강력한 DNA 고립과 표 본관 표본에 대 한 높은 처리량 시퀀싱 도서관 건축
Summary
이 문서에서는 DNA 분리 및 매우 가난한 품질 DNA의 구조를 포함 하 여 식물 표본 상자 물자에서 높은 처리량 시퀀싱 도서관 건축을 위한 상세한 프로토콜을 보여 줍니다.
Abstract
Herbaria는 다양 한 생물 학적 연구에에서 사용할 수 있는 공장 설비 재료의 귀중 한 소스. 표 본관 표본을 사용 하 여 샘플 보존 품질, 성능이 저하 된 DNA 및 희귀 표본의 파괴적인 샘플링을 포함 하 여 과제의 번호와 연결 됩니다. 큰 시퀀싱 프로젝트에서 식물 표본 상자 물자를 더 효과적으로 사용 하려면 DNA 고립과 라이브러리 준비는 신뢰할만 하 고 확장 가능한 방법 필요 합니다. 이 종이 DNA 분리 및 높은 처리량 도서관 건설 표 본관 표본에서 개별 샘플에 대 한 수정 요구 하지 않는 대 한 강력 하 고, 시작-투-엔드 프로토콜을 보여 줍니다. 이 프로토콜은 기존 방법의 낮은 질 건조 식물 재료와 소요 장점에 대 한 최적화, 조직 분쇄 라이브러리 크기 선택, 수정 하 고 낮은 수율 라이브러리에 대 한 선택적 reamplification 단계를 도입 하 여 지어진 다. 낮은 수익률 DNA 라이브러리의 reamplification 샘플 인지할 시퀀싱 바이어스 공통에 대 한 소개 없이 추가 파괴적인 샘플링에 대 한 필요성을 negating 대신할 및 잠재적으로 귀중 한 식물 표본 상자 견본에서 파생 된 구조 수 있습니다. 계통 발생 응용 프로그램입니다. 프로토콜 잔디 종, 수백에서 테스트 되었습니다 하지만 확인 후 다른 식물 계보에 사용 하기 위해 적응 될 것으로 예상 된다. 이 프로토콜 어디 조각 원하는 크기로 범위에 존재 하지 않는, 매우 저하 DNA와 보조 metabolites 일부 공장 설비 재료에 깨끗 한 DNA 분리를 억제 하는 제한 될 수 있습니다. 전반적으로,이 프로토콜 DNA 분리 및 활성 실습 시간 최소한의 수정만 8 h 13 h 24 샘플 라이브러리 준비 수 신속 하 고 포괄적인 방법을 소개 합니다.
Introduction
표 본관 컬렉션은 종 및 계통학1,2,3, 인구 유전학4,5, 보존을 포함 하 여 연구에 대 한 게놈 다양성의 잠재적으로 귀중 한 소스 생물학6, 침략 적인 종의 생물학7, 그리고 특성 진화8. 다양 한 종, 인구, 지리적 위치, 및 시간 포인트를 얻을 수 있는 식물 표본 상자 “보물 상자”9 를 강조 표시 합니다. 역사적으로, 표 본관 파생 DNA의 저하 자연 PCR 기반 프로젝트, 종종 높은 복사, 엽록체 게놈 또는 ribosomal의 내부 베낀된 스페이서 (ITS)의 지역 등에 마커를 사용 하 여 연구자를 일하고 방해 했다 RNA입니다. 표본 및 DNA의 품질 보존9,10, 더블-좌초 나누기와 손상의 가장 흔한 형태 되 고, 건조 과정에서 사용 되는 열에서 조각화의 방법에 광범위 하 게 따라 다는 소위 90 %DNA 잠금 업 된 PCR 기반 연구11지 장 있다. 조각화, 외 표 본관 유전체학에서 두 번째로 가장 널리 퍼진 문제는 오염, 그13 endophytic 균 류 파생 된 또는 수집 후 하지만 그래도 표 본관12에 장착 하기 전에 곰 팡이 사후 인수 이 문제 해결된 bioinformatically 바로 곰 팡이 데이터베이스 (아래 참조) 제공 될 수 있습니다. 세 번째, 및 보다 적게 일반적인 문제는 비록 표 본관 표본11(~ 0.03%) 낮은 것으로 추정 된다 시 토 신 탈 (C/G→T/A)14, 통해 시퀀스 수정 이다. 높은 처리량 시퀀싱 (HTS)의 출현, 조각의 문제는 짧은 읽기 및 시퀀싱 깊이12,15, 낮은 질을 가진 수많은 표본에서 게놈 수준의 데이터 수집을 허용으로 극복할 수 있습니다. DNA, 그리고 때로는 심지어 전체 게놈 시퀀싱15허용.
식물 표본 상자 견본 더 자주 사용 되 고 있으며 계통 발생 프로젝트16의 큰 구성 요소. HTS에 대 한 식물 표본 상자 견본을 사용 하 여 현재 도전 개인에 대 한 메서드를 최적화 하지 않고도 충분 한 더블 좌초 DNA 시퀀싱 프로토콜에 대 한 필요한 필수 적절 한 시기에 수많은 종에서 얻는 지속적으로 표본입니다. 이 논문에서는, DNA 추출 및 표 본관 표본 라이브러리 준비에 대 한 프로토콜을 기존의 방법의 활용 및 결과 신속 하 고 복제할 수 있도록 그들을 수정 시연입니다. 이 방법은 완전 한 13 h 8 h 실습 시간, 또는 9 h 실습 시간 때 옵션 reamplification 단계는 필요와 함께 16 h 24 샘플 라이브러리에 견본에서 처리 수 있습니다. 더 많은 샘플의 동시 처리는 달성, 비록 제한 요소는 원심 분리기 용량 및 기술. 프로토콜은 DNA를 전단에 대 한만 전형적인 실험실 장비 (thermocycler, 원심 분리기, 마그네틱 스탠드) 대신 분무기 또는 sonicator, 특수 장비를 요구 하도록 설계 되었습니다.
DNA 품질, 조각 크기 및 수량 표 본관 표본 높은 처리량 시퀀싱 실험에서의 사용에 대 한 요인 제한. 식물 표본 상자 DNA를 분리 하 고 높은 처리량 시퀀싱 라이브러리를 만들기 위한 다른 방법을 10 만큼 약간을 사용 하 여 유틸리티를 증명 하고있다 ng의 DNA16; 그러나 라이브러리 준비에 필요한 사이클 그들은 실험적으로 PCR의 최적 수를 결정 해야 합니다. 이것은 된다 허무 다루는 상당히 적은 양의 가능한 더블 좌초 DNA (dsDNA) 때 일부 표 본관 표본 단일 라이브러리 준비에 대 한 충분 한 DNA를 생산. 여기에 제시 된 방법 아무 DNA 라이브러리 최적화 단계에서 분실 된다 그래서 샘플 품질에 사이클의 단일 번호를 사용 합니다. 대신, reamplification 단계 라이브러리 시퀀싱에 필요한 최소 금액을 충족 하지 않는 경우 호출 됩니다. 많은 식물 표본 상자 견본 드물다 고 많은 경우에 파괴적인 샘플링을 정당화 하기 어려운 작은 재료를가지고. 이 카운터, 제시 프로토콜 허용 dsDNA 입력 크기 미만 1.25 ng 도서관 준비 과정, 높은 처리량 시퀀싱 및 표본의 파괴적인 샘플링에 대 한 필요를 최소화에 대 한 실행 가능한 샘플의 범위를 확대.
다음 프로토콜 잔디에 최적화 되었고 비록 우리가 기대 하는 다른 많은 식물 그룹에 프로토콜을 적용할 수 있는 식물 표본 상자 견본에서 다른 종의 수백에 테스트. 그것은 낮은 품질 및 희귀 표본 저장 하는 데 사용할 수 있는 선택적 복구 단계를 포함 합니다. 이상 2 백 표 본관 표본 테스트에 따라,이 프로토콜 표본 낮은 조직 입력 및 품질, 최소한의 파괴적인 샘플링을 통해 희귀 한 표본의 보존에 대 한 허용에 작동 합니다. 여기이 프로토콜 phylogenomics 기반 프로젝트에 대 한 시퀀싱 할 수 있는 높은 품질 라이브러리를 제공할 수 있습니다 표시 됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 제시 된 프로토콜 DNA 고립과 말린된 식물 견본에서 라이브러리 준비 시퀀싱에 대 한 포괄적이 고 강력한 방법입니다. 방법과 그것을 변경 하는 최소한의 필요가 일관성 기반 견본 품질에 큰 표 본관 기반 시퀀싱 프로젝트에 대 한 확장 가능한 그것. 낮은 수익률 라이브러리에 대 한 선택적 reamplification 단계 포함을 낮은 품질, 낮은 수량, 드문, 또는 시퀀싱에 적합 되지 않을 역사적으로 중요…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 테일러 AuBuchon-엘 더, 요르단 Teisher, 및 샘플링 표 본관 표본에 크리스티나 Zudock와 미주리 식물원 표 본관 표본에 파괴적인 샘플링에 대 한 액세스에 대 한 감사합니다. 이 작품은 국립 과학 재단 (뎁-1457748)에서 교부 금에 의해 지원 이었다.
Materials
| Veriti Thermal Cycler | Applied Biosystems | 4452300 | 96 well |
| Gel Imaging System | Azure Biosystems | c300 | |
| Microfuge 20 Series | Beckman Coulter | B30137 | |
| Digital Dry Bath | Benchmark Scientific | BSH1001 | |
| Electrophoresis System | EasyCast | B2 | |
| PURELAB flex 2 (Ultra pure water) | ELGA | 89204-092 | |
| DNA LoBind Tube | Eppendorf | 30108078 | 2 ml |
| Mini centrifuge | Fisher Scientific | 12-006-901 | |
| Vortex-Genie 2 | Fisher Scientific | 12-812 | |
| Mortar | Fisher Scientific | S02591 | porcelain |
| Pestle | fisher Scientific | S02595 | porcelain |
| Centrifuge tubes | fisher Scientific | 21-403-161 | |
| Microwave | Kenmore | 405.7309231 | |
| Qubit Assay Tubes | Invitrogen | Q32856 | |
| 0.2 ml Strip tube and Cap for PCR | VWR | 20170-004 | |
| Qubit 2.0 Fluorometer | Invitrogen | Q32866 | |
| Balance | Mettler Toledo | PM2000 | |
| Liquid Nitrogen Short-term Storage | Nalgene | F9401 | |
| Magnetic-Ring Stand | ThermoFisher Scientific | AM10050 | 96 well |
| Water Bath | VWR | 89032-210 | |
| Hot Plate Stirrers | VWR | 97042-754 | |
| Liquid Nitrogen | Airgas | UN1977 | |
| 1 X TE Buffer | Ambion | AM9849 | pH 8.0 |
| CTAB | AMRESCO | 0833-500G | |
| 2-MERCAPTOETHANOL | AMRESCO | 0482-200ML | |
| Ribonuclease A | AMRESCO | E866-5ML | 10 mg/ml solution |
| Agencourt AMPure XP | Beckman Coulter | A63882 | |
| Sodium Chloride | bio WORLD | 705744 | |
| Isopropyl Alcohol | bio WORLD | 40970004-1 | |
| Nuclease Free water | bio WORLD | 42300012-2 | |
| Isoamyl Alcohol | Fisher Scientific | A393-500 | |
| Sodium Acetate Trihydrate | Fisher Scientific | s608-500 | |
| LE Agarose | GeneMate | E-3120-500 | |
| 100bp PLUS DNA Ladder | Gold Biotechnology | D003-500 | |
| EDTA, Disodium Salt | IBI Scientific | IB70182 | |
| Qubit dsDNA HS Assay Kit | Life Technologies | Q32854 | |
| TRIS | MP Biomedicals | 103133 | ultra pure |
| Gel Loading Dye Purple (6 X) | New England BioLabs | B7024S | |
| NEBNext dsDNA Fragmentase | New England BioLabs | M0348L | |
| NEBNext Ultra II DNA Library Prep Kit for Illumina | New England BioLabs | E7645L | |
| NEBNext Multiplex Oligos for Illumina | New England BioLabs | E7600S | Dual Index Primers Set 1 |
| NEBNext Q5 Hot Start HiFi PCR Master Mix | New England BioLabs | M0543L | |
| Mag-Bind RXNPure Plus | Omega bio-tek | M1386-02 | |
| GelRed 10000 X | Pheonix Research | 41003-1 | |
| Phenol solution | SIGMA Life Science | P4557-400ml | |
| PVP40 | SIGMA-Aldrich | PVP40-50G | |
| Chloroform | VWR | EM8.22265.2500 | |
| Ethanol | Koptec | V1016 | 200 Proof |
| Silica sand | VWR | 14808-60-7 | |
| Reamplification primers | Integrated DNA Technologies | see text | |
| Sequencher v.5.0.1 | GeneCodes | ||
References
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