Method Article
* 这些作者具有相同的贡献
我们已经开发出全面的,无偏见的全基因组的屏幕,了解基因药物和基因与环境的相互作用。筛选这些突变集合的方法。
凭借在新一代测序技术的进步,我们几乎每天都获得新的基因组序列。这些进步的步伐正在加快,前途更大的深度和广度。鉴于这些非凡的进步,需要快速,并行的方法,以确定基因功能变得更加重要。集合的全基因组的缺失突变体, 酵母菌和大肠杆菌大肠杆菌曾担任基因功能的功能特性的工作母机,但这种方法是不可伸缩的,目前的基因缺失方法要求每个成千上万的基因组成基因组中被删除,并核实的。只有这项工作完成后,我们可以追求高通量的表型。在过去的十年,我们的实验室已提炼组合的竞争力,小型化,高通量的基因组范围内,可并行执行检测。这是可能的并行,因为DNA“标签”,或“条码”,到每个突变列入,条形码突变的代理服务和一个可以衡量条码丰评估突变体健身。在这项研究中,我们设法填补DNA序列和条形码突变集合之间的差距。而要做到这一点,我们引入一个结合转座子中断条码的方法,开辟了并行条码检测新测序,但较差的特点微生物。为了说明这种方法,我们提出一个新的白色念珠菌条形码中断收集和描述如何将两个芯片为基础的下一代测序为基础的平台,可以用来收集万- 100万在一次实验中基因-基因和基因药物的相互作用。
1。背景资料
有几种方法产生突变体进行条码标签。目前的黄金标准是由财团实验室创建,并在2002年1完成的酵母基因敲除(YKO)集合。据介绍,由于原YKO已产生其他酵母集合;在不同的应变背景,使用过度表达的构造,并在其他微生物,如大肠杆菌大肠杆菌 2。同时,努力创建条形码的shRNA库进展迅速,事实上,许多这些哺乳动物集合的设计原则已经从酵母通过。为了演示如何条形码转座子可以快速,广泛适用于系统的突变体集合建立战略,我们专注于我们最近在人力,白色念珠菌的真菌病原体创建一个集合。条码屏幕S 中的成功是基于我们对白色念珠菌的工作这里使用的是酵母 ,并作为一个例子生物体。样品的协议,可以用来稍作修改屏幕上的任何可以在悬浮培养生长的生物。因为很少有生物体所需的高的转化率和高效率的有丝分裂重组,需要建立完善的的缺失突变体,因此我们开发了一个协议 ,它使用在体外转座子诱变mutagenize基因组DNA 库, 然后转化为白色念珠菌3这些条形码的基因片段4。灵感来自于成功的基因组中的原YKO收集和haploinsufficiency 9,全基因组的药物靶标和行动机制10,11 5-8基因网络的性质上的根本发现的作用,所有基因的必要性12,我们预计其他微生物扩大这种做法是非常富有成效的。
下面的协议承担所需的突变收集已创建(如YKO 或白色念珠菌扰乱收集),并作为单独归档株。对于应变建设的详细描述,请参阅1,13,14。
2。组合成一个池的单个突变体
3。实验池增长
此过程中概述图1。
注:务必收集细胞样本(即“T0时间点”)加入池1-2外径600直接从冰箱分装到1.5 ml管和加工,以评估任何新创建的池的初始应变表示下面。
4。基因组DNA提取,PCR和芯片杂交或测序
5。阵列分析(参见图2为获得例如使用白色念珠菌中断收集)
6。条形码的酵母菌株的适用性评估,经测序
注:考虑到酒吧,以次作为替代阵列杂交。随着高通量测序的成本降低,标签丰度的读数,利用高通量测序是可行的,在许多情况下, 更多的成本18日生效。 通过这种方式,扩增PCR产物直 接测量作为“罪状”,而不是信号强度杂交数组 。 这消除了标记的交叉污染,饱和度,或非常高或非常低的信号强度所引起的问题中出现的假阴性和阳性。 此外,可以结合之前多次实验测序另外一个4-8基地DNA指数19。由于酵母的条形码是20基点,一个单一的,2步26-28基地捕捉复用指数和独特的条码读取,允许极端100 +复 。 在撰写本文的时候,酒吧,SEQ提供比条形码芯片的成本优势,此外,酒吧,SEQ本质上是灵活的读取/运行增加的数量,复用的水平,可以增加进一步降低成本。几个“中期能力”,所有主要的平台制造商定序,将进一步民主化酒吧SEQ,测序有可能成为选择的读数。
该协议也得到了验证Illumina公司HiSeq2000。
优秀示范的一个酒吧SEQ使用,以解决在酿酒酵母生长的控制生物的根本问题是在最近的一项研究等格雷沙姆20列出几个重要的实验设计和解释准则 。
7。汇集筛选数据的验证
从任何屏幕功能基因组学的结果,应验证孤立的文化在使用个别菌株。由于每个实验将在敏感菌株的数量方面不同,选择候选株的数量,以确认是有点乱。作为指导,日志2的比例或Z -得分排名最敏感的菌株和测试前的25-50%的考生(通常转化为2-3标准DEviations从池中的所有菌株)的平均值是成本和效益之间的良好平衡。个人确认,可在任何烧瓶中进行,但我们执行这些测试,使用100μL一个惊天分光光度计媒体开始接种600外径为0.06,每15分钟测量(见图 4)在96孔板增长5几代。
8。代表性的成果
一旦一个全基因组的屏幕完成后,阵列已规范化,每一株的行为相比,控制的治疗(例如,通过比较芯片强度或测序计数/应变)的数据是最容易在一个Excel文件中的基因操纵排名由log2比例控制/实验。在这种方式下,负面的log2比例更大,更敏感,特别是应变测试条件。这些Excel文件,可以绘制各种图形软件包。我们发现,最简单的情节Y轴的基因或在X轴的ORF名称的log2比率。在图2a所示的例子中,这样的情节克霉唑治疗(一个著名的抗真菌剂)所示。所有应变是显着敏感,治疗一个2的log2比例,以红色突出显示,和我们通常会在个人成长的每一个突变检测验证,在相同浓度的药物存在许多这样的菌株。在这个例子中,4株突出,NCP1,ERG2和2 ERG11独立等位基因,克霉唑已知的蛋白质目标。这4个基因中的每一个直接参与麦角固醇的生物合成,相当于胆固醇酵母。例如,NCP1编码的NADP -细胞色素P450还原酶,是麦角固醇的生物合成,并参与相关Erg11与协调监管。这个例子突出已知的药物靶标(Erg11)是确定在这种不偏不倚的屏幕,以及其他几个关键部件的目标的途径。最后,几个红色的突出的基因的代表可能在麦角固醇的生物合成或在不同的生物过程有关的基因。如上所述,在汇集的屏幕上的敏感检测到的每一株应验证其个体生长检测的灵敏度。在图2b所示的例子中,四株被证实为敏感克霉唑的基础上减少的增长,相对于野生型菌株,BWP17。这些个体的生长曲线突出等汇集的基因药物屏幕的一个重要特征,这是一个特定菌株的绝对排名,并不一定反映其确切的灵敏度水平。此外,图2b还显示,在这种情况下,不必为每一个基因的多个等位基因的价值 ,两个erg11受阻突变体略有不同的敏感性。这些中断的性质相关的敏感程度,可以提供额外的洞察到毒品的行动机制。
图1。汇集生长测定和条码检测的工作流程。文化接种汇集细胞解冻等份(步骤1),然后成长为几代人的所需数量(步骤2)无论是机器人(方案A)或手动(方案B)。细胞离心收集(步骤3)和基因组DNA中提取的干细胞(步骤4),然后从隔离,uptags和downtags独立扩增(步骤5),和一个数组(或直接测序步骤6b步骤6a)杂交。
图2:在协议的某些点收集的样本数据。 (一)从筛选结果(13日改编)的样品数据。标签突变体库是增长20克霉唑和DMSO(对照组)的存在。日志2的比例(控制强度/治疗强度)计算和绘制的基因功能。高度敏感株(红色),包括克霉唑,ERG11p已知的目标。请注意,这个实验中经常揭示化合物的实际目标以外的其他敏感突变体。一般来说,这些突变体是那些行为与目标的综合,是那些一般应力/治疗反应的一部分,或未能确定的误报。 (二)确认数据的示例(改编13日) 。从汇集的增长分析的结果,可以验证,越来越多的个体文化的应变和野生型增长(黑色)相比较。
图3。汇集条码检测芯片杂交或条码测序扩增产物的结构。每个突变产生的扩增我n的集合包含集成的基因组(ATG和TAA标记的蓝色区域),独特的条形码(标记为AG和黑色破折号表示)的同源性。芯片杂交,蓝色的通用引物用于扩增一个60bp探针微阵列杂交。条码测序,在PCR反应中使用扩展的引物,包括编码Illumina的适配器(红色条),和6bases交叉的舱口指数)和蓝色的上游引物的共同引物序列,和相同的复合引物(减去6基期指数)为第二个引物。
图4。个体生长实验1)预筛选化合物对野生型酵母确定一个适当剂量的全基因组筛查和2)从基因组宽屏幕确认结果。 (一)一个96孔平底板充满0.062 OD 100μL的细胞悬液。每口井可包含一脉相承(剂量测定)或不同的应变和药物组合(确认检测)。 2化合物(通常在DMSO溶解)添加液和细胞生长16-20 h不断摇动30 ° C。 DMSO终浓度不得超过2%。在这个例子中,以及在每个板块的的增长曲线绘制在黑对在红色的控制生长曲线图。 (二)高等教育几个prescreens覆盖另一个例子药物获得高分辨率图像。在此系列滴定,一个IC 10-15获得与紫色的剂量,将删除剖析(髋关节和啤酒花)的适当。由于在较高的光密度非线性,特餐(或任何类似的酶标仪)消耗臭氧层物质的使用与“传统”的1毫米路径长度比色皿获得的,必须进行校准。
在这里,我们提出了一个协议,适度的修改,可以很容易地适应广泛的现有馆藏的创建标签突变馆藏的条形码不同的微生物突变集合。我们强调,虽然我们已经报道了标签的转座子突变致病性酵母菌 C.一个协议白色念珠菌 ,一个非常类似的协议,可以适应各种各样的单细胞真菌。修改,该协议运作良好13中的细菌,和目前正在建设中一些额外的真菌和细菌的基因组的集合。目前,这个实验提供了唯一的综合性,全基因组基因的小分子的相互作用的公正屏幕。其中特别引人注目的检测功能是没有的基因或小分子的先验知识是必需的。尽管这些检测的范围和权力,其可转让给其他实验室已经有点阻碍,由最初的资本投资和信息工具,分析的结果。通过结合分析的强大工具的下一代序列读数,我们期望通过增加。
没有利益冲突的声明。
我们感谢罗恩戴维斯,亚当Deutschbauer,整个臀部在多伦多大学的讨论和意见的跳实验室。 CN是由国家人类基因组研究所(批准号HG000205),RO1 HG003317,CIHR澳门币84305,加拿大癌症协会(#020380)的赠款支持。联办是由斯坦福大学的基因组培训计划(批准数的T32 HG00044从国家人类基因组研究所)和国立卫生研究院(批准号P01 GH000205)支持。 GG是在NHGRI RO1 HG003317和加拿大癌症协会,格兰特#020380,运输署和唐纳利测序中心的支持,部分是从加拿大创新到DRS基金会的赠款支持。布兰达安德鲁斯和杰克布拉特。 AMS是由多伦多大学打开奖学金支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
抗生素 | 供应商和产品目录号 | ||
羧 | Sigma公司的一部分#C1613 | ||
卡那霉素 | Sigma公司的一部分#K1876 | ||
大观 | Sigma公司的一部分#S0692 | ||
氯霉素 | Sigma公司的一部分#C0378 | ||
清理和浓度试剂盒的DNA | |||
QIAprep自旋小量制备试剂盒 | Qiagen公司,部分#27106 | ||
HiSpeed质粒马克西套件 | Qiagen公司,部分#12663 | ||
QIAquick PCR纯化试剂盒 | Qiagen公司,部分#28106 | ||
QIAquick凝胶提取试剂盒 | Qiagen公司,部分#28704 | ||
PCR和电泳试剂 | |||
Taq DNA聚合酶(MG -免费)缓冲区 | New England Biolabs公司的一部分,#M0320L | ||
脱氧核苷酸的解决方案组合 | New England Biolabs公司的一部分,#N0447L | ||
25毫米氯化镁2 | 西格玛,部分#63036 | ||
琼脂糖,装载染料,核酸染色适用于凝胶电泳 | 各种 | ||
10X TAE缓冲液 | Sigma公司的一部分#T8280 | ||
1 KB PLUS DNA梯状 | Invitrogen公司的一部分#10787026 | ||
YPD肉汤 | |||
10克酵母提取物 | Sigma公司的一部分#Y1625 | ||
细菌用胰蛋白胨20克 | BD公司的一部分,#211677 | ||
20克的葡萄糖 | Sigma公司的一部分#D9434 | ||
医学实验 | |||
多通道移液器(1000,200,和20μL) | 各种 | ||
一次性移液器水库 | 各种 | ||
15日和50 mL离心管 | 各种 | ||
96 - 384孔深井板 | 爱思进科学,一部分的P - 2ML - SQ - CS&P - 384240SQCS | ||
96孔和384孔PCR板和密封膜 | 各种 | ||
版辊密封多孔板 | Sigma公司的一部分#R1275 | ||
30 ° C和37 ° C摇晃增长的平板上的细菌和酵母和孵化器在管 | 各种 | ||
在体外转座子诱变 | |||
EZ - Tn5的转座子 | 震中生物技术的一部分,#TNP92110 | ||
高通量转型 | |||
Seqprep 96 HT质粒准备工具包 | 边缘生物系统公司的一部分,#84359 | ||
聚乙二醇,分子量3350 | 各种 | ||
醋酸锂 | Sigma公司的一部分#517992 | ||
6孔板,无菌 | 康宁,部分#3335 | ||
50毫克/毫升尿苷 | Sigma公司的一部分#U3750 | ||
100X的Tris - EDTA缓冲液 | Sigma公司的一部分#T9285 | ||
1X TE/0.1M LiOAc | 各种 | ||
鲑鱼睾丸DNA | Sigma公司的一部分#1626 | ||
增长的条形码集合 | |||
48孔板;如果增长板中的文化 | 格雷纳,部分#M9437 | ||
胶粘板密封 | ABgene,部分#AB - 0580 | ||
200毫升的培养瓶中 | 各种 | ||
能够分光光度计吸光度 | 各种 | ||
控温摇床,250毫升烧瓶或晃动分光光度计 | 各种 | ||
安全锁的离心管中,2毫升 | Eppendorf公司的一部分,0030 120.094 | ||
杂交设备 | |||
杂交炉640 | Affymetrix公司的一部分#800138 | ||
基因芯片流体站450 | Affymetrix公司,部分#00-0079 | ||
GeneArray扫描仪3000 | Affymetrix公司,部分#00-0212 | ||
沸水浴浮动机架 | 各种 | ||
杂交耗材 | |||
Genflex标签16K阵列V2 | Affymetrix,一部分#511331 | ||
登哈特的解决方案,集中50X | Sigma公司的一部分#D2532 | ||
链霉亲和,R -藻红蛋白共轭(萨佩) | Invitrogen公司的一部分#S866 | ||
安全锁的离心管,0.5毫升 | Eppendorf公司的一部分,0030 123.301 | ||
蝇头强硬点 | 多样化的生物技术,部分#LTTM - 1000 | ||
0.5 M EDTA | BioRad公司,部分#161-0729 | ||
10%吐温 | Sigma公司的一部分#T2700 | ||
MES的自由酸水合物 | Sigma公司的一部分#M5287 | ||
MES钠盐 | Sigma公司的一部分#M5057 | ||
5 M氯化钠 | 西格玛,部分#71386 | ||
20X SSPE | Sigma公司的一部分#S2015 | ||
分子生物学级水 | Sigma公司的一部分#W4502 | ||
杂交引物 | 各供应商(标准除盐) | ||
Uptag | 5'GATGTCCACGAGGTCTCT 3' | ||
Buptagkanmx4 | 5'生物素GTCGACCTGCAGCGTACG 3 | ||
Dntag | 5'CGGTGTCGGTCTCGTAG 3' | ||
Bdntagkanmx4 | 5'生物素GAAAACGAGCTCGAATTCATCG 3 | ||
B213 | 5'生物素CTGAACGGTAGCATCTTGAC 3 | ||
Uptagkanmx | 5'GTCGACCTGCAGCGTACG 3“ | ||
Dntagkanmx | 5'GAAAACGAGCTCGAATTCATCG 3“ | ||
Uptagcomp | 5'AGAGACCTCGTGGACATC 3“ | ||
Dntagcomp | 5'CTACGAGACCGACACCG 3“ | ||
Upkancomp | 5'CGTACGCTGCAGGTCGAC 3“ | ||
Dnkancomp | 5'CGATGAATTCGAGCTCGTTTTC 3“ | ||
测序引物:Illumina公司平台 | 各供应商 | ||
UpTag远期(100um的) | GGC GAC的阿拉木图5“民航局GCA GAA CGA GCT CTT CCG ATC T GAT GTC CAC GAG GTC的大老山隧道3” | ||
UpTag反向(100um的) | GCG ACG的行政协调会5“学能测验的GAT ACC GAC中的ACT铁通台泥税务师CAC GAC GCT CTT CCG ATC T NNNNN GTC GAC CTG CAG总工会ACG的3' | ||
DownTag远期(100um的) | GGC GAC的阿拉木图 5“ 民航局GCA GAA CGA GCT CTT CCG ATC T GAA AAC聚糖反恐委员会GAA TTC ATC地下3” | ||
DownTag反向(100um的) | GCG ACG的行政协调会 5“ 学能测验的GAT ACC GAC中的ACT铁通台泥税务师CAC GAC GCT CTT CCG ATC T NNNNN CGG公司的TGT CGG大老山隧道总工会公司3` | ||
阅读1标签SEQ引物(100um的) | 5'GTC GAC CTG CAG总工会ACG的3' | ||
阅读1下标签SEQ引物(100um的) | CGG公司的TGT CGG大老山隧道CGT公司5'3' | ||
阅读指数测序引物(标准Illumina的R1底漆)(100um的) | 5“交流使铁通台泥税务师CAC GAC GCT CTT CCG ATC T 3” | ||
更多的测序试剂/设备 | |||
Qiagen公司MinElute 96 UF PCR纯化试剂盒 | Qiagen公司,部分#29051 | ||
真空泵 | 任何供应商 | ||
马歇雷-纳格尔真空歧管 | 马歇雷纳格尔,部分#740 681 | ||
Invitrogen公司QUANT它双链BR检测试剂盒 | Invitrogen公司的一部分#Q32853 | ||
Invitrogen公司的量子位的检测管 | Invitrogen公司的一部分#Q32856 | ||
丙烯酰胺40%加1%N,N' -亚甲基双丙烯酰胺,37.5:1 | 生物RAD,部分#161-0148 | ||
三基地 | Sigma公司的一部分#T1503 - 1KG | ||
硼酸 | Sigma公司的一部分#B6768 - 500G | ||
0.5M EDTA,pH值8.0 | Teknova,部分#E0306 | ||
过硫酸铵 | Sigma公司的一部分#A3678 - 25G | ||
TEMED | Bioshop,部分#TEM001.25 | ||
溴化乙锭溶液 | Bioshop,部分#ETB444.10 | ||
0.5M铵酯 | Teknova,部分#A2000 | ||
10MM镁醋酸水合物 | Sigma公司的一部分#M0631 - 100G | ||
为1mM EDTA,pH值8.0 | 0.5M EDTA,pH值8.0 | ||
乙醇 | 各种 | ||
醋酸钠,pH值5.2 | Teknova,部分#S0297 | ||
高速真空 | 各种 | ||
单读集群生成工具包 | Illumina公司的一部分,GD - 300 - 1001 | ||
36C测序试剂盒V4 | Illumina公司,部分FC - 104 - 4002 | ||
10X TBE缓冲液配方
应收 | 试剂 |
108克 | 三基地 |
55克 | 硼酸 |
40ML | 0.5M EDTA(pH值8.0) |
DH 2 O至1L标志 |
12%的聚丙烯酰胺凝胶配方
卷 | 试剂 |
5.8毫升 | 丙烯酰胺40%加1%N,N' -亚甲基双丙烯酰胺,37.5:1 |
12毫升 | DH 2 O |
2毫升 | 10X TBE |
140μL | 10%过硫酸铵 |
总成交量:20毫升 |
Uptag引物组合:
悬浮Uptag Buptagkanmx4在DDH 2 O的每100微米,然后以1:1的比例混合,终浓度为50微米。储存在-20 ° C。
Downtag引物组合:
悬浮Dntag Bdntagkanmx4 DDH 2 O在100微米,然后以1:1的比例混合,终浓度为50微米。储存在-20 ° C。
混合寡核苷酸:
重悬在DDH 2 O在100微米以下八个寡核苷酸(标准脱盐):
Uptag,Dntag,Uptagkanmx,Dntagkanmx,Uptagcomp,Dntagcomp,Upkancomp,Dnkancomp。
混合同等体积的八个寡核苷酸终浓度为12.5μM。
12X MES的股票:
10毫升,0.7克的MES游离酸水合物和1.93克MES钠盐溶于8毫升分子生物学级水。搅拌好后,检查pH值和调整,如果需要的话pH值6.5-6.7。加水到10毫升的总量。过滤消毒,并保存在4 ° C的光(例如,包装箔管)保护。替换,如果溶液变成明显的黄色或6个月后。
2X杂交缓冲液:
对于50毫升,混合12X MES的股票(从14年9月2日)8.3毫升,17.7毫升5 M氯化钠,4.0毫升的0.5 M EDTA,0.1毫升10%的吐温20(体积/体积),19.9毫升,过滤DDH 2 O。过滤消毒。
洗了:混合300毫升20X SSPE,1 mL 10%的吐温(体积/体积),699毫升DDH 2 O。过滤消毒。
洗净乙:混合150毫升20X SSPE,1 mL 10%的吐温(体积/体积),849毫升DDH 2 O过滤消毒。
条码测序引物
-标记引物序列的5'尾巴( 粗体 )Illumina的特定适配器纳入F和R引物序列。变量序列( 斜体字 )5 MER索引标签,用于在复用/索引读出。 3'尾巴(下划线)代表的共同引物侧翼uptag条码,需要放大酵母条码。
下调标记的引物序列5'尾巴是相同的5'UP标记的引物(Illumina的具体序列)的尾巴,然而,3'尾巴(下划线)所使用的共同引物扩增取代向下标签条形码。
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