遗传的屏幕

Genetics

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Summary

遗传的屏幕是用于定义基因功能和基因相互作用的理解的重要工具。屏幕通常涉及变异基因,然后评估受影响的生物表型的兴趣。过程可以"前进",在那里随机产生突变来确定未知的基因负责表型的变化,或者也可以是"反向",特定基因在针对突变观察哪些表型产生。

在这里,朱庇特审查各种类型的遗传屏幕,包括那些依赖损失函数或函数增益的突变,其中分别减少或增加基因的活性。然后,我们探索一种流行的模式生物,线虫的正向和反向屏幕一般规程。最后,我们突出显示屏幕如何应用在研究今天,例如,更好地理解可能有助于神经退行性疾病的基因相互作用。

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JoVE Science Education Database. 遗传学精要. 遗传的屏幕. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

遗传的屏幕是兴趣的识别基因及基因突变负责表型,并了解基因在生物过程中的作用的重要工具。屏幕执行各种模型系统,包括苍蝇、 蠕虫、 植物和细胞培养,并导致新细胞通路和潜在的药物靶点,为人类疾病的发现。

这个视频将提供的不同类型的遗传屏幕概述、 解释为屏幕线虫,在两个一般性协议并显示一些方式屏幕今天被应用在实验室里。

首先,让我们来看看什么遗传的屏幕,我们能从他们。

遗传的屏幕都基于无论是正向或反向遗传学。在转发或"古典"遗传屏幕,突变在使用辐射或化学物质称为诱变剂的有机体的 DNA 是随机生成的。额外的基地也可能插入 DNA 使用,例如,序列称为转座子,可以集成在基因组内的不同位置,扰乱他们插入的基因的功能。这些类型的插入经常加荧光的记者能够直接检测的变异生物的影响。当一个突变体发现显示感兴趣的表型时,未知的基因的突变可以然后映射到染色体和测序。

相反的方法来筛选是反向遗传屏幕,在那里研究者扰乱基因的表达很多候选人,然后寻找这些操作所引起的突变表型。

除了"损失的函数"扰乱基因活性的突变,遗传屏幕也可以基于"增益的函数"突变,导致基因表达或功能增加。这可以通过随机插入的基因组,上游可以将元素插入基因的过表达基因调控元件。

或者,在一个称为"表达式筛选"的方法,研究人员充分利用图书馆的包含各种基因的蛋白质编码序列的质粒,他们引入的细胞在哪里将高度表达的基因。由此产生的表型可以用于了解基因的功能。

发现一种已知的基因或基因突变有关的详细信息,可以使用修饰符屏幕。抑癌屏幕始于一个特点的突变体,并确定额外的基因突变,使突变表型不太严重。抑制突变发现相同的基因称为原始突变是"基因",而位于不同的基因抑癌基因突变被认为是"序列片段基因"。

相比之下,增强屏幕识别额外增加的严重性的一个突变表型的突变。这些可以帮助确定是多余的或可能功能上相互作用的基因。如果两个或多个突变的结合导致严重受损的增长或甚至死亡,条件被所谓的"合成疾病或杀伤力。合成的生病或致命性突变筛查揭示基因功能的冗余,但必要的生物学通路。这是特别有用,例如,在确定多个可以同时针对性药物杀死癌细胞的基因产品。

现在,您了解一些常见的遗传筛查策略,让我们看看为一种流行的模式生物,线虫的转发屏幕的一般协议。

在此示例中,将与甲磺酸乙酯或 EMS,它能通过化学修饰鸟嘌呤核苷酸,导致他们不适当地与胸腺嘧啶在 DNA 复制随后各轮对进行化学诱变。因为 EMS 诱变剂和一种可能致癌物,它应处理只有当戴双层手套,和应在通风橱里开展工作。

要开始,大量的蠕虫在最后的幼虫阶段是选择、 洗净,和收集。EMS 然后添加到蠕虫,和蠕虫孵了几个小时来诱导突变。之后诱变,EMS 应该从蠕虫删除和灭活的氢氧化钠。蠕虫是多次洗涤中生长的培养基,然后镀到琼脂板上。

下一步,看起来健康的蠕虫都转移到新鲜种子与细菌作为食物来源的新板,允许生育。二代后代视力筛查突变表型,如机车的缺陷。

现在,让我们去通过反向遗传屏幕中线虫的协议。

开展反向屏幕在蠕虫的常用方法是给动物喂食细菌表达双链 Rna,每株菌,将击倒的一个候选基因中的每个在蠕虫表达一个图书馆。这些库往往是商业上可用,并且可以分培养的在屏幕中使用。

若要开始,养殖的细菌含有个人图书馆克隆的单个菌落,并诱导双链 RNA 生产。文化是发现到单独井板的线虫生长的培养基上,然后允许在不育的风柜干。

接下来,蠕虫是镀上的细菌,并且允许在湿室中吃三到四天。突变表型可能很快被观察,原始的蠕虫放料板,或第一代后代。

现在,你见过如何向前进行反向遗传屏幕,让我们讨论一些他们当前的应用程序。

一些遗传的屏风用来帮助科学家确定物理相互作用的蛋白质或在相同的分子途径中的作用。在这个实验中,科学家们设计了基于显微镜的高通量筛选,发现新型的跨膜受体,激活特定的信号分子。由特异性表达基因在人胚肾细胞含有荧光标记的各种信号蛋白,他们可以监控哪些受体影响的蛋白质亚细胞定位。

另一个应用程序的基因筛查是表征的基因药物的相互作用。在这里,酵母突变库是使用大型随机突变与转座子插入生成的。每个突变株然后是生长在一种药物。菌株生长的每个量化使用 PCR 跟着微阵列或序列分析来确定哪些突变,变异对照相比,都敏感的药物治疗。

最后,屏幕可以用于了解的基因和分子网络中断在人类疾病。在这个实验中研究人员培养神经元在编码 RNA 病毒到击倒基因表达的许多不同的目标。组织化学染色显示细胞自动的分析被用于揭示基因的神经元,轴突生长等物理机械性能的影响。这种方法成功地确定了基因在神经退行性疾病。

你刚看了朱庇特的视频在遗传屏幕上 — — 强大的技术,为揭示基因参与关键的生物学过程。在这个视频中,我们审查了一些主要类型的遗传屏幕,一般的协议来执行两个转发和扭转屏幕,并讨论了如何这些方法应用在实验室今天。谢谢观赏 !

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