Ten artykuł opisuje protokół szybkiej identyfikacji indeli indukowanych przez CRISPR/Cas9 i selekcji linii mutantów u komara Aedes aegypti za pomocą analizy topnienia w wysokiej rozdzielczości.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł opisuje protokół szybkiej identyfikacji indeli indukowanych przez CRISPR/Cas9 i selekcji linii mutantów u komara Aedes aegypti za pomocą analizy topnienia w wysokiej rozdzielczości.
Edycja genów komarów stała się rutyną w wielu laboratoriach wraz z ustanowieniem takich systemów jak nukleazy efektorowe podobne do aktywatora transkrypcji (TALENs), nukleazy palców cynkowych (ZFNs) i endonukleazy naprowadzające (HEs). Niedawno, technologia CRISPR/białko 9 (Cas9) związane z regularnymi odstępami między sobą (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 (Cas9) zaoferowała łatwiejszą i tańszą alternatywę dla precyzyjnej inżynierii genomu. Po działaniu nukleazy szlaki naprawy DNA naprawiają uszkodzone końce DNA, często wprowadzając indele. Te mutacje poza ramką są następnie wykorzystywane do zrozumienia funkcji genów w organizmach docelowych. Wadą jest jednak to, że zmutowane osobniki nie są nosicielami dominującego markera, co sprawia, że identyfikacja i śledzenie zmutowanych alleli jest trudne, zwłaszcza w skali potrzebnej do wielu eksperymentów.
Analiza topnienia w wysokiej rozdzielczości (HRMA) jest prostą metodą identyfikacji zmian w sekwencjach kwasów nukleinowych i wykorzystuje krzywe topnienia PCR do wykrywania takich zmian. Ta metoda analizy post-PCR wykorzystuje fluorescencyjne dwuniciowe barwniki wiążące DNA z oprzyrządowaniem, które ma zdolność przechwytywania danych kontroli rampy temperatury i można je łatwo skalować do formatów płytek 96-dołkowych. Opisano tutaj prosty przepływ pracy wykorzystujący HRMA do szybkiego wykrywania indeli indukowanych przez CRISPR/Cas9 i ustanawiania zmutowanych linii u komara Ae. aegypti. Co najważniejsze, wszystkie etapy można wykonać przy użyciu niewielkiej ilości tkanki nogi i nie wymagają poświęcania organizmu, co pozwala na przeprowadzenie krzyżówek genetycznych lub testów fenotypowania po genotypowaniu.
Jako wektory patogenów, takich jak wirusy denga1, Zika2 i chikungunya3, a także pasożyty malarii4, komary stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia publicznego ludzi. W przypadku wszystkich tych chorób interwencja transmisyjna kładzie się duży nacisk na zwalczanie komarów-wektorów. Badanie genów ważnych na przykład w odniesieniu do pobłażliwości wobec patogenów, przystosowania komarów, przeżywalności, reprodukcji i odporności na środki owadobójcze ma kluczowe znaczenie dla opracowania nowych strategii zwalczania komarów. W tym celu edycja genomu u komarów staje się powszechną praktyką, zwłaszcza wraz z rozwojem technologii takich jak HE, ZFN, TALENs, a ostatnio CRISPR with Cas9. Tworzenie szczepów z edytowanymi genami zazwyczaj obejmuje krzyżowanie wsteczne osobników niosących pożądane mutacje przez kilka pokoleń w celu zminimalizowania efektów off-target i założyciela (wąskiego gardła), a następnie krzyżowanie osobników heterozygotycznych w celu wytworzenia linii homozygotycznych lub trans-heterozygotycznych. W przypadku braku markera dominującego, genotypowanie molekularne jest konieczne w tym procesie, ponieważ w wielu przypadkach nie można wykryć wyraźnych cech fenotypowych dla mutantów heterozygotycznych.
Chociaż sekwencjonowanie jest złotym standardem w charakterystyce genotypowej, przeprowadzanie tego na setkach, a nawet tysiącach osób, wiąże się ze znacznymi kosztami, pracą i czasem potrzebnym do uzyskania wyników, co jest szczególnie ważne dla organizmów o krótkiej długości życia, takich jak komary. Powszechnie stosowanymi alternatywami są test nukleazy Surveyor5 (SNA), test T7E16 i analiza topnienia w wysokiej rozdzielczości (HRMA, przejrzana w7). Zarówno SNA, jak i T7E1 używają endonukleaz, które rozszczepiają tylko niedopasowane zasady. Kiedy zmutowany region heterozygotycznego zmutowanego genomu jest amplifikowany, fragmenty DNA ze zmutowanych i dzikich alleli są wyżarzane w celu wytworzenia niedopasowanego dwuniciowego DNA (dsDNA). SNA wykrywa obecność niedopasowań poprzez trawienie za pomocą endonukleazy specyficznej dla niezgodności i prostą elektroforezę w żelu agarozowym. Alternatywnie, HRMA wykorzystuje właściwości termodynamiczne dsDNA wykryte przez barwniki fluorescencyjne wiążące dsDNA, przy czym temperatura dysocjacji barwnika zmienia się w zależności od obecności i rodzaju mutacji. HRMA został wykorzystany między innymi do wykrywania polimorfizmów pojedynczego nukleotydu (SNPs)8, genotypowania mutantów ryb danio pręgowanego9, zastosowań mikrobiologicznych10 oraz badań genetycznych roślin11.
Ten artykuł opisuje HRMA, prostą metodę molekularnego genotypowania dla zmutowanych komarów generowaną przez technologię CRISPR/Cas9. Zalety HRMA w porównaniu z alternatywnymi technikami obejmują: 1) elastyczność, ponieważ udowodniono, że jest przydatna dla różnych genów, szeroki zakres rozmiarów indel, a także rozróżnienie między różnymi rozmiarami indel oraz różnicowaniem heterozygotycznym, homozygotycznym i trans-heterozygotycznym12,13,14, 2) koszt, ponieważ opiera się na powszechnie stosowanych odczynnikach PCR, oraz 3) oszczędność czasu, ponieważ można go wykonać w ciągu zaledwie kilku godzin. Ponadto protokół wykorzystuje małą część ciała (nogę) jako źródło DNA, co pozwala komarowi przetrwać proces genotypowania, co pozwala na ustanowienie i utrzymanie zmutowanych linii.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Skanowanie w poszukiwaniu polimorfizmów pojedynczych nukleotydów (SNP), projektowanie starterów HRMA i walidacja starterów
2. Przygotowanie genomowego DNA z nóg komara
3. HRMA
4. Weryfikacja sekwencji za pomocą sekwencjonowania Sangera
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Komary z mutacjami w genach AaeZIP11 (domniemany transporter żelaza21) oraz myo-fem (gen miozyny wykazujący preferencję u samic, związany z mięśniami lotnymi13) uzyskano przy użyciu technologii CRISPR/Cas9, poddano genotypowaniu metodą HRMA oraz weryfikacji sekwencyjnej (Rysunek 5). Rysunek 5A oraz Rysunek 5C przedstawiają znormalizowaną intensywność fluorescencji z k...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Analiza stopienia o wysokiej rozdzielczości oferuje proste i szybkie rozwiązanie do identyfikacji indeli generowanych przez technologię CRISPR/Cas9 w wektorze komara Ae. aegypti. Zapewnia elastyczność, umożliwiając genotypowanie komarów zmutowanych dla szerokiego zakresu genów, od mięśni ucieczki po metabolizm żelaza i nie tylko 13,14. HRMA można wykonać w ciągu zaledwie kilku godzin od pobrania próbki do końcowych analiz. Dodatkowy czas jest wymagany do...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do zadeklarowania konfliktu interesów.
Wszystkie figurki zostały stworzone za pomocą Biorender.com na podstawie licencji Texas A&M University. Prace te były wspierane przez fundusze z Narodowego Instytutu Alergii i Chorób Zakaźnych (AI137112 i AI115138 do Z.N.A.), Texas A&M AgriLife Research w ramach programu grantowego Insect Vectored Disease Grant Program oraz USDA National Institute of Food and Agriculture, projekt Hatch 1018401.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 70% etanol | 70% roztwór etanolu w wodzie | ||
| 96-dołkowe płytki do PCR i PCR w czasie rzeczywistym | VWR | 82006-636 | Do uzyskiwania genomowego DNA (z nogi komara) |
| Szablony | Drukowane w domu, do rejestracji genotypu | ||
| Bio Rad CFX96 | Maszyna Bio Rad | PCR z możliwością | |
| gradientu i HRMAZróżnicowane zbiorniki odczynników biotechnologicznych | VWR | 490006-896 | |
| Exo-Zestaw do szybkiego czyszczenia PCR | New England Biolabs | E1050S | |
| Szklana szalka Petriego | VWR | 89001-246 | 150 mm x 20 mm |
| Cienkościenne 96-dołkowe płytki PCR z twardą skorupą | Bio-rad | HSP9665 | Do |
| HRMA Pipetor wielokanałowy (P10) | Integra Biosciences | 4721 | |
| Pipetor wielokanałowy (P300) | Integra Biosciences | 4723 | |
| Taśma uszczelniająca z poliolefiny i akrylanu Nunc, Thermo Scientific | VWR | 37000-548 | Do użytku z 96-dołkiem Płytki PCR do otrzymywania genomowego DNA |
| Optyczny taśma uszczelniająca | Bio-rad | 2239444 | Do użytku z 96-dołkowymi płytkami PCR z osłoną do zestawu do |
| bezpośredniego PCR tkanek zwierzęcych HRMA Phire (bez narzędzi do pobierania próbek) | Thermo Fisher | F140WH | Do uzyskiwania genomowego DNA i wykonywania |
| PCR Plastikowe dzielniki fiolek na muchy | Genesee | 59-128W | |
| Oprogramowanie do precyzyjnej analizy stopu | Bio Rad | 1845025 | Służy do genotypowania próbek DNA komarów i analizy właściwości denaturacji termicznej dwuniciowego DNA (patrz krok protokołu 3.3) |
| Oprogramowanie | DNAstar Lasergene | Do wyrównywania wielu sekwencji | |
| Pipetor jednokanałowy | Gilson | ||
| Pęseta Dumont #5 11 cm | WPI | 14098 | |
| Białe zatyczki piankowe | VWR | 60882-189 | |
| Szerokie fiolki Drosophila, polistyren | Genesee | 32-117 | |
| Szeroka tacka na fiolki na muchy, niebieska | Genesee | 59-164B |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.