사 저장통 및 O-링; 플라스틱 플러그, Hemotek 콜라겐 공급 멤브레인; 온도 설정 도구; 및 플러그 추출 도구. 회사의 우편 주소는 Hemotek Ltd입니다. 유닛 5 유니온 코트; 앨런 램스바텀 웨이; 그레이트 하우드; 영국 랭커셔; BB6 7FD; 전화: +44 1254 889 307. |
| 디지털 온도계 및 프로브 | Hemotek | MT3KFU | MicroT3 온도계 및 KFU 프로브. 이것은 각 FUI 공급 장치의 온도를 설정하는 데 사용됩니다. |
| Sodium Citrate | Pel-Freez Biologicals | 33130-1 | 500ml의 혈액은 -80 °에서 20ml 분수액에 냉동 보관되었습니다; C는 최대 1 년. 사용하기 전에 최소 1시간 동안 실온에서 혈액을 해동하십시오. |
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