RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Bu makalede, CRISPR/Cas9 tarafından indüklenen indellerin hızlı tanımlanması ve sivrisinek Aedes aegypti'deki mutant çizgilerinin yüksek çözünürlüklü eriyik analizi kullanılarak seçilmesi için bir protokol ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Transkripsiyon-aktivatör benzeri efektör nükleazları (TALENler), çinko parmak nükleazları (ZFN'ler) ve homing endonucleases (HEs) gibi sistemlerin kurulmasıyla sivrisinek gen düzenlemesi çeşitli laboratuvarlarda rutin hale gelmiştir. Daha yakın zamanda, kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar (CRISPR)/CRISPR ile ilişkili protein 9 (Cas9) teknolojisi hassas genom mühendisliği için daha kolay ve ucuz bir alternatif sunmuştır. Nükleaz eylemini takiben, DNA onarım yolları kırık DNA uçlarını düzeltecek ve genellikle indelleri tanıtacaktır. Bu çerçeve dışı mutasyonlar daha sonra hedef organizmalardaki gen fonksiyonunu anlamak için kullanılır. Bununla birlikte, bir dezavantajı, mutant bireylerin baskın bir işaret taşıması, mutant alellerinin tanımlanması ve izlenmesini, özellikle birçok deney için gerekli ölçeklerde zor hale getirmeleridir.
Yüksek çözünürlüklü eriyik analizi (HRMA), nükleik asit dizilerindeki varyasyonları tanımlamak için basit bir yöntemdir ve bu varyasyonları tespit etmek için PCR erime eğrilerini kullanır. Bu PCR sonrası analiz yöntemi, sıcaklık rampası kontrol veri yakalama özelliğine sahip ve kolayca 96 kuyu plaka formatlarına ölçeklendirilen enstrümantasyonlu floresan çift iplikli DNA bağlayıcı boyalar kullanır. Burada, CRISPR/ Cas9 kaynaklı indellerin hızlı tespiti ve sivrisinek Ae. aegypti'de mutant hatlarının kurulması için HRMA kullanan basit bir iş akışı açıklanmıştır. Kritik olarak, tüm adımlar az miktarda bacak dokusu ile yapılabilir ve organizmadan ödün vermeyi gerektirmez, genotiplemeden sonra genetik haçların veya fenotipleme testlerinin yapılmasına izin verir.
Dang1, Zika2 ve chikungunya3 virüsleri gibi patojenlerin vektörleri ve sıtma parazitleri4 olarak, sivrisinekler insanlar için önemli bir halk sağlığı tehdidini temsil eder. Tüm bu hastalıklar için, sivrisinek vektörlerinin kontrolüne önemli bir bulaşma müdahalesi odağı vardır. Örneğin, patojenlere izin verme, sivrisinek zindeliği, hayatta kalma, üreme ve insektisitlere karşı dirençte önemli genlerin incelenmesi, yeni sivrisinek kontrol stratejileri geliştirmek için anahtardır. Bu amaçlar için, sivrisineklerde genom düzenleme, özellikle HE'ler, ZFN'ler, TALEN'ler ve en son CAS9 ile CRISPR gibi teknolojilerin geliştirilmesiyle yaygın bir uygulama haline gelmektedir. Gen düzenlemeli suşların kurulması tipik olarak hedef dışı ve kurucu (darboğaz) etkileri en aza indirmek için birkaç nesil boyunca istenen mutasyonları taşıyan bireylerin geriye doğru geriye doğru dönmesini ve ardından homoziöz veya trans-heterozipöz çizgiler oluşturmak için heterozipöz bireyleri geçmeyi içerir. Baskın bir belirtecin yokluğunda, moleküler genotipleme bu süreçte gereklidir, çünkü çoğu durumda heterozipöz mutantlar için net fenotipik özellikler tespit edilemez.
Sıralama genotipik karakterizasyon için altın standart olmasına rağmen, bunu yüzlerce veya muhtemelen binlerce bireyde gerçekleştirmek, özellikle sivrisinekler gibi kısa ömürlü organizmalar için kritik olan sonuç elde etmek için gereken önemli maliyetler, emek ve zaman oluşturur. Surveyor nükleaz tahlil5 (SNA), T7E1 tahlil6 ve yüksek çözünürlüklü erime analizi (HRMA, in7) yaygın olarak kullanılan alternatiflerdir. Hem SNA hem de T7E1, yalnızca eşleşmeyen tabanları ayıran endonucleases kullanır. Heterozygous mutant genomunun mutasyona uğramış bir bölgesi yükseltildiğinde, mutant ve vahşi tip alellerden dna parçaları, eşleşmeyen çift iplikli DNA (dsDNA) yapmak için tavlanır. SNA, uyumsuzlığa özgü bir endonokleaz ve basit agarose jel elektroforezi ile sindirim yoluyla uyuşmazlıkların varlığını tespit eder. Alternatif olarak, HRMA, dsDNA bağlayıcı floresan boyalar tarafından tespit edilen dsDNA'nın termodinamik özelliklerini kullanır ve boyanın ilişkiden çıkarma sıcaklığı mutasyonun varlığına ve türüne bağlı olarak değişir. HRMA, tek nükleotid polimorfizmlerinin (SNP'ler)8, zebra balıklarının mutant genotiplemesinin, mikrobiyolojik uygulamaların10 ve bitki genetik araştırmalarının tespiti için kullanılmıştır11.
Bu makalede, CRISPR/Cas9 teknolojisi tarafından üretilen mutant sivrisinekler için basit bir moleküler genotipleme yöntemi olan HRMA açıklanmaktadır. HRMA'nın alternatif tekniklere göre avantajları arasında 1) esneklik, çeşitli genler, çok çeşitli indel boyutlarının yanı sıra farklı indel boyutları ile heterozipöz, homozigot ve trans-heterozygöz farklılaşma arasındaki ayrım için yararlı olduğu kanıtlanmıştır12,13,14, 2) maliyet, yaygın olarak kullanılan PCR reaktiflerine dayandığı için ve 3) zaman kazandıran, sadece birkaç saat içinde gerçekleştirilebileceği için. Ek olarak, protokol DNA kaynağı olarak küçük bir vücut parçası (bacak) kullanır, sivrisineklerin genotipleme işleminden kurtulmasını sağlar, mutant hatlarının kurulmasına ve bakımına izin verir.
1. Tek nükleotid polimorfizmleri (SNP'ler), HRMA astar tasarımı ve astar doğrulaması için tarama
2. Sivrisinek bacaklarından genomik DNA hazırlanması
3. HRMA
4. Sanger dizileme ile sıra doğrulaması
AaeZIP11 (putatif demir taşıyıcı21) ve miyo-fem (uçuş kaslarıyla ilgili kadın taraflı bir miyosin geni13) genlerinde mutasyon içeren sivrisinekler CRISPR/Cas9 teknolojisi kullanılarak, HRMA kullanılarak genotiplenmiş ve sırayla doğrulanmış olarak elde edilmiştir (Şekil 5). Şekil 5A ve Şekil 5C, sırasıyla AaeZIP11 ve myo-fem mutant örneklerinden hrm eğrilerinden normalleştirilmiş floresan yoğunluğunu ve vahşi tip kontrolleri göstermektedir. Şekil 4B ve Şekil 4D, her eğriyi vahşi tip referansından çıkardıktan sonra yazılım tarafından atanan farklı kümelerin eriyik profilleri arasındaki fark eğrilerinin (sırasıyla AaeZIP11 ve myo-fem mutant örneklerinden) büyütmesini göstermektedir. Heterozipöz ve homozigöz mutant AaeZIP11 bireyleri farklı kümelere yerleştirildi ve vahşi tip kontrollerden kolayca ayırt edildi (Şekil 5B). Heterozygöz mutant myo-fem bireyleri de kontrollerden farklıdır (Şekil 5D). Her iki durumda da, büyük olasılıkla hedef bölgede SNP'lerin varlığı nedeniyle vahşi tür denetimleri içinde iki küme bulunduğunu unutmayın (Şekil 5), SNP'ler önlenemediğinde denetimleri mutant olarak kategorize etmekten kaçınmak için birden çok denetim örneği kullanma gereğini vurgulamaktadır.
Şekil 4A , AaeZIP11 mutantının sıra analizini göstermektedir. AaeZIP11 heterozid mutantlarından alınan elektroferogram, indelin meydana geldiği nükleotid konumunu gösterir. Polimorfik pozisyonlar her iki nükleotidleri de birlikte göstereceğinden, bu tekten çift tepeye bir kayma ile temsil edilir (Şekil 4A). Dna iplikçiklerinden biri sırasıyla silinen veya eklenen taban çiftlerinin sayısına göre diğerinden daha kısa veya daha uzun olacağından, koşunun sonundaki tek tepeler sayılarak (Şekil 4B) silinen veya eklenen temel çiftlerin sayısı hesaplanır. Sonraki nesiller için HRMA analizlerine yardımcı olmak için heterozygotların tanımlanması için mutantlardan sırayla doğrulanmış gDNA kullanılması önerilir. Benzer eğriler otomatik olarak farklı kümelere atandığında eğriler için el ile atama gerekebilir. Bu, sıcaklık kaydırılan eğriler ve fark eğrileri karşılaştırılarak yapılabilir. Örnekleri kümelere düzgün bir şekilde atamak için yazılımın el ile ayarlanmasında gerekebilir. AaeZIP11 ve Aeflightin adlı bir mutanttan elde edilen HRMA sonuçları, heterozygotları, homozigotları ve trans-heterozygotları başarılı bir şekilde kategorize etmek için bireysel örnek analizlerine ihtiyaç duyulduğunu göstermektedir. Başlangıçta, yazılımdan otomatik küme ataması gruplar arasında uygun bir ayrım yapamadı (Şekil 6A, Şekil 6C, Şekil 6E ve Şekil 6G). Daha sonra her örnek ayrı ayrı analiz edildi ve heterozygotlar, homozigotlar ve trans-heterozygotların (daha önce sıralama ile doğrulanmış) referans örneklerine benzerlik esas alınarak doğru gruplara atandı (Şekil 6B, Şekil 6D, Şekil 6F ve Şekil 6H).

Şekil 1: SNP tanımlaması. Vahşi türden AaeZIP11 parçasının birden çok sıra hizalamasının şematik gösterimi. Kırmızıda SNP'ler ve yeşilde SNP'lerden arındırılmış parçalar vardır; bu SNP'suz bölge sgRNA ve astar tasarımı için önerilir. Kısaltmalar: SNP = tek nükleotid polimorfizmi; sgRNA = tek kılavuz RNA; LVP = Liverpool gerginliği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: HRMA için sivrisinek bacaklarından genomik DNA elde etmek için deneysel prosedür. (A) Pipetler, uçlar, PCR plakası, optik conta, rezervuar, seyreltme tamponu ve DNA salınım çözeltisi dahil olmak üzere genomik DNA elde etmek için malzemeler. (B) DNA salınım reaktifi ve seyreltme tamponu içeren PCR plaka hazırlığı. (C) CO2 ile sivrisinek anestezisi. (D) Numuneler arasındaki kirlenmeyi önlemek için cımbızın p etanol ile silinmesi. (E) Cımbız, sivrisinek şişeleri için raf, uyuşturulmış sivrisineklerin bulunduğu bir buz kabının üzerine Petri kabı ve daha önce hazırlanmış PCR plakasını içeren deneysel kurulum. (F) Sivrisinek bacağının çıkarılması. (G) DNA salınım reaktif çözeltisine batırılmakta olan sivrisinek bacağının yakınlaştırma görünümü. (H) Şişeye yerleştirilen tek sivrisinek. (I) Sivrisinek bacaklarını içeren PCR plakasını kapatmak. Kısaltma: HRMA = yüksek çözünürlüklü eriyik analizi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: İkM analizleri için deneysel prosedür. (A) Serbest bırakılan gDNA'yı PCR karışımını içeren 96 kuyulu bir tabağa aktarın. (B) Fark eğrilerinin görsel incelemesi. (C) 96 kuyulu şablondaki her örneği ilgili fark eğrisi rengiyle aynı renkle işaretlemek. (D) Aynı kümedeki bireyleri ters acrossing. Kısaltmalar: HRM = yüksek çözünürlüklü erime; gDNA = genomik DNA. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: AaeZIP11 mutantının sıra analizi. (A) AaeZIP11Δ56 mutantının nükleotid hizalaması. Sarı ile vurgulanan tireler silinen tabanlardır. Kutuda, elektroferogram tek tepelerden çift tepelere geçiş yaparak silmenin gerçekleştiği konumu (ok) tasvir eder. (B) Sıralama koşusunun sonunun elektroferogramı ve çift tepelerden tek tepelere geçiş. Tek tepe sayısının silinen taban sayısını (gri dikdörtgen) temsil ettiğini unutmayın. Astar dizileri Ek Tablo S1'de verilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Sivrisinek bacaklarından çıkarılan DNA'nın HRMA'sı. DNA, AaeZIP11 (A ve B) ve myo-fem (C ve D) nakavt Ae. aegypti sivrisineklerinden tek bir bacaktan çıkarıldı ve HRMA tarafından analiz edildi. A ve C , örneklerin normalleştirilmiş floresan sinyallerini 1,0 ila 0 göreli değerlerine gösterir. B ve D , her eğriyi vahşi tip referansından (Liverpool suşu) çıkararak eğri farklılıklarının büyütülmüş olduğunu gösterir. Kısaltmalar: HRMA = yüksek çözünürlüklü eriyik analizi; LVP = Liverpool gerginliği; RFU = göreli floresan üniteleri. Astar dizileri Ek Tablo S1'de verilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: El ile grup atama örnekleri. (A-D) Aeflightin mutantları için HRMA. (A ve C) Eriyik eğrileri (sırasıyla normalleştirilmiş doğrusal ölçek eğrileri ve fark eğrileri) Hassas Eriyik Analiz Yazılımı tarafından otomatik olarak gruplandırılır. (B) Diferansiyel eğrilerin normalleştirilmesi manuel olarak değiştirilmiştir. (D) Diferansiyel eğrilerin normalleşmesini değiştirdikten sonra, her örnek, karşılık gelen pozitif kontroller için fark eğrilerindeki en yüksek sıcaklıklar tarafından ayrı ayrı atandı (daha önce Δ4 ve Δ5 heterozygotlar ve Δ4Δ5 trans-heterozygotlar tarafından tanımlanan sıralanmış numuneler), 3 grubun net tanımlanmasını sağladı. Farklı sıcaklıklarda zirveleri vurgulamak için kırmızı ve kahverengi oklar eklenir. (E-H) AaeZIP11 mutantları için HRMA. (E ve G) Eriyik eğrileri yazılım tarafından otomatik olarak atanır. (F ve H) İkinci heterozipöz kendinden çaprazdaki mutantlar, normalleştirilmiş ve fark eğrilerinin daha önce belirlenen referanslara benzerliği ile doğru gruplara uygun şekilde atanmıştır (eğrilerde renk kodlu). Heterozygotes asg, Homozygotes asg ve Trans-heterozygotes asg: Precision Melt Analysis Software tarafından atanan eriyik eğrileri. Kısaltmalar: HRMA = yüksek çözünürlüklü eriyik analizi; LVP = Liverpool gerginliği; RFU = göreli floresan üniteleri. Astar dizileri Ek Tablo S1'de verilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Materyal: CFX96 Gerçek Zamanlı Sistemde HRMA'yı kurmak için ayrıntılı protokol (örneğin, Bio-rad).
Ek Şekil S1: Bio-rad CFX Manager'da bisiklet protokolünü ayarlamak için adım adım talimatlar. Bkz. Ek Malzeme 2.1-2.3. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil S2: Bio-rad CFX Manager'da plaka kurulumu için adım adım yönergeler. Bkz. Ek Malzeme 3.1-3.4. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil S3: Bio-rad CFX Manager'da plaka kurulumu için adım adım talimatlar. Bkz. Ek Malzeme 3.5-3.6. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil S4: Bio-rad CFX Manager'da çalıştırma kurulumu için adım adım yönergeler. Bkz. Ek Malzeme 4.1. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil S5: Bio-rad CFX Manager'da HRMA analizi için adım adım talimatlar. Bkz. Ek Malzeme 5.1-5.3. Kısaltma: HRMA = yüksek çözünürlüklü eriyik analizi. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Tablo S1: Astarların listesi. Bu Tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Yazarların beyan edecekleri bir çıkar çatışması yoktur.
Bu makalede, CRISPR/Cas9 tarafından indüklenen indellerin hızlı tanımlanması ve sivrisinek Aedes aegypti'deki mutant çizgilerinin yüksek çözünürlüklü eriyik analizi kullanılarak seçilmesi için bir protokol ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Tüm rakamlar Texas A&M Üniversitesi lisansı altında Biorender.com ile oluşturuldu. Bu çalışma, Ulusal Alerji ve Bulaşıcı Hastalık Enstitüsü (AI137112 ve AI115138'den Z.N.A.'ya), Böcek Vektörlü Hastalık Hibe Programı kapsamında Texas A&M AgriLife Research ve USDA Ulusal Gıda ve Tarım Enstitüsü, Hatch proje 1018401 tarafından desteklendi.
| %70 Etanol | Suda %70 etanol çözeltisi | ||
| 96 oyuklu PCR ve Gerçek zamanlı PCR plakaları | VWR | 82006-636 | Genomik DNA elde etmek için (sivrisinek bacağından) |
| 96 oyuklu plaka şablonları | Ev yapımı baskılı, genotip kaydı için | ||
| Bio Rad CFX96 | Gradyan | ve HRMA özelliklerine | sahip Bio RadPCR makinesi |
| Çeşitlendirilmiş Biyoteknoloji reaktif rezervuarları | VWR | 490006-896 | |
| Exo-CIP Hızlı PCR Temizleme Kiti | New England Biolabs | E1050S | |
| Cam Petri Kabı | VWR | 89001-246 | 150 mm x 20 mm |
| Sert kabuklu ince duvarlı 96 kuyulu etekli PCR plakaları | Bio-rad | HSP9665 | HRMA |
| için Çok kanallı pipetleyici (P10) | Integra Biosciences | 4721 | |
| Çok kanallı pipetleyici (P300) | Integra Biosciences | 4723 | |
| Nunc Poliolefin Akrilat Sızdırmazlık bandı, Thermo Scientific | VWR | 37000-548 | 96 kuyulu pipetleyici ile kullanmak için Genomik DNA elde etmek için PCR plakaları |
| Optik sızdırmazlık bandı | Bio-rad | 2239444 | HRMA için 96 kuyucuklu PCR plakaları ile kullanmak için |
| Phire Hayvan dokusu doğrudan PCR Kiti (numune alma araçları olmadan) | Thermo Fisher | F140WH | Genomik DNA elde etmek ve PCR gerçekleştirmek için |
| Plastik Sinek Flakon Bölücüler | Genesee | 59-128W | |
| Hassas Eriyik Analiz Yazılımı | Bio Rad | 1845025 | Sivrisinek DNA örneklerinin genotiplendirilmesi ve çift sarmallı DNA'nın termal denatürasyon özelliklerinin analiz edilmesi için kullanılır (protokol adımı 3.3'e bakınız) |
| SeqMan Pro | DNAstar Lasergene yazılımı | Çoklu dizi hizalaması için | |
| Tek kanallı pipetleyici | Gilson | ||
| Cımbız Dumont #5 11 cm | WPI | 14098 | |
| Beyaz köpük tapalar | VWR | 60882-189 | |
| Geniş Drosophila Şişeleri, Polistiren | Genesee | 32-117 | |
| Geniş Fly Flakon Tepsisi, Mavi | Genesee | 59-164B |