여기서는 감자 검은다리병과 연성 부패를 일으키는 식물병원체인 Pectobacterium brasiliense에서 무표지 유전자 결손을 생성하고 유전체 전역 Tn5 삽입 돌연변이 라이브러리를 구축하는 프로토콜을 제시합니다. 이 접근법은 효율적인 역유전분석을 가능하게 하며, 이 유기체에서 병원성 관련 유전자의 기능적 특성 규명을 용이하게 합니다.
방법 논문
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여기서는 감자 검은다리병과 연성 부패를 일으키는 식물병원체인 Pectobacterium brasiliense에서 무표지 유전자 결손을 생성하고 유전체 전역 Tn5 삽입 돌연변이 라이브러리를 구축하는 프로토콜을 제시합니다. 이 접근법은 효율적인 역유전분석을 가능하게 하며, 이 유기체에서 병원성 관련 유전자의 기능적 특성 규명을 용이하게 합니다.
펙토박테리움 브라질리엔세는 감자 덩이의 연부패, 검은다리, 공중 줄기 썩음을 일으키는 매우 병원성이 강한 박테리아입니다. 병리성 기전의 규명은 질병 방제에 필수적입니다; 그러나 이 생물에 대한 유전적 도구는 여전히 제한적입니다. 마커 없는 유전자 결실 및 고밀도 Tn5 트랜스포존 돌연변이 유발을 가능하게 하기 위해 독소 기반 역선택 시스템이 개발되었습니다. pLP12 플라스미드에서 유래한 vmi480 독소는 자살 벡터 pKV2를 구성하는 역선택 마커로 사용되었습니다. 이 시스템을 사용해 P. brasiliense SM 균주에서 recA 유전자가 성공적으로 삭제되었습니다. 그 결과 생성된 recA 돌연변이는 pKV2-LLtnp를 가진 RHO3 보조 균주와의 접합을 통해 12,000개 이상의 돌연변이로 구성된 Tn5 삽입 라이브러리 구축의 부모 균주 역할을 했습니다. 이 유도 플라스미드에서는 vmi480 독소가 극성 효과를 줄이기 위해 바깥쪽을 향한 LA 프로모터의 조절 하에 과활성 Tn5 전이효소로 대체되었습니다. 고처리량 덩이줄기 접종 분석법을 통해 식물 세포벽 분해 효소 분비를 매개하는 주요 병원성 결정인자인 유형 II 분비계 내 삽입 등 병원성 결핍 돌연변이를 식별할 수 있었습니다. 이 플랫폼은 기능적 유전체학을 지원하며, 경제적으로 중요한 병원체의 병원성 메커니즘 연구를 용이하게 합니다.
P. brasiliense는 Pectobacterium 속 내에서 가장 공격적인 종 중 하나이며, 감자 연부패병, 검은다리병, 공중 줄기 썩음병의 원인 원인입니다. 이러한 질병들은 세계에서 세 번째로 중요한 식량원이자 중국 농업 생산 시스템의 핵심 요소인 감자에서 약 30%의 수확량 손실을 초래합니다. 경제적 영향에도 불구하고, P. brasiliense의 병원성을 조절하는 분자 메커니즘은 이 종에 대해 효율적이고 재현 가능한 유전적 조작 도구가 부족해 충분히 이해되지 못하고있습니다.
많은 식물병리성 박테리아에서의 기능적 유전체 연구는 강력한 대립형유전자 교환과 트랜스포존 돌연변이 유발 시스템에 의존합니다; 그러나 P. brasiliense 에 대한 유사한 유전학적 도구는 여전히 제한적이거나 비효율적입니다. 특히, 이 종과 호환되는 효과적인 역선택 마커는 드뭅니다. sacB 유전자는 다양한 박테리아에서 유전자 결실의 역선택 마커로 널리 사용되지만, P. brasiliense 는 선택 과정에서 최대 50%의 자당에 이르는 높은 내성을 보일 수 있습니다5. 이러한 내성은 자당이 효소로 전환되어 당에 대한 감수성 부족을 반영하는 것으로 보입니다. 더 나아가, 높은 자당 농도는 해로운 삼투압 쇼크를 유발할 수 있습니다. 또한, Tn5 트랜스포존 삽입 라이브러리 구축과 같은 효율적인 대규모 돌연변이 유발 방법은 아직 이 생물에 대해 잘 확립되지 않았습니다.
이러한 기술적 한계를 해결하기 위해 독소 기반 카운터 셀렉션 시스템이 개발되었고, P. brasiliense에 대한 견고한 Tn5 돌연변이 유발 스크리닝 워크플로우가 구축되었습니다. 전통적인 자당 기반 방법과 비교할 때, 이 독소 기반 접근법은 선택 엄격성 향상, 이중 교차 사건 식별의 특이성 향상, 교란 삼투압 스트레스 제거 등 뚜렷한 장점을 제공합니다. 유사한 vmi480 독소-항독소 기반 시스템이 비브리오 종7에서 선택 장벽을 극복하는 데 성공적으로 도입되었습니다. 확립된 방법론은 미지의 유전자에 대한 고처리량 기능 특성 분석에 매우 적합하며, 관련 연부패 세포세균과에도 적용할 수 있는 다목적 플랫폼을 제공합니다.
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1. P. brasiliense에서 마커 없는 recA 결실 돌연변이 생성
2. P. brasiliense에서 Tn5 돌연변이 유발을 위한 pKV2-LLtnp 구축
3. P. brasiliense에서 Tn5 트랜스포존 돌연변이 라이브러리 구축
4. 감자 덩이와 대마초 접종을 통한 고처리량 병원성 분석

5. 플라스미드 구조를 통한 Tn5 삽입 부위 식별
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P. brasiliense의 sucB 돌연변이로 인한 불안정성을 극복하기 위해 플라스미드 pLP12의 vmi480 독소를 역선택 마커로 사용했으며, 항생제 내성 카세트를 교체하고 클로닝 부위 구성을 조정하여 수정된 자살 벡터 pKV2(그림 1A)를 구성하였다. 마커 없는 recA 결실 돌연변이를 생성하기 위해, 약 800 bp 크기의 recA 유전자의 좌우 상동암을 pKV2로 클로나링한 후, 이중 교차 재조합을 얻기 위한 2단계 선택 절차를 거쳤습니다. 프라이머 쌍 LBF/RBR과 생거 시퀀싱을 이용한 PCR 검증 결과, 돌연변이와 야생형 간 약 600 bp 차이가 나타나 recA 결손이 성공적으로 확인되었습니다(그림 1B).
recA 돌연변이 균주를 수용 배경으로 사용하여 Tn5 트랜스포존 돌...
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이 연구에서 개발된 유전자 조작 전략은 감자의 주요 연부패 병원체인 P. brasiliense에서 기능적 유전체학 가능성을 제공합니다 9,10. 독소 기반 역선택 시스템을 자살 플라스미드 골격에 통합함으로써 마커 없는 ΔrecA 돌연변이를 생성했다. 이 접근법은 전통적인 sacB 기반 시스템에 비해 상당한 장점을 제공합니다; SacB는 P. brasiliense의 고유한 자당 내성과 삼투압 민감성 때문에 높은 배경 성장을 보이는 반면, 독소 기반 시스템은 이중 교차 사건에 대해 향상된 선택 엄격성과 높은 특이성을 제공합니다. 결과적으로 생성된 ΔrecA 균주는 비특이적 상동 재조합을 제거하는 안정화된 배경 역할을 하여 이후 트랜스포존 삽입의 유전적 안정성을 보장합니다. ...
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저자들은 이해 상충을 선언할 필요가 없습니다.
이 연구는 중국 국가자연과학재단(32472504 및 32561143029 X.Z., 32201914 J.W.), 광둥 기초 및 응용 기초 연구 재단(2024A1515012708 to X.Z.), 내몽골 자연과학 재단(2024QN03044 U.H.), 펄 리버 인재 프로그램(2021QN02N151 → X.Z.)의 지원을 받았습니다.
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| DNA 어셈블리 키트 | DNA 어셈블리 | Vazyme | C116-02 |
| DNA 정제 키트 | DNA 정제 | Tiangen | DP214-02 |
| 카나마이신 | 50 mg/mL | Aladdin | K103025-25g |
| 글루코스 | 0.2% (w/v) | Aladdin | G116305-250mg |
| 트립톤 | 1 L 매체 내 10% | OXOID | LP0042B |
| 효모 추출물 | 1 L 매체 내 5% | OXOID | LP0021B |
| NaCl | 1 L 매체 내 10% | Biofroxx | 1249KG001 |
| 아가르 | 1 L 매체 내 15% | Biofroxx | 8211GR500 |
| L-아라비노스 | 0.3% (w/v) | Aladdin | A106196-25g |
| 플라스미드 미니프렙 키트 | 플라스미드 추출 | Tiangen | DP103-02 |
| EcoRI | 제한 효소 | Yugong Biotech | EG15536 |
| NheI | 제한 효소 | Yugong Biotech | EG15552 |
| HindIII | 제한 효소 | Yugong Biotech | EG15539 |
| T4 DNA 리가제 | 선형 DNA 자체 순환화 | Yugong Biotech | EG15205 |
| 원심분리기 | RWD | M1324R | |
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| 수조 | JOANLAB | WB100-1F | |
| 겔 문서화 시스템 | Thermo Fisher Scientific | iBright CL750 | |
| 오토클레이브 | Yamato | SQ510C | |
| 흔들기 인큐베이터 | ZHICHU | ZQZY-AR8 | |
| 일정 온도 인큐베이터 | ZQ | DHP-9272 | |
| NanoDrop | Thermo Fisher Scientific | Lite Plus | |
| UV-Vis 분광 광도계 | HITACHI | U-3900 | |
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