Proponujemy zastosowanie starterów opartych na rDNA w celu potwierdzenia braku kontaminacji gDNA w próbkach RNA z tkanki liściowej. Schemat analizy qPCR oraz testu na kontaminację gDNA przedstawiono w Rycina 2W przedstawionym protokole w projektowaniu starterów opartym na rDNA zastosowano dwie komplementarne strategie: 1) wybrano startery gatunkowo swoiste na podstawie sekwencji ITS oraz 2) wybrano startery uniwersalne na podstawie regionów flankujących ITS. W ramach dowodu koncepcji zaprojektowano startery swoiste dla Aeluropus littoralis, or uniwersalne primery opracowane dla gatunków z rodziny Poaceae, zgodnie z protokołem. Primery dla 5.8S (forward i reverse) wybrano na podstawie zakonserwowanego motywu o długości 14 par zasad (bp), który wykazuje podobieństwo pomiędzy roślinami kwiatowymi, mszakami oraz kilkoma rzędami glonów i grzybów14Charakterystyka zaprojektowanych starterów została przedstawiona w Tabela 2Uniwersalność starterów SSU, 5,8S i LSU została zweryfikowana za pomocą BLASTn, a wyniki homologii starterów przedstawiono w Rysunek 3 jako logo motywu. Lista gatunków uwzględnionych w analizie homologii, a także specyficzne startery dla każdego gatunku, zostały podane w Tabela 1. Specyficzność starterów sprawdzono za pomocą narzędzia Primer-BLAST. W przypadku gatunków, dla których dostępna jest sekwencja całego genomu, oszacowano chromosomalną lokalizację genów rDNA. Na przykład w Oryza sativa i Arabidopsis thaliana, geny rDNA znajdują się na dwóch różnych chromosomach, a w Zea mays na trzech różnych chromosomach.
Walidacja qPCR starterów opartych na rDNA została przeprowadzona za pomocą analizy krzywej topnienia amplikonów flankujących ITS1 i ITS2 z wykorzystaniem DNA jako matrycy. Jak przedstawiono na Ryc. 4 oraz Ryc. 5, specyficzność starterów została potwierdzona eksperymentalnie poprzez obserwację pojedynczego, wąskiego piku bez tworzenia dimerów starterów u różnych gatunków z rodziny Poaceae, w tym Triticum aestivum, Hordeum vulgare, Oryza sativa, a także u dwuliściennych: Medicago sativa, Cucumis sativus, Nicotiana tabacum, Trifolium alexandrinum, Vicia faba i Arabidopsis thaliana. Dalsza analiza produktów amplifikacji za pomocą elektroforetycznego rozdziału wielkości wykazała obecność pojedynczego prążka. Zgodnie z oczekiwaniami, prążki pochodzące z próbek różnych gatunków różniły się wielkością (Ryc. 6A i 6B). Co ciekawe, zastosowanie starterów uniwersalnych, zaprojektowanych specjalnie dla trzech gatunków Poaceae, okazuje się użyteczne nie tylko dla innych gatunków Poaceae, ale także dla innych gatunków roślin, takich jak A. thaliana, oraz dla grzyba endofitycznego, tj. Piriformospora indica.
Poprawność zaprojektowanego specyficznego primera (ITS1) potwierdzono również za pomocą qPCR u A. littoralis, wykorzystując gDNA jako matrycę. Zaobserwowano pojedynczy pik bez tworzenia dimerów primerów. Co zaskakujące, primer ITS1 A. littoralis (jako primer specyficzny) wygenerował pojedynczy wyraźny prążek nie tylko u A. littoralis, ale także u wszystkich pozostałych badanych gatunków z wyjątkiem Nicotiana tabacum oraz Trifolium alexandrinum, które wytworzyły dwa prążki (Rycina 6C). Analizę zanieczyszczenia gDNA przeprowadzono we wszystkich próbkach RNA przy użyciu primerów ITS lub primerów flankujących ITS. Schematyczny obraz płytki amplifikacyjnej w analizie zanieczyszczenia gDNA oraz interpretacja wyników przedstawione są na Rycynie 7.

Rysunek 1: Ogólny schemat organizacji sekwencji rDNA eukariotów.
Eukariotyczny segment rDNA zawiera 17-18S (czerwony), 5,8S (niebieski) oraz 25-28S rRNA (różowy). Wewnętrzne sekwencje odstępowe (ITS) zaznaczono czarnymi liniami. 5´ i 3´ wskazują orientację cząsteczki DNA. Prosimy o kliknięcie tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Schemat postępowania dla analizy RT-qPCR i badania zanieczyszczenia gDNA. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3: Logo motywu dla homologii starterów A. SSU, B. 5,8S oraz C. LSU. W przypadku starterów SSU, 5,8S i LSU logo motywu zostało skonstruowane za pomocą programu BLASTn na podstawie 200 rekordów roślin zielonych (numer taxid NCBI: 3090) z wartością graniczną e-value ≤10.-10A-adenina, T-tymina, G-guanina, C-cytozyna. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 4: Analiza krzywej topnienia amplikonu flankującego region ITS1 u różnych gatunków.
Ten amplikon, namnożony za pomocą starterów SSU i 5.8S-R, zawiera fragment sekwencji z regionu kodującego 17-18S, pełną sekwencję ITS1 oraz częściową sekwencję 5.8S. Przedstawiono krzywe topnienia wygenerowanych amplikonów (różowe) oraz kontroli NTC (czerwone) z Triticum aestivum, Hordeum vulgare, Oryza sativa, Medicago truncatula, Cucumis sativus, Nicotiana tabacum, Trifolium alexandrinum, Vicia faba, Arabidopsis thaliana, i Piriformospora indicaPłaska pogrubiona linia oznacza próg bazowy. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 5: Analiza krzywych topnienia amplikonów flankujących region ITS2 u różnych gatunków.
Ten amplikon jest generowany przy użyciu starterów 5.8S-F oraz LSU. Opisany amplikon zawiera sekwencje fragmentu 5.8 S, pełną sekwencję ITS2 oraz częściową sekwencję 25-28S. Przedstawiono krzywe topnienia amplikonów (kolor zielony) oraz NTC (kolor czerwony) uzyskane z Triticum aestivum, Hordeum vulgare, Oryza sativa, Medicago truncatula, Cucumis sativus, Nicotiana tabacum, Trifolium alexandrinum, *Vicia faba*, Arabidopsis thaliana i Piriformospora indica. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.

Rysunek 6: Analiza produktów PCR opartych na rDNA w żelu agarozowym.
Amplikon flankujący region ITS1 (A), flanki ITS2 (B), oraz ITS1 (C) przeprowadzono w 3% żelu agarozowym. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.

Rycina 7: Cechy ITS przypominające introny mogą być wykorzystane do zaprojektowania starterów umożliwiających wykrycie kontaminacji gDNA.
Każdy piki lub prążek o oczekiwanym rozmiarze w analizie qPCR wskazuje na kontaminację gDNA w próbce RNA. Unk: próbka nieznana, pos: kontrola pozytywna, NTC: kontrola bez matrycy. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
| Starter | Rodzaj | Identyfikator Taxid | Gatunki | Starter divergentny |
| SSU | Arabidopsis | 3701 | kamchatica, thaliana i lyrata | - |
| Vicia | 3904 | villosa, americana, unijuga, amoenane, amurensis, craccamal, pseudo-orobus, multicaulis, japonica, ramuliflora i bób | |
| Koniczyna | 3898 | alexandrinum, montanum, resupinatum i repens | - |
| Nicotiana | 4085 | tabacum, benthamiana, otophora, picilla, bigelovii, palmeri, tomentosiformis, tomentosa, digluta, kawakamii, clevelandii, nesophila, solanifolia, cordifolia, debneyi, arentsii, thyrsiflora, wigandioides, undulata, glutinosa, noctiflora, petunioides, obtusifolia, miersii, pauciflora, attenuate, acuminata, linearis, alata, sylvestris, rustica i suaveolens | - |
| Cucumis | 3655 | arbuz, melon i sativus | CGTAACAAGGTTTCCGTAGGKG |
| Aeluropus | 110873 | - | Nie znaleziono startera |
| Łubianka | 3877 | sativa, lupulina, pamphylica, lunata, rostrate, plicata i truncatula | - |
| Oryza | 4597 | sativa, glumipatula, rufipogon barthii glaberrima punctate, longistaminata, meridionalis, nivara, meridionalis i longistaminata | - |
| Triticum | 4564 | aestivum, urartu i monococcum | - |
| Jęczmień | 4512 | vulgare, bulbosum, marinum, brevisubulatum i bogdanii | - |
| LSU | Arabidopsis | 3701 | petraea, thaliana i lyrata | TGCTTAAACTCAGCGGGTAATC |
| Vicia | 3904 | sylvatica, tetrasperma, sativa, owłosiony, sepium, drobnokwiatowa, cracca, lathyroides, orobus, orobus, Bithynica i bób | TGCTTAAATTCAGCGGGTAGCC |
| Koniczyna | 3898 | pretense, nigrescens, resupinatum, occidentale, podziemny, ścisłe, ochroleucon, glomeratum, squamosum, ornithopodioides i repens | TGCTTAAATTCAGCGGGTAGCC |
| Nicotiana | 4085 | tabacum, benthamiana, otophora, picilla, bigelovii, palmeri, tomentosiformis, tomentosa, digluta, kawakamii, clevelandii, nesophila, solanifolia, cordifolia, debneyi, arentsii, thyrsiflora, wigandioides, undulata, glutinosa, noctiflora, petunioides, obtusifolia, miersii, pauciflora, attenuate, acuminata, linearis, alata, sylvestris i suaveolens | TGCTTAAACTCAGCGGGTAGTC |
| Cucumis | 3655 | melo, ritchiei i javanica | TGCTTAAACTCAGCGGGTAGTC |
| Aeluropus | 110873 | lagopoide, pungens i littoralis | TGCTTAAATTCAGCGGGTAATC |
| Łubianka | 3877 | ruthenica, sativa, lupulina, arabica, polymorpha i minima | TGCTTAAATTCAGCGGGTAGCC |
| pamphylica, lunata, rostrate i plicata | TGCTTAAACTCAGCGGGTAGTC |
| Oryza | 4597 | sativa, glumipatula, rufipogon, barthiial, glaberrima, australiensis, officinalis, australiensis, ridleyi, malampuzhaensis, alta, nivara, rufipogon, meridionalis i longistaminata | TGCTTAAACTCAGCGGGTAGTC |
| Triticum | 4564 | aestivum, spelta, turgidum, dicoccoides, petropavlovskyi, urartu i monococcum | TGCTTAAACTCAGCGGGTAGTC |
| Jęczmień | 4512 | vulgare, bulbosum, murinum, secalinum, brevisubulatum i bogdanii | TGCTTAAACTCAGCGGGTAGTC |
| Starter zdegenerowany definiuje się zgodnie z systemem IUPAC dotyczącym nazewnictwa nukleotydów |
Tabela 1: Lista gatunków rozważanych przy wyborze starterów opartych na rDNA.
Miejsce wiązania SSU w porównaniu z miejscem wiązania LSU wykazało wyższą homologię sekwencji w obrębie danego rodzaju.
| Długość amplikonu | Obszar amplifikacji | Sekwencja | Nazwa primera | Amplikon |
| 32 - 405 bp | Częściowa sekwencja SSU, pełna sekwencja ITS1 i częściowa sekwencja 5.8S | CGTAACAAGGTTTCCGTAGGTG | SSU | ITS1-flanks |
| GGTTCACGGGATTCTGCAAT | 5.8S-R |
| 318 - 361 bp | Częściowa sekwencja 5.8S, pełna sekwencja ITS2 i częściowa sekwencja LSU | ATTGCAGAATCCCGTGAACC | 5.8S-F | ITS2-flanks |
| TGCTTAAAYTCAGCGGGTAGYC | LSU |
| 10 - 20 bp | ITS1 | GGTATGGCGTCAAGGAACACT | ITS1-F | ITS1 |
| ATAGCATCGCTGCAAGGT | ITS1-R |
Tabela 2: Sekwencje starterów.