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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
이 문서에서는 CRISPR/Cas9에 의해 유도된 인델의 신속한 식별을 위한 프로토콜과 고해상도 용융 분석을 사용하여 모기 Aedes aegypti 의 돌연변이 라인을 선택하는 것에 대해 자세히 설명합니다.
모기 유전자 편집은 전사 활성제 와 같은 이펙터 뉴클레아제(TALEN), 아연 핑거 뉴클레아제(ZFNs), 호밍 엔토뉴리스(HEs)와 같은 시스템을 구축하여 여러 실험실에서 일상화되고 있다. 최근에는 정기적으로 간격이 있는 짧은 palindromic 반복(CRISPR)/CRISPR 관련 단백질 9(Cas9) 기술이 정밀 게놈 엔지니어링을 위한 보다 쉽고 저렴한 대안을 제시했습니다. 핵작용에 따라 DNA 수리 경로는 깨진 DNA 끝을 고치고 종종 인델을 도입합니다. 이러한 프레임 외 돌연변이는 표적 유기체에서 유전자 기능을 이해하는 데 사용됩니다. 그러나 단점은 돌연변이 개인이 지배적인 마커를 가지고 있지 않으며, 특히 많은 실험에 필요한 비늘에서 돌연변이 알을 식별하고 추적하는 데 어려움을 겪고 있다는 것입니다.
고해상도 용융 해석(HRMA)은 핵산 서열의 변이를 식별하고 PCR 용융 곡선을 활용하여 이러한 변이를 검출하는 간단한 방법입니다. 이 포스트 PCR 분석 방법은 온도 램프 제어 데이터 캡처 기능을 가지고 쉽게 96 웰 플레이트 형식으로 확장되는 계측과 형광 이중 좌초 DNA 결합 염료를 사용합니다. 여기에 설명된 CRISPR/Cas9 유도 인델의 신속한 검출과 모기 Ae. aegypti에 돌연변이 선의 확립을 위해 HRMA를 사용하는 간단한 워크플로우입니다. 비판적으로, 모든 단계는 다리 조직의 소량으로 수행 될 수 있으며 유전 성 후 수행 될 유전 십자가 또는 phenotyping 애술을 허용, 유기체를 희생 할 필요가 없습니다.
뎅기열1, Zika2 및 chikungunya3 바이러스와 같은 병원체의 벡터로, 말라리아 기생충4, 모기는 인간에게 중요한 공중 위생 위협을 나타냅니다. 이러한 모든 질병에 대 한, 모기 벡터의 제어에 전송 개입의 상당한 초점이 있다. 예를 들어 병원균, 모기 적합성, 생존, 번식 및 살충제에 대한 내성에 대한 관건성에서 중요한 유전자에 대한 연구는 새로운 모기 통제 전략을 개발하기위한 핵심입니다. 이러한 목적을 위해, 모기에 있는 게놈 편집은 특히 HEs, ZFN, TALENs와 같은 기술의 발달과 함께, 특히, Cas9를 가진 CRISPR와 같은 기술의 발달과 함께 일반적인 사례가 되고 있습니다. 유전자 편집균의 설립은 전형적으로 오프 표적 및 설립자 (병목 현상) 효력을 극소화하기 위하여 몇몇 세대에 대한 원하는 돌연변이를 운반하는 개별을 백교차하는 관련시킵니다, 동형질 또는 이테로지구우스 선을 생성하는 이종화구우스 개별을 교차하는 뒤에. 지배적 인 마커의 부재에서, 분자 지음은 많은 경우에, 이종화 척 돌연변이에 대한 명확한 현상 특성을 검출 할 수 없기 때문에이 과정에서 필요합니다.
시퀀싱은 지노티픽 특성화를 위한 금본위제이지만, 수백 명 또는 수천 명의 개인에게 이 것을 수행하는 것은 상당한 비용, 인건비 및 결과를 얻는 데 필요한 시간을 초래하며, 이는 모기와 같은 수명이 짧은 유기체에게 특히 중요합니다. 일반적으로 사용되는 대안은 측량체 뉴클레아제 분석5 (SNA), T7E1 분석6 및 고해상도 용융 분석 (HRMA, 검토 7)입니다. SNA와 T7E1은 모두 일치하지 않는 베이스만 갈라주는 엔도니슬리스를 사용합니다. 이종수 돌연변이 게놈의 돌연변이 부위가 증폭되면 돌연변이 및 야생 형 알레의 DNA 단편이 불일치된 이중 좌초 DNA(dsDNA)를 만들기 위해 어닐링됩니다. SNA는 불일치 별 엔도누리스와 간단한 아가로즈 젤 전기포고로 소화를 통해 불일치의 존재를 감지합니다. 대안적으로, HRMA는 dsDNA 결합 형광염료에 의해 검출된 dsDNA의 열역학적 특성을 사용하며, 염료의 분리 온도는 돌연변이의 존재 및 유형에 따라 변화한다. HRMA는 단일 뉴클레오티드 다형성(SNPs)8, 얼룩말 fish9, 미생물 응용 프로그램10 및 식물 유전 연구의 돌연변이 유전화 등의 검출을 위해 사용되어 왔다.
이 논문은 CRISPR/Cas9 기술로 생성된 돌연변이 모기에 대한 분자 지노티핑의 간단한 방법인 HRMA를 설명합니다. 대체 기술에 대한 HRMA의 장점은 1) 유연성을 포함, 그것은 다양한 유전자에 유용 입증 된 바와 같이, 인델 크기의 넓은 범위뿐만 아니라 다른 인델 크기와 이질, 동형 구스, 및 트랜스 이테로지구스 분화 사이의 구별12,13,14, 2) 비용, 그것은 일반적으로 사용되는 PCR 에 기초하여, 3) 비용, 저장 그것은 단지 몇 시간 만에 수행 할 수 있습니다. 또한, 프로토콜은 작은 신체 부위(leg)를 DNA의 원천으로 사용하여 모기가 genotyping 공정에서 살아남을 수 있게 하여 돌연변이 선의 확립 및 유지를 허용합니다.
1. 단일 뉴클레오티드 다형성(SNP), HRMA 프라이머 설계 및 프라이머 검증을 위한 스캐닝
2. 모기 다리에서 게놈 DNA의 준비
3. HRMA
4. Sanger 시퀀싱에 의한 서열 검증
유전자 AaeZIP11 (putative iron transporter21)와 myo-fem (비행 근육13과 관련된 여성 편향된 묘신 유전자)에 돌연변이를 함유한 모기는 CRISPR/Cas9 기술을 사용하여 수득하였고, HRMA를 이용한 유전자형, 서열 검증(도 5)을 얻었다. 도 5A 및 도 5C 는 야생식 컨트롤과 함께 각각 AaeZIP11 및 myo-fem 돌연변이 샘플의 HRM 곡선으로부터 정규화된 형광 강도를 보여 준다. 도 4B 및 도 4D 는 야생형 참조로부터 각 곡선을 빼낸 후 소프트웨어가 할당한 상이한 클러스터의 용융 프로파일 사이의 차이 곡선( AaeZIP11 및 myo-fem 돌연변이 샘플에서 각각)의 배율을 보여준다. 이테로지구스와 동종가우 돌연변이 AaeZIP11 개인은 서로 다른 클러스터에 배치되었고 야생 형 컨트롤과 쉽게 구별됩니다 (그림 5B). 이테로지구스 돌연변이 묘-펨 개인은 또한 컨트롤과 구별된다(도 5D). 야생형 컨트롤 내의 두 클러스터가 두 경우 모두 존재했는데, 이는 대상 영역(그림 5)에 SMP가 존재하기 때문에 여러 제어 샘플을 사용하여 제어를 돌연변이체로 분류할 필요가 있음을 강조합니다.
도 4A 는 AaeZIP11 돌연변이체의 서열 분석을 나타낸다. AaeZIP11 이종수 돌연변이체의 전전자페로그램은 인델이 발생한 뉴클레오티드 위치를 나타낸다. 이는 다형성 위치가 두 뉴클레오티드를 수반적으로 나타내기 때문에 단일 에서 이중 피크로의 변화로 표현됩니다(그림 4A). DNA 가닥 중 하나가 각각 삭제되거나 삽입된 베이스 쌍의 수에 의해 다른 것보다 짧거나 더 길기 때문에 실행(그림 4B)의 끝에 단일 피크를 계산하여 삭제또는 삽입된 기본 쌍의 수가 각각 계산되었다. 후속 세대에 대한 HRMA 분석을 돕기 위해 이종고원 식별을 위한 참조로 돌연변이에서 서열 검증된 gDNA를 사용하는 것이 좋습니다. 유사한 곡선이 다른 클러스터에 자동으로 할당될 때 곡선에 대한 수동 할당이 필요할 수 있습니다. 이는 온도 이동 곡선과 차이 곡선을 비교하여 수행할 수 있습니다. 클러스터에 샘플을 올바르게 할당하려면 소프트웨어를 수동으로 조정해야 할 수 있습니다. AaeZIP11 의 HRMA 결과와 Aeflightin 이라는 돌연변이는 이종화, 동형질 및 이테로지고트를 성공적으로 분류하기 위해 개별 샘플 분석이 필요하다는 것을 보여줍니다. 처음에 소프트웨어의 자동 클러스터 할당은 그룹 간에 적절한 구별을 할 수 없었습니다(그림 6A, 그림 6C, 그림 6E 및 그림 6G). 각 샘플은 개별적으로 분석된 다음 이종고트, 동형제 및 트랜스 이종고테스(이전에 시퀀싱에 의해 확인된) 및 트랜스 이종고테스(도 6B, 도 6D, 도 6F 및 도 6H)의 참조 샘플에 대한 유사성에 기초하여 올바른 그룹에 개별적으로 할당되었다.

그림 1: SNP 식별. 야생 식에서 AaeZIP11 조각의 여러 시퀀스 정렬의 회로도 표현. 빨간색은 SNP이며 녹색은 SN이 없는 조각입니다. 이 SNP 없는 지역은 sgRNA 및 프라이머 설계를 위해 제안됩니다. 약어: SNP = 단일 뉴클레오티드 다형성; sgRNA = 단일 가이드 RNA; LVP = 리버풀 변형. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: HRMA를 위한 모기 다리에서 게놈 DNA를 얻기 위한 실험 절차. (A) 파이펫, 팁, PCR 플레이트, 광학 씰, 저수지, 희석 완충제 및 DNA 방출 용액을 포함하는 게놈 DNA를 얻기 위한 재료. (B) DNA 방출 시약 및 희석 완충제를 포함하는 PCR 플레이트 제제. (C) CO2를 가진 모기 마취. (D) 시료 간 오염을 방지하기 위해 70%의 에탄올로 핀셋을 닦는다. (E) 핀셋, 모기 바이알랙, 마취 모기가 있는 얼음 용기 위에 페트리 접시, 이전에 준비된 PCR 플레이트를 포함한 실험용 설정. (F) 모기 다리의 제거. (G) DNA 방출 시약 용액에 침수되는 모기 다리의 줌 보기. (H) 유리병에 놓인 단일 모기. (I) 모기 다리를 포함하는 PCR 플레이트를 밀봉. 약어: HRMA = 고해상도 용융 해석. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: HRM 분석을 위한 실험 절차입니다. (A) 방출된 gDNA를 PCR 믹스를 포함하는 96웰 플레이트로 이송한다. (B) 차이 곡선의 육안으로 검사합니다. (C) 각 표본을 96웰 템플릿의 각 샘플과 각각의 차이 곡선 색상과 동일한 색상으로 표시합니다. (D) 동일한 클러스터에서 개인을 뒤로 교차합니다. 약어: HRM = 고해상도 용융; gDNA = 게놈 DNA. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: AaeZIP11 돌연변이의 시퀀스 분석. (A) AaeZIP11Δ56 돌연변이체의 뉴클레오티드 정렬. 노란색으로 강조 표시된 대시는 삭제된 베이스입니다. 상자에서 전자페로그램은 단일 피크에서 이중 피크로 전환되어 삭제가 발생한 위치(화살표)를 묘사합니다. (B) 시퀀싱 실행의 끝의 일렉트로페로그램과 이중 피크에서 단일 피크로의 전환. 단일 피크 수는 삭제된 베이스 수(회색 사각형)를 나타냅니다. 프라이머 시퀀스는 보충 표 S1에 제공됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 모기 다리에서 추출된 DNA의 HRMA. DNA는 AaeZIP11 (A 및 B)와 myo-fem (C 및 D) 녹아웃 Ae. aegypti 모기에서 단 발다리에서 추출되고 HRMA에 의해 분석되었습니다. A 및 C 는 1.0 에서 0의 상대값으로 샘플의 정규화된 형광 신호를 나타냅니다. B 와 D 는 야생형 기준(리버풀 스트레인)에서 각 곡선을 빼서 곡선 차이의 배율을 나타냅니다. 약어: HRMA = 고해상도 용융 해석; LVP = 리버풀 변형; RFU = 상대형 광채 단위. 프라이머 시퀀스는 보충 표 S1에 제공됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 수동 그룹 할당의 예. (A-D) Aeflightin 돌연변이에 대한 HRMA. (A 및 C) 용융 곡선(정규화된 선형 스케일 곡선 및 차이 곡선)은 정밀 용융 해석 소프트웨어에 의해 자동으로 그룹화됩니다. (B) 수동으로 변경된 차동 곡선의 정규화. (D) 차동 곡선의 정규화를 변경한 후, 각 시료는 해당 양극 컨트롤(Δ4 및 Δ5 이종고및 Δ4Δ5 트랜스 이테로지고트에 의해 확인된 이전에 시퀀스된 샘플)에 대한 차액 곡선의 피크 온도에 의해 개별적으로 할당되어 3개의 그룹을 명확하게 식별할 수 있게 하였다. 빨간색과 갈색 화살표가 추가되어 다른 온도에서 피크를 강조합니다. (E-H) AaeZIP11 돌연변이에 대한 HRMA. (E 및 G) 용융 곡선은 소프트웨어에 의해 자동으로 할당됩니다. (F 및 H) 두 번째 이종구스의 돌연변이체는 정규화및 차이 곡선의 유사성에 의해 올바른 그룹에 적절히 할당되었다(곡선에서 색상으로 구분). 이테로지고테스 아스그, 호모지고테스 아스그, 트랜스 이테로지고스 아스: 정밀 용융 분석 소프트웨어에 의해 용융 곡선할당. 약어: HRMA = 고해상도 용융 해석; LVP = 리버풀 변형; RFU = 상대형 광채 단위. 프라이머 시퀀스는 보충 표 S1에 제공됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
보충 자료: CFX96 실시간 시스템에서 HRMA를 설정하기 위한 자세한 프로토콜(예: 바이오 라드).
추가 그림 S1: 바이오 라드 CFX 관리자에 사이클링 프로토콜을 설정하기 위한 단계별 지침입니다. 보충 재질 2.1-2.3을 참조하십시오. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 S2: 바이오 라드 CFX 관리자의 플레이트 설정에 대한 단계별 지침입니다. 보충 재질 3.1-3.4를 참조하십시오. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
추가 그림 S3: 바이오 라드 CFX 관리자의 플레이트 설정에 대한 단계별 지침입니다. 보충 재질 3.5-3.6을 참조하십시오. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 S4: 바이오 라드 CFX 관리자의 실행 설정에 대한 단계별 지침입니다. 보충 재질 4.1을 참조하십시오. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 도면 S5: 바이오 라드 CFX 관리자에 대한 HRMA 분석을 위한 단계별 지침입니다. 보충 재료 5.1-5.3을 참조하십시오. 약어: HRMA = 고해상도 용융 해석. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 표 S1: 프라이머 목록. 이 테이블을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.
이 문서에서는 CRISPR/Cas9에 의해 유도된 인델의 신속한 식별을 위한 프로토콜과 고해상도 용융 분석을 사용하여 모기 Aedes aegypti 의 돌연변이 라인을 선택하는 것에 대해 자세히 설명합니다.
모든 수치는 텍사스 A&M 대학에 라이센스에 따라 Biorender.com 만들어졌습니다. 이 작품은 국립 알레르기 및 감염증 연구소 (AI137112 및 AI115138 에서 Z.N.A.), 곤충 벡터 질병 보조금 프로그램에 따른 텍사스 A&M 농업 연구, USDA 국립 식품 농업 연구소, 해치 프로젝트 1018401 기금으로 지원되었습니다.
| 70% 에탄올 | 70% 에탄올 용액 | ||
| 물 96-well PCR 및 Real-time PCR 플레이트 | VWR | 82006-636 | 게놈 DNA를 얻기 위해(모기 다리에서) |
| 96-웰 플레이트 템플릿 | 집에서 만든 인쇄, 유전자형 기록용 | ||
| Bio Rad CFX96 | Bio Rad | PCR 그라디언트 및 HRMA 기능이 있는 | |
| 기계다양한 생명공학 시약 저장소 | VWR | 490006-896 | |
| Exo-CIP Rapid PCR Cleanup Kit | New England Biolabs | E1050S | |
| 유리 페트리 접시 | VWR | 89001-246 | 150mm x 20mm |
| 하드 쉘 얇은 벽 96웰 스커트 PCR 플레이트 | Bio-rad | HSP9665 | HRMA용 |
| 다중 채널 피펫터(P10) | Integra Biosciences | 4721 | |
| 다채널 피펫터 (P300) | Integra Biosciences | 4723 | |
| Nunc 폴리올레핀 아크릴레이트 밀봉 테이프, Thermo Scientific | VWR | 37000-548 | 96-웰과 함께 사용하기 위해 게놈 DNA를 얻기 위한 PCR 플레이트 |
| 광학 밀봉 테이프 | Bio-rad | 2239444 | HRMA Phire Animal tissue direct PCR Kit(샘플링 도구 제외)용 96웰 스커트 PCR 플레이트와 함께 사용 |
| Thermo | Fisher | F140WH | 게놈 DNA 수집 및 PCR 플라스틱 |
| 플라이 바이알 분배기 | 수행용Genesee | 59-128W | |
| 정밀 용융 분석 소프트웨어 | Bio Rad | 1845025 | 모기 DNA 샘플의 유전형 분석 및 이중 가닥 DNA의 열 변성 특성 분석에 사용됨(프로토콜 단계 3.3 참조) |
| SeqMan Pro | DNAstar Lasergene 소프트웨어 | 다중 염기서열 정렬용 | |
| 단일 채널 피펫터 | Gilson | ||
| 핀셋 Dumont #5 11cm | WPI | 14098 | |
| 흰색 폼 플러그 | VWR | 60882-189 | |
| 와이드 초파리 바이알, 폴리스티렌 | Genesee | 32-117 | |
| 와이드 플라이 바이알 트레이, 블루 | Genesee | 59-164B |