В этой статье подробно описывается протокол быстрой идентификации инделов, индуцированных CRISPR/Cas9, и выбора мутантных линий у комара Aedes aegypti с использованием анализа расплава с высоким разрешением.
Методическая статья
В этой статье подробно описывается протокол быстрой идентификации инделов, индуцированных CRISPR/Cas9, и выбора мутантных линий у комара Aedes aegypti с использованием анализа расплава с высоким разрешением.
Редактирование генов комаров стало обычным делом в нескольких лабораториях с созданием таких систем, как транскрипционно-активатор-подобные эффекторные нуклеазы (TALENs), нуклеазы цинкового пальца (ZFNs) и самонаводящиеся эндонуклеазы (HEs). Совсем недавно технология кластеризованных регулярно чередующихся коротких палиндромных повторов (CRISPR) / CRISPR-ассоциированного белка 9 (Cas9) предложила более простую и дешевую альтернативу для точной геномной инженерии. После действия нуклеазы пути репарации ДНК будут исправлять сломанные концы ДНК, часто вводя индели. Эти внекадровые мутации затем используются для понимания функции генов в целевых организмах. Недостатком, однако, является то, что мутантные особи не несут доминирующего маркера, что затрудняет идентификацию и отслеживание аллелей мутантов, особенно в масштабах, необходимых для многих экспериментов.
Анализ расплава с высоким разрешением (HRMA) является простым методом выявления вариаций последовательностей нуклеиновых кислот и использует кривые плавления ПЦР для обнаружения таких изменений. Этот метод анализа после ПЦР использует флуоресцентные двухцепочечные ДНК-связывающие красители с приборами, которые имеют возможность сбора данных о контроле температуры и легко масштабируются до форматов пластин с 96 лунками. Здесь описан простой рабочий процесс с использованием HRMA для быстрого обнаружения CRISPR/Cas9-индуцированных инделей и установления мутантных линий у комара Ae. aegypti. Критически важно, что все этапы могут быть выполнены с небольшим количеством ткани ноги и не требуют жертвоприношения организма, позволяя проводить генетические скрещивания или фенотипирование после генотипирования.
Как переносчики патогенов, таких как вирусы денге1, Зика2 и чикунгунья3, а также малярийные паразиты4, комары представляют значительную угрозу для здоровья людей. В связи со всеми этими заболеваниями основное внимание уделяется мерам по борьбе с комарами-переносчиками. Изучение генов, важных, например, в отношении вседозволенности к патогенам, приспособленности комаров, выживания, размножения и устойчивости к инсектицидам, является ключом к разработке новых стратегий борьбы с комарами. Для таких целей редактирование генома у комаров становится обычной практикой, особенно с развитием таких технологий, как HEs, ZFN, TALENs и совсем недавно CRISPR с Cas9. Создание генетически отредактированных штаммов обычно включает в себя обратное скрещивание людей, несущих желаемые мутации в течение нескольких поколений, чтобы свести к минимуму нецелевые и фаундокторные (узкие места) эффекты, с последующим скрещиванием гетерозиготных особей для генерации гомозиготных или трансгетерозиготных линий. В отсутствие доминирующего маркера молекулярное генотипирование необходимо в этом процессе, поскольку во многих случаях у гетерозиготных мутантов не может быть обнаружено четких фенотипических признаков.
Хотя секвенирование является золотым стандартом для генотипической характеристики, выполнение этого для сотен или, возможно, тысяч особей сопряжено со значительными затратами, трудом и временем, необходимыми для получения результатов, что особенно важно для организмов с короткой продолжительностью жизни, таких как комары. Обычно используемыми альтернативами являются Surveyor nuclease assay5 (SNA), T7E1 assay6 и анализ расплава с высоким разрешением (HRMA, рассмотрено в 7). И SNA, и T7E1 используют эндонуклеазы, которые расщепляют только несоответствующие основания. Когда мутированная область гетерозиготного мутантного генома амплифицируется, фрагменты ДНК из аллелей мутантного и дикого типа отжигаются, чтобы сделать несоответствующую двухцепочечную ДНК (dsDNA). СНС обнаруживает наличие несоответствий через пищеварение с несоответствующей специфической эндонуклеазой и простым электрофорезом агарозного геля. В качестве альтернативы HRMA использует термодинамические свойства dsDNA, обнаруженные флуоресцентными красителями, связывающими dsDNA, при этом температура диссоциации красителя изменяется в зависимости от наличия и типа мутации. HRMA использовался для обнаружения однонуклеотидных полиморфизмов (SNP)8, мутантного генотипирования рыб данио9, микробиологических приложений10 и генетических исследований растений11.
В этой статье описывается HRMA, простой метод молекулярного генотипирования для комаров-мутантов, генерируемый технологией CRISPR / Cas9. Преимущества HRMA перед альтернативными методами включают в себя 1) гибкость, поскольку она доказала свою полезность для различных генов, широкий диапазон размеров инделя, а также различие между различными размерами инделя и гетерозиготной, гомозиготной и трансгетерозиговой дифференцировкой12,13,14, 2) стоимость, поскольку она основана на широко используемых реагентах ПЦР, и 3) экономию времени, так как это может быть выполнено всего за несколько часов. Кроме того, протокол использует небольшую часть тела (ногу) в качестве источника ДНК, что позволяет комару выжить в процессе генотипирования, позволяя устанавливать и поддерживать мутантные линии.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Сканирование на наличие однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), проектирование праймера HRMA и валидация праймера
2. Получение геномной ДНК из ног комаров
3. HRMA
4. Проверка последовательности с помощью секвенирования Сэнгера
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Комары, содержащие мутации в генах AaeZIP11 (предполагаемый транспортер железа21) и мио-фем (ген миозина с женским уклоном, связанный с летными мышцами13), были получены с использованием технологии CRISPR/Cas9, генотипированы с использованием HRMA и проверены последовательностью (рисунок 5). На рисунках 5A и 5C показана нормализованная интенсивность флуоресценции из к...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Анализ расплава с высоким разрешением предлагает простое и быстрое решение для идентификации инделей, генерируемых технологией CRISPR/Cas9 в комаре-переносчике Ae. aegypti. Он обеспечивает гибкость, позволяя генотипировать комаров, мутировавших для широкого спектра генов от мышц полета до метаболизма железа и более 13,14. HRMA может быть выполнен всего за несколько часов от сбора образцов до окончательного анализа. Дополнительное время требуется для прое...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов, о которых можно было бы заявить.
Все фигуры были созданы с Biorender.com по лицензии Техасского университета A&M. Эта работа была поддержана средствами Национального института аллергии и инфекционных заболеваний (AI137112 и AI115138 до Z.N.A.), Texas A&M AgriLife Research в рамках Программы грантов на переносчики насекомых и Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США, проект Хэтч 1018401.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 70% этанол | 70% раствор этанола в воде | ||
| 96-луночный ПЦР и ПЦР в реальном времени | VWR | 82006-636 | Для получения геномной ДНК (из комарной лапки) |
| 96-луночные шаблоны | планшетов Домашние печатные, для регистрации генотипа | ||
| Bio Rad CFX96 | Bio Rad | ПЦР машина с градиентом и возможностями | |
| HRMAДиверсифицированные биотехнологические резервуары для реагентов | VWR | 490006-896 | |
| Набор для быстрой очистки ПЦР Exo-CIP New | England Biolabs | E1050S | |
| Стеклянная чашка Петри | VWR | 89001-246 | 150 мм x 20 мм |
| Тонкостенные 96-луночные ПЦР-планшеты с жесткой оболочкой | Bio-rad | HSP9665 | Для |
| многоканального пипеттора HRMA (P10) | Integra Biosciences | 4721 | |
| Многоканальный дозатор (P300) | Integra Biosciences | 4723 | |
| Nunc Полиолефиновый акрилатный герметизирующий ленец, Thermo Scientific | VWR | 37000-548 | Для использования с 96-луночным ПЦР-планшеты для получения геномной ДНК |
| Оптическая герметизирующая лента | Bio-rad | 2239444 | Для использования с 96-луночными ПЦР-планшетами с юбкой для HRMA |
| Phire Набор для прямой ПЦР животных тканей (без инструментов для отбора проб) | Thermo Fisher | F140WH | Для получения геномной ДНК и проведения ПЦР |
| Пластиковые делители флаконов для мух | Genesee | 59-128W | |
| Программное обеспечение для прецизионного анализа расплава | Bio Rad | 1845025 | Используется для генотипирования образцов ДНК комаров и анализа свойств термической денатурации двухцепочечной ДНК (см. протокол шаг 3.3) |
| SeqMan Pro | DNAstar Программное обеспечение | Для множественного выравнивания последовательностей | |
| Одноканальный пипеттор | Gilson | ||
| Tweezers Dumont #5 11 см | WPI | 14098 | |
| Белые поролоновые пробки | VWR | 60882-189 | |
| Широкий флакон с дрозофилами, полистирол | Genesee | 32-117 | |
| Широкий лоток для флаконов с мухами, синий | Genesee | 59-164B |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение