Hier wordt een methode beschreven voor de extractie, zuivering en kwaliteitscontrole van genomisch DNA van de obligate biotrofe schimmelpathogeen, echte meeldauw, voor gebruik in genoomsequencing met lange reads.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Hier wordt een methode beschreven voor de extractie, zuivering en kwaliteitscontrole van genomisch DNA van de obligate biotrofe schimmelpathogeen, echte meeldauw, voor gebruik in genoomsequencing met lange reads.
De echte meeldauw schimmels zijn een groep van economisch belangrijke schimmelplantenpathogenen. Er is relatief weinig bekend over de moleculaire biologie en de genetica van deze ziekteverwekkers, voor een deel te wijten aan een gebrek aan goed ontwikkelde genetische en genomische hulpbronnen. Deze organismen hebben grote, herhalende genomen, die genoom en assemblage onbetaalbaar moeilijk hebben gemaakt. We beschrijven hier werkwijzen voor het verzamelen, extraheren, zuivering en kwaliteitscontrole evaluatie van hoogmoleculair genomisch DNA molecuul van een echte meeldauw soorten, Golovinomyces cichoracearum. De beschreven protocol bevat mechanisch afbreken van sporen, gevolgd door een geoptimaliseerde fenol / chloroform genomisch DNA extractie. Een typische opbrengst was 7 ug DNA per 150 mg conidia. Het genomische DNA dat geïsoleerd is middels deze werkwijze zijn geschikt voor het lezen sequencing (bijv:> 48,5 kbp). Kwaliteitscontrolemaatregelen de grootte, opbrengst en zuiverheid van het genomische DNA waarborgen ookbeschreven in deze werkwijze. Sequentiebepaling van het genomische DNA van de hier beschreven kwaliteit zal zorgen voor de montage en vergelijking van meerdere meeldauw genomen, wat op zijn beurt zal leiden tot een beter begrip en een betere controle van de agrarische ziekteverwekker.
Poedermeeldauw een groep obligate biotrofe schimmelplantenpathogenen die, wanneer samengenomen, zijn de belangrijkste oorzaak van plantenziekten wereldwijd 1. Er zijn meer dan 900 beschreven soorten van echte meeldauw, die taxonomisch zijn gegroepeerd in vijf stammen binnen de familie Erisyphaceae 2. Als gevolg van zowel het economisch belang en de intieme relatie die zij ontwikkelen met hun gastheren, hebben echte meeldauw ziektes onderwerp van onderzoek voor> 100 jaar. Na infectie, echte meeldauw ontlokken drastische veranderingen in de celstructuur, het metabolisme en moleculaire biologie van hun gastheren, om deze ziekteverwekker ten goede komen. Echter, de studie van echte meeldauw is een bijzondere uitdaging als gevolg van hun obligate lifestyle, en de groei van de schimmel in zuivere cultuur is nog niet beschreven 3, 4, 5,"xref"> 6, 7, 8. Betrouwbare, stabiele genetische transformatie van poederige meeldauw is ook nog niet voltooid hoewel transiënte transformatie gemeld bij sommige soorten 9, 10.
De sequentiebepaling en assemblage van meeldauw genomen is moeilijk gebleken vanwege een aantal kenmerken van het genoom zelf. Echte meeldauw genomen zijn groot (120-180 Mbp) ten opzichte van andere schimmels genomen, en bestaan uit 60-90% gelijkmatig repetitieve elementen 11. Deze elementen omvatten niet-lange terminale herhalingen, alsook uncategorized repetitieve elementen. Twee formae speciales van een echte meeldauw soorten, Blumeria graminis f. sp. hordei en f. sp. tritici (BGH en Bgt respectievelijk) alsmede de druif echte meeldauw Erysiphe necator, LEVn gesequenced en voorstellen genomen voor verscheidene andere zijn afgerond 12, 13, 14. Het repetitieve aard van de genomen samenstel heeft bemoeilijkt en de voltooide BGH genoom geassembleerd tot 6989 supercontigs een L50 2 Mb 12.
Ondanks de grote genoom, het poedervormige meeldauw blijken een klein aantal eiwitten coderende genen, met 5.845 en 6.540 genen voorspeld BGH en Bgt resp. De sequentie poederige meeldauw blijken ook ten minste 99 kern genen die essentieel andere schimmels, die in overeenstemming met de afhankelijkheid van de schimmels op de waardplant te overleven 11, 12, 13, 14 ontbreekt.
Repetitieve sequenties nabij telomeren, centromeren, ribosomaal RNEen gen arrays en gebieden verrijkt transponeerbare elementen zijn slecht samengesteld uit korte gelezen sequencing strategieën en vaak ondervertegenwoordigd in genoom samenstellen 15. Dergelijke gebieden worden verondersteld verantwoordelijk voor veel van de spleten die zich in genoomsequenties zijn, en dit geldt voor het poedervormige meeldauw hun omvangrijke uitbreiding van repetitieve elementen 16. Sterk plastic genoomgebieden worden vaak in dergelijke herhalende gebieden 3. Ze dienen als een plaats van chromosoomherschikkingen vaak coderen voor genen onder sterk selectieve druk, zoals de genen die coderen effector eiwitten en de genen die coderen voor enzymen van secundair metabolisme. Vooruitgang in single-molecule lange lezen sequencing technologieën een mogelijke oplossing voor het rangschikken in herhaalde gebieden van genomen 15. B.v. Faino et al. (2015) gevonden dat het opnemen van de lange sequentie gelezen technologieën en optische mapping konden ze een gat-loze genoomsequentie te produceren voor twee stammen van de schimmel plantenpathogeen Verticillium dahlia, verdrievoudigde het percentage herhalende DNA sequenties in het genoom, waardoor het aantal gen annotaties (en vermindering van het aantal partiële of ontbrekende gen annotaties ) en onthullende genoomomleggingen 17.
Om deze lange-lezen sequencing technologie, hoge concentraties van hoge kwaliteit genoom DNA, in dienst nemen met minimale afmetingen> 20 kbp, nodig zijn. Hier beschrijven we onze methoden voor conidial collectie, zuivering van hoog moleculair gewicht DNA van conidia en onze kwaliteitscontrole assessments met behulp van de echte meeldauw soorten Golovinomyces cichoracearum geteeld op komkommer 18. Dit protocol is gebaseerd op een protocol ontwikkeld in het laboratorium groep B. Keller (Universiteit van Zürich, Zürich Switzerland) 13, 19en bevat diverse modificaties die leidden tot verhoogde DNA opbrengsten en een groter deel van DNA> 48,5 kbp in grootte. Het protocol bevat ook kwaliteitscontrole stappen basis van aanbevelingen van het Amerikaanse ministerie van Energie Joint Genome Institute 20, 21, 22.
De functie van elk reagens in de lysisbuffer, en de reden voor elke zuiveringsstap, worden beschreven in Henry (2008) 23. Beschikbare gepubliceerde protocollen voor isolatie van hoogmoleculair genomisch DNA van planten en micro weefsels werden geraadpleegd bij het ontwerpen van dit protocol 24, 25, 26, 27, 28.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Bereiding van schimmelmateriaal
2. Genomic DNA Purification
3. Quality Control
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Een representatief voorbeeld van 60 ng gezuiverd genomisch DNA uit G. cichoracearum over agarose gel met gelelektroforese en gebruiken gepulseerd veld gelelektroforese worden getoond in Figuren 1 en 2 respectievelijk. Genomisch DNA preparaten die, marginaal passeren passeren en niet kwaliteitscontrole worden weergegeven. Genomisch DNA preparaten die kwaliteitscontrole volledig passen ideaal voor sequentiebepaling met behulp van ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Om zuivere, hoogmoleculair genomisch DNA te verkrijgen uit de obligate biotrofe meeldauw schimmels, een gemodificeerde versie van eerder beschreven werkwijzen ontwikkeld 30. De gemiddelde opbrengst met deze geoptimaliseerde protocol 7 ug DNA per 150 mg conidia, een verdubbeling van de opbrengst verkregen met een vooraf protocol. Ook de gemiddelde grootte steeg van ongeveer 20 kbp tot meer dan 48,5 kbp. Dit protocol werd geoptimaliseerd in cucumber- G. cichoracearum systeem. Om de beste k...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit protocol werd ontwikkeld ter ondersteuning van een Joint Genome Institute-Community Sequencing Project (#1657). Het werk werd onder meer ondersteund door de Philomathia Foundation, de National Science Foundation (#0929226) en het Energy Biosciences Institute voor S. Somerville; en door Swiss National Science Foundation (#310030_163260) voor B. Keller. We willen onze collega's bedanken, M. Figureroa en M. Miller (University of Minnesota), R. Panstruga (RWTH Aachen University), C. Pedersen (University of Copenhagen), P. Spanu (Imperial College), J. Taneja (University of California Berkeley), M. Wildermuth (University of California Berkeley), R. Wise (Iowa State University) en S. Xiao (University of Maryland) voor hun genereuze adviezen en voor het vrijwillig delen van hun protocollen terwijl we het hier beschreven protocol ontwikkelden.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| MM400 kogelmolen | Retsch | 20.745.0001 | Of gelijkwaardige kogelmolen |
| 2 mL buisjes voor kogelmolen | Sarstedt | 72.694.007 | |
| 5/32" roestvrijstalen molenbollen | OPS Diagnostics | GBSS 165-5000-01 | |
| Microprocessorgestuurd 280 Series Waterbad Vooringesteld op 65 °C | Thermo Fisher Scientific | 2825 | Of gelijkwaardig waterbad |
| Microprocessorgestuurd 280 Series Waterbad Vooringesteld op 37 °C | Thermo Fisher Scientific | 2825 | Of gelijkwaardig waterbad |
| Eppendorf 5417R gekoelde microcentrifuge | Krakeler Scientific | 38-022621807 | Of gelijkwaardige microcentrifuge |
| Chlorform:IAA (24:1 v/v) | Sigma-Aldrich | C0549 | Gevaarlijk bij huidcontact of inademing. Draag nitrilhandschoenen, beschermende bril, laboratoriumjas en werk in chemische kap |
| Fenol:Chloroform:IAA (25:24:1 v/v) | Thermo Fisher Scientific | 15593031 | Gevaarlijk bij huidcontact of inademing. Draag nitrilhandschoenen, beschermende bril, laboratoriumjas en werk in chemische kap |
| 100% Isopropanol | Sigma-Aldrich | W292907 | |
| 100% Ethanol | Sigma-Aldrich | 34923 | Voor gebruik koelen tot -20 °C |
| Natriumacetaat | Sigma-Aldrich | S2889 | |
| Rnase, Dnase-vrij (10 mg/mL) | Thermo Fisher Scientific | EN0531 | |
| Kaliummetabisulfiet | Sigma-Aldrich | P2522 | |
| Natriumlaurylsacrosinaat | Sigma-Aldrich | L9150 | |
| Tris base | Sigma-Aldrich | 10708976001 | |
| Etheen-diaminetetraazijnzuur (EDTA) | Sigma-Aldrich | EDS | |
| Natriumchloride (NaCl) | Sigma-Aldrich | S9888 | |
| Cetyltrimethylammoniumbromide (CTAB) | Sigma-Aldrich | H6269 | |
| Uvex by Honeywell Futura veiligheidsbril S345C, Uvextreme | Staples | 423263 | Of gelijkwaardige veiligheidsbril |
| High Five COBALT nitrilhandschoenen, GROOT | Neta Scientific | HFG-N193 | Of gelijkwaardige handschoenen |
| GelRed Nucleïnezuur Gel Stain 10.000x in water | Biotium | 41003 | |
| Ethidiumbromide 10 mg/mL | Biotium | 40042 | Gevaarlijk bij huidcontact. Draag nitrilhandschoenen en beschermende bril |
| Agarose Ultrapure Bioreagent | VWR International LLC | JT4063 | |
| GeneRuler 1 kb Plus DNA Ladder | Thermo Fisher Scientific | FERSM1332 | |
| 8 - 48 kb CHEF DNA maatstaven | Bio-Rad | 170-3707 | |
| Pippin Prep | Life Technologies Corporation | 4472172 | Of gelijkwaardig pulse-field gel apparaat |
| Whatman kwalitatief filterpapier, Klasse 1 | Sigma-Aldrich | WHA1001042 | Of gelijkwaardige groeikamer |
| Percival Groeikamer | Percival | AR66LXC9 | |
| NanoDrop 8000 UV-Vis Spectrofotometer | Thermo Fisher Scientific | ND-8000-GL | Of gelijkwaardige spectrofotometer |
| Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | P11496 | |
| TAE Buffer (Tris-acetaat-EDTA) (50x) | Thermo Fisher Scientific | B49 | Verdun 1/50 met water voor gebruik (tot 1x) |
| TE Buffer | Thermo Fisher Scientific | 12090015 | |
| Tris-boraat-EDTA, 10x oplossing (elektroforese) | Thermo Fisher Scientific | BP13334 | Verdun 1/10 met water voor gebruik (tot 1x) |
| Vloeibare stikstof | Vloeibare stikstof (-196 °C) is een bevriezingsgevaar. Het zal ook snel uitzetten bij opwarming en mag niet in een goed gesloten container worden bewaard |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.