Primer Uzatma Yakalama: Ağır Bozulmuş DNA Kaynakları Hedefli Sıra Alma

Biology
 

Summary

Biz beş Neandertal bireylerin tam mitokondriyal genomların yeniden hedeflenen antik DNA dizisi alma, bir yöntem mevcut. Günümüze insanlar bu dizileri Karşılaştırma Neandertallerin uzun vadeli düşük etkili bir nüfus büyüklüğüne sahip olduğunu göstermektedir.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Briggs, A. W., Good, J. M., Green, R. E., Krause, J., Maricic, T., Stenzel, U., Pääbo, S. Primer Extension Capture: Targeted Sequence Retrieval from Heavily Degraded DNA Sources. J. Vis. Exp. (31), e1573, doi:10.3791/1573 (2009).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Biz, eski kemiklerin tipik olarak ağır bozulmuş ve mikrobiyal DNA ile kontamine DNA kaynaklardan hedeflenen DNA dizisi alma yöntemi mevcut. Bu yöntem, örnek yıkım ve PCR veya av tüfeği sıralama yaklaşımlar doğrudan göre sıralama talepleri büyük ölçüde azaltır. Biz coğrafi aralığında beş Neandertallerin mitokondriyal DNA (mtDNA) genomların yeniden oluşturmak için bu yöntem kullanılır. MtDNA geç Neandertallerin genetik çeşitlilik, çağdaş insanların daha yaklaşık üç kat daha düşük oldu. MtDNA protein evrim analizi ile birlikte, bu veriler Neandertallerin uzun vadeli etkin nüfus büyüklüğü, modern insan ve günümüze kadar gelen büyük maymunların daha küçük olduğunu öne sürmektedir.

Protocol

Bu yöntem bildirilen araştırmada kullanılan Briggs ve ark, Bilim 325 (5938). 318-321 (2009) .

Reaktifler gereklidir:

  • AmpliTaq Gold DNA Polimeraz
  • 10x GeneAmp PCR Buffer II
  • MgCl 2 25mm
  • dNTP karışımı, her biri 25 mM
  • BSA, 10 mg ml-1 su
  • Moleküler biyoloji sınıf su
  • EB tamponu (MinElute PCR Arıtma kiti ile birlikte); 10 mM Tris HCl, pH 8.5
  • MinElute PCR Arıtma Kiti
  • M-270 streptavidin Dynabeads
  • 2x Ciltleme ve Yıkama (BW) buffer (2 M NaCl, 10 mM Tris-Cl, 1 mM EDTA, pH 8.0,% 0.2 Tween 20)
  • 1x Ciltleme ve Wash (BW) tampon (2x BindWash tampon su 2X seyreltilmiş)
  • Sıcak Wash (HW) tamponu (2.5mm MgCl, 1X Taq Gold tampon,% 0.1 Tween 20)

Daha sonra standart olmayan reaktiflerin ve ekipmanlarla ilgili olarak üretici bilgi için tabloya bakınız.

1) Kütüphane amplifikasyon

  1. Burada DNA örneğinin, 454 kütüphane düşük bir kopya sayısı DNA olarak açıklanan kaynak (Rohland ve Hofreiter, 2007a, 2007b) ve (Maricic ve Pääbo, 2009) hazırlanan bir. Bütün kütüphane yükseltmek için, aşağıdaki PCR karışımı hazırlayın:
    Reaktif her reaksiyon için ul
    Su 45
    10X Gen Amp PCR tampon II. 10
    MgCl 2 (25mm) 10
    BSA (10 mg / ml) 2
    dNTP (her biri 25 mM) 1
    454 emPCR ileri primer/10uM 3
    454 emPCR rvs primer/10uM 3
    AmpliTaq Gold DNA polimeraz (5 U / ml) 1
    454 DNA kütüphane şablon 25
    Toplam 100
  2. 14 döngüleri amplifikasyonu için bir Thermo cycler aşağıdaki PCR programı kullanın.
    1. 95 ° C 12min
    2. 95 ° C 30s
    3. 60 ° C (veya istenilen tavlama sıcaklığı) 1 dk.
    4. 72 ° C 1 dakika
    5. 2 (x 13)
    6. 72 ° C 5min
    7. 10 ° C ∞
  3. Üreticinin talimatlarına göre bir Qiagen MinElute spin kolon üzerinde reaksiyon arındırın. 50 ul tampon EB Zehir.
  4. Saflaştırılmış amplifiye ürünün yanı sıra, qPCR (Meyer ve ark, 2007) ile Yükseltilmemiş kütüphane bir kısım sayısal olmalıdır. Amplifiye ürün ul başına en fazla 1 X 10 12 kopya varsa, en fazla 2 X 10 12 kopya Primer Extension reaksiyon olduğunu sağlamak için aşağıdaki Primer Eklenti adım şablon miktarını azaltmak.

2) Primer Uzantısı

  1. Gerekli sayıda reaksiyon için bir ana karışımı hazırlayın.
    Reaktif her reaksiyon için ul
    Su 45
    10X Gen Amp PCR tampon II. 10
    MgCl 2 (25mm) 10
    BSA (10 mg / ml) 2
    dNTP (her biri 25 mM) 1
    454 emPCR ileri primer/10uM 3
    454 emPCR rvs primer/10uM 3
    AmpliTaq Gold DNA polimeraz (5 U / ml) 1
    454 DNA kütüphane şablon 25
    Toplam 100
  2. Tek astar uzatma reaksiyonu için bir termalcycler aşağıdaki programı çalıştırın:
    1. 95 ° C 12min
    2. 60 ° C (veya farklı ise PEC astar sıcaklığı tavlama) 1 dk
    3. 72 ° C'de 5 dakika
    4. 72 ° C sonsuza kadar!

      KRİTİK ADIM 72 ° C uzantısı sonra reaksiyon edin Bundan sonra direkt olarak ısı blok çıkarmadan önce tüpler içine QIAGEN MinElute arıtma için pipet 150ul PBI veya PB tampon. Bu non-spesifik astar tavlama önlemek ve karışım soğutur olarak yakalamak için önemlidir.
  3. Üreticinin talimatlarına göre, bir Qiagen MinElute spin kolon üzerinde reaksiyon arındırın. 50 ul EB Zehir.

3) Uzatma Ürün Yakalama

  1. M-270 boncuk vorteks tarafından süspanse edin stok solüsyonu. Örnek başına 25 ul boncuk süspansiyonu çıkartın. Örnek başına 25 ul 2xBW tampon, boncuklar 500ul 2x BW tampon ve tekrar süspansiyon ile iki kez yıkayın.
  2. 25 ul eluat 2.3 adım adım 3.1 'den 25 ul boncuk süspansiyonu ekleyin. 1 döndürmek sonra karıştırın.Oda sıcaklığında 5 dakika.

    Önerilen: qPCR ölçümü için 2.3 adım 5 ul eluat kalan tutmak.

  3. Taze bir 1.5ml tüp karışımın tamamı Transferi (hedef olmayan kütüphane parçalarının taşınmasını azaltmak için yardımcı olur). Pelet (PPK), Manyetik parçacık toplayıcı kullanarak süpernatant ve supernatant atın.
  4. 500 ul 1xBW tampon (birçok yıkar, mümkün olduğu kadar çok arka plan olarak kaldırmak için yardımcı) ile 5 kez yıkayın. Son yıkama adımdan sonra, kısa bir süre aşağı spin ve süpernatant son izlerini kaldırmak.
  5. 500μl 1x milyondan fazla Sıcak Yıkama (HW) tampon ekleyin. 2 dakika çalkalanır 65 ° C (veya yukarıda 5C PEC astar Tm) termal blok. Soğuma en aza indirmek için, bundan sonra hızlı bir şekilde süpernatantı. (Bu adım, hala PEC primerleri değil aslında uzantısı adım sırasında genişletilmiş ile ilişkili arka plan parçaları kaldırmak için). Süpernatant son izleri çıkarın.
  6. 30 ul EB tampon boncuk pelletini tekrar. Taze bir 1.5ml tüp karışımın tamamı Transferi (hedef olmayan kütüphane parçalarının taşınmasını azaltmak için yardımcı olur). Yürütülmesi için bir termal cycler 3 dakika 95 ° C'de inkübe edin. PPK yerleştirin ve boncuklar geride bırakmak özen süpernatant kaldırmak.

4) Ürün Amplifikasyon Yakalama

  1. Gerekli sayıda numune için PCR master miks hazırlayın.
    Reaktif her reaksiyon için ul
    Su 45
    10X Gen Amp PCR tampon II. 10
    MgCl 2 (25mm) 10
    BSA (10 mg / ml) 2
    dNTP (her biri 25 mM) 1
    454 emPCR ileri primer/10uM 3
    454 emPCR rvs primer/10uM 3
    AmpliTaq Gold DNA polimeraz (5 U / ml) 1
    Yıkandı, yakalama ürün 25
    Toplam 100
  2. Thermo cycler 14 döngüleri amplifikasyonu için aşağıdaki PCR programı kullanın:
    1. 95 ° C 12min
    2. 95 ° C 30s
    3. 60 ° C (veya istenilen tavlama sıcaklığı) 1 dk.
    4. 72 ° C 1 dakika
    5. 2 (x 13)
    6. 72 ° C 5min
    7. 10 ° C ∞
  3. Üreticinin talimatlarına göre bir Qiagen MinElute silika spin kolon üzerinde reaksiyon arındırın. 50 ul EB tampon Zehir. Ürün adım 2.1 başlayan veya sıralama 454 emülsiyon PCR protokolü, doğrudan girdi, ikinci bir tur için yakalama kullanarak.

Temsilcisi Sonuçlar:

Tavsiye edilen normal karışık bir 'pozitif kontrol hedef dizisinin' (1 pikogramdır kolaylıkla yeterli örneğin bir ~ 100bp PCR ürünü) küçük bir miktar önce bir yakalama reaksiyonu gerçekleştirmek için PEC protokolü ile başlatırken kuvvetle tavsiye miktarı (2.1 adım) 454 kütüphane şablon amplifiye ve yakalama pozitif kontrol ürünü yakalamak için tasarlanmış bir tek PEC astar ile yapılır. Hem kontrol özgü olumlu ve 454 adaptörü özgü primer çiftleri ile, bu kontrol reaksiyon yapılmazsa, qPCR saflaştırılmış astar uzatma reaksiyonu (1.3), astar uzatma ürünü (2.3 arka plan karşısında 'control hedef' miktarını ölçmek için kullanılan olabilir ) ve yıkandı, boncuk yakalama ürün (3.6). Bu şekilde, hem de etkinliğini deneysel koşullarda arka plan çıkarılması ("özgüllük") ve hedef kurtarma ("duyarlılık") verimliliği doğrudan ölçülebilir.

Başarılı bir PEC protokolü normalde şu özelliklere sahiptir -

Hassasiyet (protokol ile muhafaza kontrolü hedef miktarı ile ölçülen):
Yıkandı, boncuk yakalama ürün kontrolü hedefinin toplam miktarı (3.6) = ~ astar uzatma reaksiyonu (2.3) saflaştırılmış toplam miktarın% 1-20.

Background (454 emPCR primer çifti ile ölçülen):
Yıkandı, boncuk yakalama ürün (3.6), arka plan toplam tutarı <saflaştırılmış astar uzatma reaksiyonu (2.3) toplam miktarı% 0.01 .

Nihai ürünün hedef kalan% 1'inden daha azı varsa, astar uzantısı adım başarısız olabilir ve araştırılması gerekir.

Nihai ürün arka planda kalan% 0.01 daha fazla varsa, çamaşır adımları yanlış yapılmış olabilir ve araştırılması gerekir.

Discussion

PEC yöntem, basit, hızlı, duyarlı ve özgül. Bu nedenle böyle bir RNA kütüphanesi küçük RNA parçaları yakalama, havuzlu bir örnek veya bir metagenomic örnek 16S (ya da diğer loci) çeşitliliği yakalama yapısal farklılıklar sorgulama olarak antik DNA dışında yazarların tasavvur birden çok uygulama,. Bahsetmek bir nokta yakalama duyarlılığı, çok katlı bir yakalama reaksiyon artar PEC primer sayı olarak daha düşük olur. PEC bu nedenle çok büyük (örneğin, bir megabase veya daha fazla) yakalama bölgelerin çekimi için ideal uygun değil, ama son derece iyi, hızlı bir şekilde birçok kişi küçük hedef bölgeler veya hatta SNP pozisyonları yakalamak için çok uygundur.

Acknowledgments

Hırvat Bilimler ve Sanatlar Akademisi ve Berlin-Brandenburg lojistik ve bilimsel destek Bilimler Akademisi; ve mali destek için Max-Planck-Society Cumhurbaşkanlığı İnovasyon Fonu Biz M. Meyer tavsiye için teşekkür ederiz. JMG bir NSF uluslararası doktora sonrası burs (OISE 0.754.461) tarafından desteklenmiştir. Neandertal 1 (Feldhofer 1) FM865407, Neandertal 2 (Feldhofer 2) FM865408, Sidron 1253 FM865409 Vindija 33,25 FM865410 Mezmaiskaya 1 FM865411: Diziler üyelik numaraları ile EBI nükleotid veritabanı yatırılır

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AmpliTaq Gold polymerase with GeneAmp PCR buffer II and MgCl2 Applied Biosystems N8080241
QIAGEN MinElute PCR purification kit Qiagen 28004
M-270 streptavidin beads Invitrogen 653.05
Tween-20 Sigma-Aldrich P2287
DynaMag-2 magnetic particle separator Invitrogen 120.02D

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Briggs, A. W., Good, J. M., Green, R. E., Krause, J., Maricic, T., Stenzel, U., Lalueza-Fox, C., Rudan, P., Brajkovic, D., Kucan, Z. Targeted retrieval and analysis of five Neandertal mtDNA genomes. Science. 325, (5938), 318-321 (2009).
  2. Rohland, N., Hofreiter, M. Comparison and optimization of ancient DNA extraction. Biotechniques. 42, (3), 343-352 (2007).
  3. Rohland, N., Hofreiter, M. Ancient DNA extraction from bones and teeth. Nat Protoc. 2, (7), 1756-1762 (2007).
  4. Maricic, T., Pääbo, S. Optimization of 454 sequencing library preparation from small amounts of DNA permits sequence determination of both DNA strands. Biotechniques. 46, (1), 51-57 (2009).
  5. Meyer, M., AW, B. riggs, Maricic, T., Hober, B., Hoffner, B., Krause, J., Weihmann, A., Paabo, S., Hofreiter, M. From micrograms to picograms: quantitative PCR reduces the material demands of high-throughput sequencing. Nucleic Acids Res. 36, (1), e5-e5 (2007).

Comments

9 Comments

  1. thank you for sharing ! PEC ,it`s still confused in my mind ,can you explain it more commonly ?

    Reply
    Posted by: Qiu Q.
    March 28, 2010 - 10:55 AM
  2. Do you have any recommendation in designing biotinylated primers?
    And, how many independent target biotin-primers could be pooled in a reaction?

    Reply
    Posted by: Anonymous
    September 15, 2010 - 2:08 AM
  3. Primer optimal Tm = 60C (the target-specific part of the primer). Avoid similarity to repetitive DNA elements.

    Up to 150 primers can be used in a single reaction, more are not recommended although it has not been not extensively tested

    Reply
    Posted by: Anonymous
    September 15, 2010 - 9:47 AM
  4. I read in the sup data from your original paper describing PEC that when designing primers you had also avoided complementarity to adaptors A and B. However it looks pretty much like these sequences are somewhat embargŒd by Roche. Of course, it is still possible to clone the adaptors but I guess you already did so (or managed getting the info from Roche?). Could you provide these seqs? Further, in your experience, are many primers discarded because of that kind of complementarity (guess that Roche designed the adaptors to only fit martian DNA:-)? Finally do you also check autocomplementarity of the spacer+specific primer sequences?
    Many thanks in advance!

    Reply
    Posted by: Anonymous
    October 6, 2010 - 8:28 AM
  5. Hi
    We used the Roche 454-FLX adaptor sequences, which are published (e.g. Margulies et al, Nature ²005). The 454-Titanium adaptor sequences may be embargŒd, I don't know. If you really can't get the sequences you wish to use you can try it without the filtering step in primer design - not many primers get discarded in the process I used (maybe 1% of designs). Illumina sequences are known if you can use that platform.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    October 6, 2010 - 10:23 AM
  6. We haven't ever checked autocomplementarity of the primer and spacer sequence.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    October 6, 2010 - 10:25 AM
  7. Were your oligos biotinylated with simple biotin or biotin TEG? What purification method did you choose (DSL, HPLC...)?

    Reply
    Posted by: Anonymous
    December 6, 2010 - 9:53 AM
  8. Many thanks in advance of course!

    Reply
    Posted by: Anonymous
    December 6, 2010 - 9:57 AM
  9. I used simple biotin and HPLC purification for the oligos.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    December 6, 2010 - 10:04 AM

Post a Question / Comment / Request

You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

Usage Statistics