В этой статье описывается протокол экстракции свежей и старой некрофильной ДНК мухи с использованием модифицированного общего набора для экстракции ДНК.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В этой статье описывается протокол экстракции свежей и старой некрофильной ДНК мухи с использованием модифицированного общего набора для экстракции ДНК.
В общей сложности пять образцов Chrysomya megacephala - три свежих образца, один образец, хранившийся в спирте в течение 2 лет, и один образец, хранившийся в сухом запечатанном хранилище в течение 2 лет, защищенных только от света - были отобраны для изучения того, может ли набор для экстракции ДНК крови извлечь ДНК у некрофильных мух и определить, может ли алкоголь продлить сохранение ДНК некрофильных мух. Во-первых, набор для извлечения ДНК из грудной клетки был использован для извлечения ДНК из тканей грудной клетки. Затем чистота и концентрация ДНК были исследованы с помощью считывателя микропланшетов и флуориметра. Наконец, ПЦР-амплификацию и электрофорез экстрагированной ДНК проводили с помощью некрофильных мухоспецифичных праймеров, расположенных в митохондриальной последовательности гена CO I. Результаты показали, что чистота ДНК всех образцов была выше 2,0. Концентрация ДНК наблюдалась в следующем порядке: свежие образцы > законсервированные спиртом старые образцы > необработанные, старые образцы. Все образцы имели специфические электрофоретические полосы после амплификации ПЦР. В заключение, набор для экстракции ДНК крови может быть использован для успешного извлечения ДНК из некрофильных мух, а концентрация ДНК в свежих образцах мух выше, чем в старых образцах мух. Мухи могут долго храниться в спирте.
Вывод о времени смерти всегда был одним из ключевых и сложных вопросов, требующих решения в судебной практике. В практике криминалистики для уголовного дела определение интервала вскрытия играет решающую роль в определении времени совершения преступления, установлении подозреваемого и сужении рамок расследования. Традиционные методы определения времени смерти основаны в первую очередь на ранних посмертных явлениях, которые, как правило, могут быть использованы только для определения времени смерти в течение 24 часов. Однако длительное время смерти не может быть определено посмертными явлениями. В настоящее время в судебно-медицинском сообществе общепризнано, что судебная энтомология может стать эффективным методом определения более длительного времени смерти.
Насекомые-некрофаги названы так из-за их личинок, которые питаются трупами. Среди них, когда присутствует труп, взрослые некрофильные мухи будут первыми, кто доберется до трупа и отложит свои яйца или личинки. Личинки питаются трупной тканью и превращаются в куколок, которые оперяются во взрослых особей. Некрофильные мухи играют огромную роль в практике криминалистики из-за их регулярного жизненного цикла и географического распространения, например, вычитая время смерти и определяя место смерти 1,2. Однако барьером для использования некрофильных мух в криминалистической практике является видовая идентификация. Морфологические методы до сих пор используются в качестве авторитетного метода для видовой идентификации некрофильных мух. Однако морфологическая идентификация видов требует высокой степени целостности насекомых. Если мухи находились на разных стадиях развития или из-за морфологических изменений, вызванных выбором окружающей среды, все это затрудняет морфологическое исследование. В частности, морфология куколок и панцирей куколок, которые чаще всего обнаруживаются на месте преступления, едва узнаваема. Это, наряду с нехваткой специалистов по морфологии, создает огромные трудности для морфологической идентификации видов. Таким образом, появилось применение методов молекулярной биологии для видовой идентификации мух, что снижает сложность морфологической идентификации и не зависит от стадии развития 3,4,5,6,7.
Первым шагом в идентификации видов некрофильных мух на основе методов молекулярной биологии является эффективная экстракция ДНК, в то время как специализированные наборы для экстракции ДНК насекомых в настоящее время обычно не доступны. А как использовать обычные наборы крови для извлечения ДНК некрофильных мух, становится все более актуальным с криминалистической точки зрения. Некрофильные мухи, найденные на местах преступлений, часто изуродованы или подверглись разложению и деградации ДНК. Образцы мух не доступны для извлечения ДНК сразу после получения, или, если это возможно, целые образцы должны быть сохранены из-за требований к сохранности доказательств. Исходя из вышеуказанных требований, в данном исследовании мы применили набор ДНК крови на основе расщепления протеиназы К и отобрали три свежих образца Chrysomya megacephala (Diptera, Lepidoptera) (рис. 1), один старый образец C. megacephala, помещенный в алкоголь на два года, и один образец C. megacephala , помещенный в защищенное от света хранилище на два года, взвесили каждый из пяти образцов. выбирал ткань грудной клетки насекомого для экстракции ДНК. Сравнивая качество и чистоту ДНК, выделенной из старого и нового образцов, проводили ПЦР-амплификацию и электрофорез экстрагированной ДНК с некрофильными мухоспецифичными праймерами, расположенными в митохондриальной последовательности гена CO
.
Примечание: В общей сложности в этом протоколе было использовано пять образцов C. megacephala - три свежих образца (Fresh 1, Fresh 2 и Fresh 3), один образец хранился в спирте в течение 2 лет (Old 1) и один образец хранился в сухом герметичном хранилище в течение 2 лет, защищенном только от света (Old 2). Образцы должны быть промаркированы в соответствии с требованиями эксперимента.
1. Общее хранение и подготовка образцов
2. Экстракция ДНК
ПРИМЕЧАНИЕ: Все этапы центрифугирования должны выполняться при комнатной температуре (15-25 °C) в микроцентрифуге. Все действия должны выполняться в строгом соответствии с принципами асептики и во избежание перекрестного загрязнения.
3. Определение концентрации ДНК
4. ПЦР и электрофоретическое обнаружение
ПРИМЕЧАНИЕ: Последовательность митохондриального гена CO
длиной 278.о. была взята для амплификации методом ПЦР с помощью прямого праймера C1-J-2495: CAGCTACTTTATGAGCTTTAGG и обратного праймера C1-N-2800: CATTTCAAGCTGTGTAAGCATC8, а затем был проведен электрофорез в 2% агарозном геле для проверки эффекта амплификации и верифицирована длина продуктов амплификации.
Мы использовали считыватель микропланшетов для измерения значений OD260 и OD280 экстрагированного раствора ДНК, а затем получили значения OD260/OD280 для оценки чистоты ДНК. OD260/OD280 всех свежих образцов и старого образца 1 был больше 2. OD260/OD280 старого образца 2 имел максимальное значение 2,187, хотя среднее значение составляло 1,753, и его три измерения сильно колебались из-за малых (≤0,01) значений как OD280, так и OD280 (Таблица 1). На основании полученного значения OD260 мы оценили концентрацию ДНК. Концентрация ДНК трех образцов была следующей: свежие образцы > старого образца 1 > старого образца 2, измеренные с помощью считывателя микропланшетов, но разница между свежими образцами и старыми образцами была небольшой, всего ~10-20 нг/мкл (табл. 1), в то время как концентрация ДНК трех свежих образцов, измеренная флуориметром Qubit, была больше, чем измеренная считывателем микропланшетов на 125-130 нг/мкл. с разницей в 15 нг/л в старом образце 1 и всего 1,3 нг/л в старом образце 2. Концентрация ДНК в свежих образцах > старом образце 1 > старом образце 2 (табл. 2).
ДНК, выделенная используемым в настоящее время методом экстракции, содержит в образце все компоненты ДНК из разных источников. Это означает, что решение ДНК было не только раствором геномной ДНК мухи. Праймеры для специфической амплификации фрагментов митохондриального гена CO
мухи были выбраны путем ознакомления с литературой и проверены с помощью NCBI-Blast Primer. Результаты показали, что прямой праймер C1-J-2495 и обратный праймер C1-N-2800 митохондриального гена CO
являются специфичными для мух праймерами с полиморфизмом последовательностей и охватывают многие виды мух. Результаты амплификации не показали человеческих генов. Они представляли собой пару надежных биомаркеров ДНК для идентификации некрофильных мух и были отобраны для верификации результатов данного эксперимента.
Все различные образцы показали очевидные электрофоретические полосы длиной от 250 до 400.н. Полосы были ярче в свежих образцах, чем в старых образцах, а старые сэмплы, помещенные под алкоголь (Рисунок 2, Старый 1), были ярче, чем необработанные старые образцы (Рисунок 2, Старый 2), но старые образцы также имели две полосы в разных положениях. Пустой элемент управления не имел полос (рис. 2).

Рисунок 1: Изображения Chrysomya megacephala с разных ракурсов. (A) Самец; (В) женщина. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Электроферограмма продуктов амплификации ПЦР. Первые три полосы слева представляют собой продукты ПЦР-амплификации ДНК из свежих образцов мух. Четвертая электрофоретическая полоса является продуктом ПЦР ДНК из старого образца мухи, законсервированной в спирте. Пятая полоса представляет собой продукт ПЦР ДНК из старого образца мухи без какой-либо специальной консервации. Шестая полоса представляет собой пустой контроль; он чистый, что доказывает, что во время амплификации ПЦР не произошло загрязнения. Справа находится лестница ДНК, где мы размечали позиции ДНК длиной 250.о. и 400.о. Электрофоретические полосы всех образцов ПЦР-продуктов были немного выше 250.о. и ниже 400.о. лестничных полос. Эта позиция соответствует длине гена-мишени 278.о. Невооруженным глазом более очевидно, что полосы ДНК, представляющие свежие образцы, ярче, чем у старых образцов. Старые образцы содержат другие полосы ДНК, которые присутствуют там в менее интенсивных, нецелевых генах разной длины. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
| Образец | Фреш1 | Фреш2 | Фреш3 | Старый1 | Старый2 |
| ОД260/ОД280 | 2,354±0,036 | 2,245±0,027 | 2,060±0,038 | 2,143±0,012 | 1,753±0,421 |
| ДНК (нг/мкл) | 119,91±1,686 | 116.084±4.965 | 95.239±3.401 | 86.845±6.14 | 10.151±0.168 |
Таблица 1: Измерение чистоты и концентрации ДНК с помощью считывателя микропланшетов.
| Образец | Фреш1 | Фреш2 | Фреш3 | Старый1 | Старый2 |
| ДНК (нг/мкл) | No 243.333±1.528 | No 237.667±2.082 | 226.000±2.000 | 101.000±0.000 | 11.433±0.058 |
Таблица 2: Измерение концентрации ДНК с помощью флуориметра.
Экстракция ДНК является наиболее важным звеном в молекулярной идентификации некрофильных мух, а метод ее экстракции и качество извлеченной ДНК напрямую влияют на последующее обнаружение. В этом эксперименте мы успешно извлекли ДНК из некрофильных мух с помощью обычного набора крови, без необходимости приобретать специальный набор для экстракции ДНК насекомых, что облегчает извлечение ДНК насекомых.
Поверхность мух богата хитином, особенно на стадии личинки и куколки, где эпидермальный хитин может достигать 60-70%, что затрудняет извлечение ДНК из некрофильныхмух. В процессе экстракции мы обнаружили, что если образец был влажным, то, несмотря на то, что мы достаточно срезали образец, образец оставался студенистым, когда для разложения применялась протеиназа К. Это предотвратило прохождение добавленной жидкости обратно через адсорбционную колонну. Чтобы решить эту проблему, мы сначала применили жидкий азот для быстрой заморозки образцов, чтобы мухи стали хрупкими и легко измельчались, а также легко усваивались. Если жидкий азот недоступен для измельчения, а эффективность экстракции ДНК все еще не повышена, образцы мух можно поместить в проветриваемое помещение примерно на 48 часов. Образцам можно дать высохнуть, прежде чем они будут надлежащим образом срезаны и впоследствии извлечены из ДНК.
Учитывая, что деградация ДНК старых образцов вызывала большую озабоченность, образцы грудной клетки мухи были отобраны для экстракции ДНК в этом эксперименте из-за высокого содержания ДНК в грудной клетке. Тем не менее, использование грудной клетки слишком нарушает морфологическую целостность мухи для полного сохранения последующих доказательств и необходимости морфологической идентификации. Образцы трудно извлечь, когда грудная клетка гниет. Если образцы свежие, экстракция ДНК стопы и крыла может быть предпочтительной. Стопа и крыло распределены симметрично и двусторонне, и более полные морфологические характеристики могут сохраняться после извлечения ткани с одной стороны. Тем не менее, концентрация ДНК, извлеченной из крыла и ноги, относительно низка, что рискованно для последующих исследований. Кроме того, выборки были небольшими и легко теряли10.
При использовании набора для экстракции ДНК для экстракции ДНК значения OD260/OD280, измеренные с помощью считывателя микропланшетов, были больше 2, за исключением старого образца 2. Во-первых, можно определить, что белок был удален более тщательно, но может иметь место загрязнение РНК, двухцепочечные разрывы ДНК из-за повторного центрифугирования или деградация ДНК встарых образцах. Во-вторых, это также может указывать на то, что алкоголь продлевает сохранение РНК.
Концентрация ДНК рассчитывается на основе значения OD260 считывателя микропланшетов, в то время как флуориметр Qubit используется для установления стандартной кривой, а затем измерения значения поглощения для расчета концентрации ДНК. Оба метода позволяют измерять концентрацию следов ДНК, но каждый из них имеет свои преимущества и недостатки: Считыватель микропланшетов использует OD260 для расчета концентрации ДНК, но его метод расчета также является оценочным. Если образец смешан с большим количеством нуклеотидов или белков и других веществ, способных поглощать ультрафиолет, фотометрическая погрешность будет больше, поэтому следует постараться удалить их заранее.
Считыватели микропланшетов и УФ-спектрофотометры используют для обнаружения поглощение УФ-излучения, которое не может различить ДНК, РНК, деградированные нуклеиновые кислоты, свободные нуклеотиды и другие примеси, а также на поглощение сильно влияет загрязнение другими веществами, что делает его показания относительно ненадежными. При спайкинге образцов, которые обычно измеряются в каплях, образцы подвергаются непосредственно спайкингу без разбавления или обработки, что позволяет одновременно измерять несколько образцов и напрямую рассчитывать чистоту ДНК по измерениям OD260/OD280. Флуориметр Qubit, с другой стороны, предназначен для измерения только концентрации двухцепочечной ДНК путем применения двух стандартных растворов известной концентрации для создания стандартной кривой и применения характеристик флуоресцентных красителей, которые специфически связываются с двухцепочечной ДНК. Тем не менее, каждый образец должен быть предварительно обработан по отдельности, а затем индивидуально измерен, что является громоздким для применения пакетных образцов, а чистота извлеченной ДНК не может быть измерена. В конкретном применении оба могут быть выбраны в соответствии с их собственными потребностями для качественного тестирования ДНК 12,13,14.
Концентрация ДНК в свежих образцах была выше, чем в старых образцах, помещенных в алкоголь, и выше, чем в необработанных старых образцах, независимо от того, измерялась ли концентрация ДНК с помощью считывателя микропланшетов или флуориметра Qubit. Для длительного хранения образцы могут быть погружены в спирт для предотвращения роста бактерий и грибков15,16.
Различные методы измерения оказали меньшее влияние на измерения ДНК старых образцов без какой-либо обработки, вероятно, потому, что старые образцы были более деградированы, особенно белок и РНК могут разлагаться быстрее, чем ДНК. Напротив, свежие образцы содержали больше белка и РНК и, следовательно, оказывали большее влияние на результаты. Если сравнивать только двухцепочечные концентрации ДНК, то следует использовать результаты флуориметра «Кубит», и результаты наших экспериментов также создали значительный градиент концентрации ДНК в старых и новых образцах.
Содержание ДНК как в свежих, так и в старых образцах после экстракции ДНК может быть использовано для последующего молекулярно-биологического анализа. Как и в этом эксперименте, праймеры, выбранные для митохондриального гена CO
, составляли всего 278.н., и все они могли быть успешно амплифицированы с помощью ДНК. Митохондриальный ген CO
, в свою очередь, является локусом, узнаваемым у мух по его потенциалу штрих-кодирования ДНК, что позволяет идентифицировать некрофильные виды мух путем последующегоанализа секвенирования. Молекулярная биология более долго сохранившихся образцов может быть успешно достигнута путем выбора праймеров для других более коротких последовательностей ДНК. Следует отметить, что электрофоретические полосы старых образцов имели две полосы с разным положением и более короткими последовательностями, вероятно, из-за неспецифической амплификации праймеров, вызванной деградацией ДНК в сочетании с низкой температурой отжига.
Однако в этом эксперименте в течение длительного периода времени сохранялось меньшее количество образцов, чтобы удовлетворить потребность в повторяющихся экспериментах, в то время как для получения результатов требовались только репрезентативные выборки. Поэтому мы не проводили тест на повторяемость, который может быть исследовательским для сохранения старых и новых образцов, но не влияет на успешное извлечение образцов некрофильных мух.
Таким образом, использование набора для извлечения ДНК крови также может помочь в извлечении некрофильной ДНК мухи. Как старые, так и новые образцы могут быть успешно извлечены, а вся извлеченная ДНК может быть использована для последующего анализа. Алкоголь также благоприятен для длительного сохранения образцов ДНК мух.
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Эта работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (82060341,81560304) и научно-исследовательским проектом «Инновационная платформа академика провинции Хайнань» (YSPTZX202134).
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Буфер AE | Qiagen | 172026832 | Буфер для элюирования ДНК |
| Буфер AL | Qiagen | 172028374 | буфер для лизиса |
| Буфер ATL | Qiagen | 172028162 | для лизиса |
| тканей Буфер AW1 | Qiagen | 172028760 | для удаления белка |
| Буфер AW2 | Qiagen | 57203108 | буфер |
| для опресненияC1-J-2495 | Taihe Biotechnology | TW21109216 | forword праймер |
| C1-N-2800 | Taihe Biotechnology | TW21109217 | обратный праймер |
| D2000 DNA ladder | Real-Times (Beijing) Biotechnology | RTM415 | Измерьте положение электрофоретических полос |
| DNeasy Mini спин-колонка | Qiagen | 166050343 | адсорбционная колонна ДНК |
| Инкубатор для сухой ванны | Miulab | DKT200-2D | используется для нагрева |
| MIX-30S Мини-миксер | Miulab | MUC881206 | осцилляторного действия |
| Proteinase K | Qiagen | 172026218 | Инактивация внутриклеточных нуклеаз и других белков |
| Qubit 3.0 Флуориметр | Thermo Fisher Scientific | 2321611188 | |
| Speed Микроцентрифуга | Scilogex | 9013001121 | центрифуга |
| Standard#1 | Thermo Fisher Scientific | 2342797 | |
| Standard#2 | Thermo Fisher Scientific | 2342797 | |
| Tanon 3500R Gel Imager | Tanon | 16T5553R-455 | gel imaging |
| Taq Mix Pro | Monad | 00007808-140534 | PCR Mix |
| Taq Mix Pro | Monad | 00007808-140534 | PCR Mix |
| Термоамплификатор | Zhuhai Hema | VRB020A | для ПЦР |
| Thermo Fisher Scientific | 2342797 |
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешениеThis corrects the article 10.3791/66737