Opisana tutaj jest metoda ekstrakcji, oczyszczania i kontroli jakości genomowego DNA z obligatoryjnego biotroficznego patogenu grzybowego, mączniaka prawdziwego, do użycia w długotrwałym sekwencjonowaniu genomu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Opisana tutaj jest metoda ekstrakcji, oczyszczania i kontroli jakości genomowego DNA z obligatoryjnego biotroficznego patogenu grzybowego, mączniaka prawdziwego, do użycia w długotrwałym sekwencjonowaniu genomu.
Grzyby mączniaka prawdziwego to grupa ważnych z ekonomicznego punktu widzenia patogenów grzybowych roślin. Stosunkowo niewiele wiadomo na temat biologii molekularnej i genetyki tych patogenów, częściowo z powodu braku dobrze rozwiniętych zasobów genetycznych i genomicznych. Organizmy te mają duże, powtarzalne genomy, co sprawiło, że sekwencjonowanie i składanie genomu jest zbyt trudne. W tym miejscu opisano metody pobierania, ekstrakcji, oczyszczania i oceny jakości genomowego DNA o wysokiej masie cząsteczkowej jednego gatunku mączniaka prawdziwego, Golovinomyces cichoracearum. Opisany protokół obejmuje mechaniczne rozerwanie zarodników, po którym następuje zoptymalizowana ekstrakcja genomowego DNA fenol/chloroform. Typowa wydajność wynosiła 7 μg DNA na 150 mg konidiów. Genomowe DNA, które jest izolowane przy użyciu tej procedury, nadaje się do sekwencjonowania z długim odczytem (tj. > 48,5 kbp). W tej metodzie opisano również środki kontroli jakości mające na celu zapewnienie rozmiaru, wydajności i czystości genomowego DNA. Sekwencjonowanie genomowego DNA o opisanej tutaj jakości pozwoli na złożenie i porównanie wielu genomów mączniaka prawdziwego, co z kolei doprowadzi do lepszego zrozumienia i lepszej kontroli tego patogenu rolniczego.
Mączniak prawdziwy to grupa obowiązkowych biotroficznych patogenów grzybowych roślin, które, razem wzięte, są najczęstszą przyczyną chorób roślin na świecie1. Istnieje ponad 900 opisanych gatunków mączniaka prawdziwego, które zostały taksonomicznie pogrupowane w pięć plemion w rodzinie Erisyphaceae2. Zarówno ze względu na ich znaczenie gospodarcze, jak i bliskie relacje, jakie nawiązują ze swoimi gospodarzami, choroby mączniaka prawdziwego są przedmiotem badań od > 100 lat. Po zakażeniu mączniak prawdziwy wywołuje drastyczne zmiany w strukturze komórkowej, metabolizmie i biologii molekularnej gospodarzy, z korzyścią dla tego patogenu. Jednak badanie mączniaka prawdziwego jest szczególnie trudne ze względu na ich obowiązkowy tryb życia, a wzrost grzyba w czystej kulturze nie został jeszcze opisany3,4,5,6,7,8. Niezawodna, stabilna transformacja genetyczna mączniaka prawdziwego również nie została jeszcze osiągnięta, chociaż u niektórych gatunków odnotowano przejściowe transformacje9,10.
Sekwencjonowanie i składanie genomów mączniaka prawdziwego okazało się trudne ze względu na wiele cech samego genomu. Genomy mączniaka prawdziwego są duże (120 - 180 Mbp) w stosunku do innych genomów grzybów i składają się z 60 - 90% równomiernie rozmieszczonych powtarzających się elementów11. Elementy te obejmują niedługie powtórzenia końcowe, a także nieskategoryzowane powtarzające się elementy. Zsekwencjonowano dwie formy specjalne jednego gatunku mączniaka prawdziwego, Blumeria graminis f. sp. hordei i f. sp. tritici (odpowiednio Bgh i Bgt), a także mączniaka prawdziwego winogron Erysiphe necator, a także zakończono opracowywanie genomów roboczych dla kilku innych12,13,14. Powtarzalna natura genomów utrudniła składanie, a kompletny genom Bgh został złożony w 6 989 superkontigów o L50 wynoszącym 2 Mb12.
Pomimo dużego genomu, mączniak prawdziwy wydaje się mieć niewielką liczbę genów kodujących białka, z 5,845 i 6,540 genami przewidzianymi odpowiednio w Bgh i Bgt. Sekwencjonowane mączniak prawdziwy wydaje się również nie mieć co najmniej 99 podstawowych genów, które są niezbędne dla innych grzybów, co jest zgodne z zależnością grzybów od ich rośliny żywicielskiej dla przetrwania11,12,13,14.
Powtarzające się sekwencje w pobliżu telomerów, centromerów, układów genów rybosomalnego RNA i regionów wzbogaconych w elementy transpozycyjne są słabo złożone ze strategii sekwencjonowania krótkiego odczytu i często są niedostatecznie reprezentowane w składach genomu15. Uważa się, że takie regiony są odpowiedzialne za wiele luk występujących w sekwencjach genomu, a dotyczy to mączniaka prawdziwego z ich rozległą ekspansją powtarzających się elementów16. Wysoce plastyczne regiony genomu są często znajdowane w takich powtarzających się regionach3. Służą one jako miejsce rearanżacji chromosomów i często kodują geny pod silną presją selekcyjną, takie jak geny kodujące białka efektorowe i geny kodujące enzymy metabolizmu wtórnego. Postępy w technologiach sekwencjonowania pojedynczych cząsteczek z długim odczytem stanowią potencjalne rozwiązanie dla sekwencjonowania w powtarzających się regionach genomów15. Na przykład Faino i in. (2015) odkryli, że włączenie technologii odczytu długich sekwencji i mapowania optycznego pozwoliło im wyprodukować sekwencję genomu bez przerw dla dwóch szczepów grzybowego patogenu roślinnego Verticillium dahlia, potrajając proporcję powtarzających się sekwencji DNA w genomie, zwiększając liczbę adnotacji genów (i zmniejszając liczbę częściowych lub brakujących adnotacji genów) i ujawniając rearanżacje genomu17.
Aby zastosować te technologie sekwencjonowania z długim odczytem, potrzebne są wysokie stężenia wysokiej jakości genomowego DNA, o minimalnych rozmiarach > 20 kbp. W tym miejscu opisujemy nasze metody zbierania konidiów, oczyszczania DNA o wysokiej masie cząsteczkowej z konidiów oraz nasze oceny kontroli jakości przy użyciu gatunku mączniaka prawdziwego >Golovinomyces cichoracearum uprawianego na ogórku18. Protokół ten jest oparty na protokole opracowanym w grupie laboratoryjnej B. Keller (Uniwersytet w Zurychu, Zurych, Szwajcaria)13,19 i zawiera kilka modyfikacji, które doprowadziły do zwiększenia wydajności DNA i większego udziału DNA o rozmiarze >48,5 kbp. Protokół zawiera również kroki kontroli jakości oparte na zaleceniach Joint Genome Institute Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych20,21,22.
Funkcja każdego odczynnika zawartego w buforze do lizy oraz uzasadnienie każdego etapu oczyszczania są opisane w Henry (2008)23. Dostępne opublikowane protokoły izolacji genomowego DNA o wysokiej masie cząsteczkowej z tkanek roślinnych i mikrobiologicznych były również konsultowane podczas projektowania tego protokołu24,25,26,27,28.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie materiału grzybowego
2. Oczyszczanie genomowego DNA
3. Kontrola jakości
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Reprezentatywny przykład 60 ng oczyszczonego DNA genomowego z G. cichoracearum przeprowadzone na żelu agarozowym z wykorzystaniem elektroforezy żelowej oraz elektroforezy w polu pulsacyjnym przedstawiono w Rysunki 1 i 2odpowiednio. Przedstawiono preparaty genomowego DNA, które przeszły kontrolę jakości, przeszły ją w stopniu ograniczonym lub nie przeszły jej. Preparaty genomowego DNA, które w pełni przeszły kontrolę jakości, są i...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W celu uzyskania czystego, wysokocząsteczkowego genomowego DNA z obligatoryjnych biotroficznych grzybów mączniaka prawdziwego opracowano zmodyfikowaną wersję wcześniej opisanych metod30. Średnia wydajność przy użyciu tego zoptymalizowanego protokołu wynosi 7 μg DNA na 150 mg konidiów, co stanowi podwojenie wydajności uzyskanej przy użyciu poprzedniego protokołu. Również średni rozmiar wzrósł z około 20 kbp do ponad 48,5 kbp. Protokół ten został zoptymalizowany w systemie cucumber-G. cichoracea...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ten protokół został opracowany w celu wsparcia Joint Genome Institute-Community Sequencing Project (#1657). Prace były częściowo wspierane przez Fundację Philomathia, Narodową Fundację Nauki (#0929226) i Instytut Nauk Biologicznych Energii dla S. Somerville'a; oraz przez Szwajcarską Narodową Fundację Nauki (#310030_163260) do B. Kellera. Chcielibyśmy podziękować naszym kolegom, M. Figureroa i M. Millerowi (University of Minnesota), R. Panstrudze (RWTH Aachen University), C. Pedersenowi (University of Copenhagen), P. Spanu (Imperial College), J. Taneja (University of California Berkeley), M. Wildermuth (University of California Berkeley), R. Wise (Iowa State University) i S. Xiao (University of Maryland) za ich hojne rady i za dobrowolne udostępnienie swoich protokołów, gdy opracowywaliśmy opisany tutaj protokół.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| MM400 Młyn kulowy | Retsch | 20.745.0001 | Lub równoważny młyn kulowy |
| 2 mL probówki do mielenia kulowego | Sarstedt | 72.694.007 | |
| Kule frezarskie ze stali nierdzewnej 5/32" | OPS Diagnostics | GBSS 165-5000-01 | |
| Sterowana mikroprocesorem łaźnia wodna serii 280 Wstępnie ustawiona na 65 & stopni; C | Thermo Fisher Scientific | 2825 | Lub równoważna kąpiel wodna |
| Sterowana mikroprocesorem Łaźnia wodna serii 280 Wstępnie ustawiona na 37 & stopni; C | Thermo Fisher Scientific | 2825 | Lub równoważna kąpiel wodna |
| Eppendorf 5417R mikrowirówka z chłodzeniem | Krakeler Scientific | 38-022621807 | Lub równoważna mikrowirówka |
| Chlorform: IAA (24:1 v/v) | Sigma-Aldrich | C0549 | Stwarza zagrożenie w przypadku kontaktu ze skórą lub wdychania. Nosić rękawice nitrylowe, okulary ochronne, fartuch laboratoryjny i pracować w kapturze chemicznym |
| Fenol:Chloroform:IAA (25:24:1 v / v) | Thermo Fisher Scientific | 15593031 | Niebezpieczny w przypadku kontaktu ze skórą lub wdychania. Nosić rękawice nitrylowe, okulary ochronne, fartuch laboratoryjny i pracować w kapturze chemicznym |
| 100% Isopropanol | Sigma-Aldrich | ||
| 100% etanol | Sigma-Aldrich | 34923 | Schładzanie do -20 stopni; C przed użyciem |
| Octan sodu | Sigma-Aldrich | S2889 | |
| Rnaza, bez dnazy (10 mg/ml) | Thermo Fisher Scientific | EN0531 | |
| Pirosiarczyn potasu | Sigma-Aldrich | P2522 | |
| Sacroinate Laurylu Sodu | Sigma-Aldrich | L9150 | |
| Podstawa Tris | Sigma-Aldrich | ||
| Kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA) | Sigma-Aldrich | EDS | |
| Chlorek sodu (NaCl) | Sigma-Aldrich | S9888 | |
| Bromek cetyltrimetyloamoniowy (CTAB) | Sigma-Aldrich | H6269 | |
| Gogle Uvex by Honeywell Futura S345C, Uvextreme | Staples | 423263 | Lub równoważne |
| okulary Rękawice nitrylowe High Five COBALT, DUŻE | Neta Scientific | HFG-N193 | Lub równoważne rękawice |
| GelRed Gel Nucleic Acid Gel Stain 10 000x w wodzie | Biotium | 41003 | |
| Bromek etydyny 10 mg/ml | Biotium | 40042 | Niebezpieczny w przypadku kontaktu ze skórą. Nosić rękawice nitrylowe i okulary ochronne |
| Agarose Ultrapure Bioreagent | VWR International LLC | JT4063 | |
| GeneRuler 1 kb Plus DNA Ladder | Thermo Fisher Scientific | FERSM1332 | |
| 8 - 48 kb CHEF Wzorce wielkości DNA | Bio-Rad | 170-3707 | |
| Pippin Prep | Life Technologies Corporation | 4472172 | Lub równoważny żel do pomiaru pulsacyjnego |
| Bibuła filtracyjna jakościowa Whatman, klasa 1 | Sigma-Aldrich | WHA1001042 | Lub równoważna komora wzrostowa |
| Percival Komora wzrostu Percival | AR66LXC9 | ||
| NanoDrop 8000 Spektrofotometr UV-Vis | Thermo Fisher Scientific | ND-8000-GL | Lub równoważny spektrofotometr |
| Quant-iT PicoGreen dsDNA Zestaw do oznaczania | Thermo Fisher Scientific | P11496 | |
| TAE Bufor (Tris-acetate-EDTA) (50x) | Thermo Fisher Scientific | B49 | Rozcieńczyć 1/50 wodą przed użyciem (do 1x) |
| TE Buffer | Thermo Fisher Scientific | 12090015 | |
| Tris-Boran-EDTA, 10x Roztwór (Elektroforeza) | Thermo Fisher Scientific | BP13334 | Rozcieńczyć 1/10 wodą przed użyciem (do 1x) |
| Ciekły azot | Ciekły azot (-196 ° C) stwarza ryzyko zamarznięcia. Po podgrzaniu będzie się również szybko rozszerzał i nie powinien być przechowywany w szczelnie zamkniętym pojemniku |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.