이 프로토콜은 Caenorhabditis elegans에서 감수분열 동안 교차 빈도 및 분포를 측정하는 방법을 제공합니다. 염색체의 기원을 결정하기 위해 Real-time PCR을 사용한 single-nucleotide polymorphism genotyping을 사용했습니다. 4점 매핑을 통해 각 염색체의 왼쪽, 중앙 및 오른쪽 팔 영역의 교차 분포를 결정할 수 있었습니다.
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방법 논문
이 프로토콜은 Caenorhabditis elegans에서 감수분열 동안 교차 빈도 및 분포를 측정하는 방법을 제공합니다. 염색체의 기원을 결정하기 위해 Real-time PCR을 사용한 single-nucleotide polymorphism genotyping을 사용했습니다. 4점 매핑을 통해 각 염색체의 왼쪽, 중앙 및 오른쪽 팔 영역의 교차 분포를 결정할 수 있었습니다.
Caenorhabditis elegans 는 감수분열 연구를 위한 훌륭한 모델 유기체입니다. 짧은 생식 주기, 많은 자손, 이미징을 위한 투명한 몸체와 같은 일반적인 이점 외에도 6쌍의 상동 홀로센트릭 염색체가 있습니다. 강력한 크로스오버 간섭과 크로스오버 분포에 대한 규제가 있습니다. 교차 빈도를 측정하기 위해 가시적 마커 매핑, snip-SNP 매핑 및 교차 형성의 전구체로서 세포학적 마커의 정량화가 개발되었습니다. 여기에서는 예쁜꼬마선충의 난자형성(C. elegans oogenesis)에서 교차(crossover) 빈도와 분포를 측정하기 위해 변형된 SNP 유전형 분석법을 소개합니다. 이 방법은 제한 소화 및 겔 전기영동의 힘든 단계를 생략하고 절단되지 않은 DNA 밴드의 모호한 판단을 피할 수 있습니다. 단일 뉴클레오티드 다형성(SNP) 유전형 분석은 Bristol/Hawaiian 하이브리드 균주를 사용하여 수행됩니다. 자웅동체와 myo-3p::GFP를 발현하는 수컷을 교배하면 난자 발생에 집중할 수 있습니다. 단일 웜 용해물은 6개의 염색체 모두에 대해 충분한 DNA 템플릿을 생성합니다. 5' 엑소뉴클레아제 기반 TaqMan 화학 및 SNP 특이적 마이너 그루브 바인더(MGB) 프로브를 사용하면 약 97.7%의 유전형 분석률로 SNP를 정밀하게 검출할 수 있습니다. 당사는 SNP의 정확한 검출을 활용하여 예쁜꼬마선충의 교차 빈도를 측정합니다. 이 방법은 또한 수컷 또는 교차 결함 돌연변이의 교차 빈도를 결정하고 보다 구체적인 염색체 간격에 적용할 수 있습니다.
상동 염색체 간의 교차 형성은 염색체의 적절한 분리와 유전적 다양성 생성에 필수적입니다1. 교차 형성의 오류는 이수성을 유발하여 불임, 유산 및 선천적 결함으로 이어질 수 있습니다2. 교차빈도는 염색체 영역, 돌연변이 유형, 연령 및 성별에 따라 다르며, 이러한 각 조건에서 교차빈도를 정확하게 측정해야 할 필요성을 강조합니다 3,4,5. 이 방법의 전반적인 목표는 각 염색체 도메인의 교차 빈도를 정확하게 측정하여 C. elegans 염색체의 전체 길이에 걸친 교차 분포를 정확하게 결정하는 것입니다.
전통적으로 형태학적 마커를 사용한 2점 매핑은 교차 빈도 6,7,8,9,10을 측정하는 데 사용되었습니다. 예쁜꼬마선충(C. elegans)에서는 염색체 지도를 만들기 위해 덤피(dumpy), 짧은, 뚱뚱한 몸체(Dpy) 및 조정되지 않은 운동(Uncoordinated movement, Unc) 표현형이 자주 사용됩니다6. 이 방법의 장점은 비용이 저렴하고 많은 자손을 분석할 수 있다는 것입니다. 이러한 방법의 단점은 관심 유전자 자리를 선택하는 데 제한이 있고 표현형이 보이지 않기 때문에 치명적인 자손을 사용할 수 없다는 것입니다. 부위 선택의 불편함을 극복하기 위해 Tc1 transposons는 다형성 서열 표지 부위(STS)11,12에 대한 마커로 사용되었습니다. Tc1은 PCR 및 전기영동을 사용하여 검출할 수 있습니다. 표준 Bristol N2 균주에는 Tc1 transposon이 30개 있는 반면, 프랑스의 Bergerac에서 분리된 C. elegans(RW7000 및 DP13)에는 Tc1 사본이 500개 있었습니다. 따라서, Tc1 transposons의 수와 분포는 분리물마다 다르며, 이는 PCR에 의해 분리된 웜 사이의 잡종 웜 자손의 염색체를 분석하는 데 사용됩니다. 그 후, SNP는 교차 빈도 및 분포를 측정하기 위해 사용되었다 13,14. Bristol N2와 Hawaiian CB4856 균주 사이의 SNP는 1,000 bp15,16마다 나타났습니다. SNP는 PCR, 제한 분해 및 전기영동을 사용하여 RFLP(restriction fragment length polymorphism)로 검출됩니다. 최근에, Bristol N2와 Hawaiian CB4856 사이의 SNP뿐만 아니라 작은 삽입/삭제(InDel) 부위가 보다 효율적인 마커17로 제안되었다. 그러나 Tc1, RFLP 및 InDel을 사용하여 교차 주파수를 측정하려면 PCR, 제한 효소 처리 및 전기영동과 같은 노동 집약적인 공정이 필요합니다. 대규모 분석에서 각 공정이 최적화되지 않은 경우 PCR의 정확도, 사용된 제한 효소의 유형, DNA 절단의 효율성, 전기영동 중 밴드의 선명도 및 분리와 같은 요인으로 인해 결과가 잘못 해석될 수 있습니다. 반면, 제안된 방법은 Real-Time PCR에 의한 SNP 유전형 분석을 활용하여 정확하고 정밀한 정량화를 용이하게 합니다.
크로스오버는 염색체를 따라 무작위로 분포되지 않습니다. 예쁜꼬마선충(C. elegans)의 경우, 단일 교차는 팔에서 더 자주 형성되는 경향이 있으며 중앙에서 억제됩니다 3,5. 형태학적 2점 매핑은 마커 유전자 외부에서 교차가 발생하는 위치를 식별할 수 없습니다. 반대로, SNP 매핑은 마커의 증가를 허용하고 전체 염색체 5,14,18을 따라 교차의 정확한 영역을 결정하는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다. 이 연구에서는 Rockman과 Kruyglyak5이 제안한 염색체 도메인 경계를 사용하고 분석을 위해 염색체의 양쪽 끝과 중심/팔 경계의 양쪽 끝에 있는 4개의 SNP를 선택했습니다.
기존 방법을 활용하여 각 염색체의 좌완, 중앙, 오른팔 간의 교차를 측정하기 위해 TaqMan, 5' nuclease19를 이용한 Real-time PCR을 통한 정확하고 신속한 SNP 검출 방법을 제안하였습니다. 이전 연구20,21,22와 비교했을 때, 대체 기술에 비해 본 방법의 장점은 정확성과 단순성이다. 이 방법은 예쁜꼬마선충에 대한 qPCR 적용 교차 분석 방법으로, 감수분열을 연구하는 연구자에게 널리 적합합니다.
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1. 첫 번째 유전자 십자가
2. 두 번째 십자가
3. 샘플링
4. 샘플 용해
5. SNP 유전형 분석
6. 데이터 분석
7. 통계 분석
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우리는 SNP 유전형 분석 분석을 통해 예쁜꼬마선충 의 염색체 II에 있는 4개의 SNP 부위를 검출하여 염색체의 전체 길이, 왼팔, 중앙 영역 및 오른팔의 교차 형성을 정량화했습니다. SNP 검출은 제조업체의 지침에 따라 수행됩니다. 마스터 믹스에는 Taq DNA 중합효소, 열에 불안정한 우라실-N-글리코실라제(UNG), dNTP with dUTP 및 수동 참조 ROX 염료가 포함되어 있습니다. Taq DNA 중합효소는 95°C에서 활성화되어 저온에서 비특이적 증폭을 억제할 수 있습니다. UNG 및 dUTP는 이전에 증폭된 PCR 산물의 분해를 허용하여 캐리오버 오염 및 잠재적인 위양성을 방지합니다23.
SNP 부위를 포함하는 1kb의 게놈 DNA 염기서열을 기반으로 Thermo Fisher Scientific에서 SNP 특이적 프로브 및 PCR 프라이머 세트를 생성했습니다(표 1). Br...
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여기에서는 Bristol/Hawaiian 하이브리드 종의 교배된 자손의 SNP 유전형 분석을 기반으로 C. elegans 감수분열의 교차 빈도와 분포를 측정하는 방법을 소개했습니다. 종래의 snip-SNP 방법 (RFLP)는 PCR 후에 젤 전기 이동법을 요구하고, DNA 띠의 탐지는 젤 문서화 체계를 요구하는 반면,14,18, real-time PCR를 사용하여 5' nuclease 분석실험에 의하여 SNP 유전형 분석은 힘든 전기 이동법 절차를 요구하지 않는다.
방법의 중요한 단계
이 프로토콜에는 몇 가지 중요한 단계가 포함됩니다. 분석할 돌연변이가 브리스톨 균주에서 생성된 경우 SNP를 하와이 배경으로 교체해야 합니다. 일반적으로 브리스톨 돌연변이체를 하와이 ...
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저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
균주는 NIH Office of Research Infrastructure Programs(P40 OD010440)의 자금 지원을 받는 Caenorhabditis Genetics Center(CGC)에서 친절하게 제공했습니다. 이 작업에 대해 유익한 토론을 해주신 Saito Laboratory 구성원들에게 감사드립니다. 이 작업은 일본과학진흥회(JSPS)의 KAKENHI Grant JP23K05868 to TTS의 지원을 받았습니다.
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