我们感谢意见和有益的讨论十字架实验室成员。这项工作是由PHS 5RO1-GM078153和支持 从西蒙斯基金会米哈尔Breker的一个初级研究员奖。

1.紫外诱变<ol><li>制备一批100 - 200用Tris-乙酸盐-磷酸盐（TAP）介质9,10-矩形琼脂平板上。提前几天准备这些板块，并保持他们在板凳上干，以确保在接下来的步骤中悬浮细胞的快速吸收。 </li><li>在光下100毫升的液体的TAP的，在25℃和100rpm振荡下; -培养衣藻细胞高达0.2 0.5光密度（〜2天OD 750）。 注:Mat-湿度计R（赋予潮霉素B抗性）和Mat +帕罗R（赋予巴龙霉素抗性）:紫外诱变是在两个遗传背景下独立完成。抗生素的选择是任意的，所提供的两种交配型具有互补的药物抗性。 </li><li>检查每个培养物的样品，在显微镜下，以确保细胞是活的，健康（游泳和完整），和没有污染。 注:长满文化"撞车"和丧失活力，表现为相衬显微镜"鬼"。不要让摇去的文化一旦达到饱和。 "鬼"现象是在步骤1.3不易察觉。 </li><li>稀释文化0.003 OD 750。包住瓶用铝箔，以确保均匀的密度，因为应变是能动并响应于光定向游。 <ol><li>调整基于计划UV剂量的悬浮液的密度，从而使占细胞杀伤，200 - 600幸存者菌落将形成在平板上（ 图1）。请参阅表1的紫外线照射时间的信息。 </li></ol></li><li>附上适合的液体分配器的小管盒，并执行一系列的洗涤消毒，根据制造商的说明，以防止污染。 </li><li>使用8×12液体分配器，分配各2微升4×96滴于矩形板（ 图1 </strong&gt;）。在该板的边缘轻度挖掘，以确保所有液滴的合并成的液体薄片，并立即覆盖板，以防止暴露于光。 <ol><li>以确保甚至非常单一细胞分散，使用干板，如上所述，并迅速覆盖板，以防止细胞响应于光游泳。保持在黑暗中的覆盖板水平并直至所有液体被吸收。 </li></ol></li><li>将平板杀菌紫外灯（30瓦特紫外线杀菌管）的经验来确定给予幸存者中TS-突变体的最佳产量的时间段下。这里，可使用的0.5倍 - 1.5分钟，40的距离 - 50厘米到导致90 - 99.9％杀伤。幸存者包含100 - 1000紫外线引起的点突变，其中约10％的变化编码序列。 <ol><li>为了确保没有返UV照射的最大效力由于光依赖性DNA修复11,12，在这一步在黑暗中工作，并立即包装板在照射后暗箱。 </li></ol></li><li>保持在黑暗中板8 - 在室温下24小时。 </li><li>发生在21°C恒温箱板与照明形成集落。集落形成，大约需要10天。确保用塑料袋包住板和内添加吸油纸吸干了液体凝结。蒸发和冷凝循环，否则可以提供液膜路线污染物进入板。 </li><li>装载板中的相应堆栈作为来源机器人菌落拾取（ 图2）。挑选菌落矩形板384阵列，并在21°C与照明（〜1周）增加他们。 </li><li>冷凝384阵列成1536阵列（4:1），使用一个副本镀机器人（ 图3），并允许所述板在21℃培养箱生长〜3天。 </li><li>复制1536阵列两个板块每放置一个在21℃培养箱（许可温度），另一个在33℃培养箱（限制性温度）。以下24个小时，复制板在33°C到一组新的预热板，并将其放置在33℃培养箱。 注意:这样做的原因二次镀覆是TS致死突变体可以在某些情况下，积累大量的生物量，即使将细胞接种后在第一个细胞周期被捕。辅助副本消除了这一信号，并极大地提高灵敏度。 </li><li>拍摄用以下在33℃生长3天并在21℃生长5天后的一个数字照相机的板。在固定帧持有板。使用一个"网板"标有与该培养板（ 图4）一起拍照9对准的指标。照片培养皿的交替搭配21°C和33°C（21/33）图像。 注:不同的培养时间用来均衡增长，因为野生型显著增长在33℃的速度比在21°C。 </li></ol> 2.识别用TS突变考生:一是屏幕<ol><li>处理带有自定义Matlab的图像分析软件配对21/33板的图像，以消除背景和分割图像到1536阵列。该程序将确定在每个位置（ 图5）检测到的生物量（总像素强度）。 注:软件（的SI与说明书一起提供）将使用网板图像，以确定细胞的（个人的条目）在1536阵列在所用的放大率和板对准的位置，并在每个小区计算总像素强度。对于每个突变体，这些值随后针对可调参数进行比较，以确定位于C相对于TS +标准和温度敏感性的程度21°所需的生长，其定义为:S（MUT 33）/ S（WT 33）/ S（MUT 21）/ S（WT 21），其中S是信号（象素在经过背景减除张力），物是一个单独的突变体，以及"WT"是一个随机选择非温度敏感的殖民地（诱变菌株有TS +表型）。生长在21℃被定义为S（MUT 21）/ S（WT 21）。在这第一个屏幕，应用轻松的选择标准（允许在21°C相对低增长和相对较低度的温度敏感性），以确保假阴性率较低。 </li><li>装载由软件作为单一菌落拾取机器人（通常到384阵列）的指令文件生成所选菌落的列表。根据机器人说明准备源和目标板，并挑选菌落阵列（ 图6）。 注:常规采摘需要一个指令文件中的某些格式，如为.csv，.txt或.xls的。所有采摘将必须是文件驱动的能力;不同的格式将需要MATLAB代码（提供源代码）进行较小的编辑。 </li&gt; <li>将目标板在21°C培养箱〜5天，长出股板块。 </li></ol> 3.确定TS突变体:第二个屏幕<ol><li>重复步骤2.1复试采摘的殖民地。通常为30 - 菌落的50％将重新测试清楚TS致死，为2％的产率 - 相对于初始菌落存活紫外诱变5％TS致死。 </li><li>重复步骤2.2采摘两次筛选TS致死，但设计阵列殖民地插入矩形板100菌落块在384密度修正的指令文件。这是为在下一步骤方便镜检。指令文件格式由MATLAB代码在运行时指定。 </li><li>确保包括几个WT菌落作为对照，并将板在21℃下〜5天。 </li></ol> 4.初始表型测定<ol><li>复制在步骤3.2排列在100块板，并将其放置在21°C INCU为乌兰巴托〜2天，以获得新鲜生长的菌落。 </li><li>复制100块板（4.1）的新鲜副本三份。放置在21℃培养箱一个副本，一个在33℃培养箱作为对照。 </li><li>将第三个副本（"筛选板块"）的机器人安装，并当场殖民地长销感动与无菌水。 注:固定到琼脂衣藻细胞的机器人往往最初土地作为细胞的一个相当密集的地方，以供显微镜检查几单细胞。要优化显微镜检查的殖民地，用一滴水发现最初转移细胞（由机器人长销转移水量为100〜NL）。这导致细胞分散在约初始钉扎中心半径小（〜1毫米），与许多分离的单个细胞。 </li><li>取隔离板的每个点的区域的显微照片在时间0（同时仍单个，未分开的细胞）（图7），然后将板在33℃下温育。通过设定给在4.5毫米的中心到中心的间距384密度阵列的停止的改性四分体解剖显微镜的手动阶段控制确定图像位置。 </li><li>除去从33℃培养箱的隔离板，并采取显微照片，如在步骤4.4，在不同的时间点（10小时，20小时，48小时）。确保阶段，板夹持器，和级控制器被精确地校准，以获得相同的细胞的图像在每个时间点。进行快速显微照片采集（约10分钟）。 </li><li>使用第二个副本中的33℃培养箱，以验证该TS的表型，并确保在图像采集期间温度波动对TS的表型没有重大影响。 <ol><li>分析显微图像，并选择基于期望的标准（ 图8）的突变体。发现在96排列琼脂板中的最终选择的一组。确保每个板包含相同交配型和耐药性的突变体。 </li><li>对于每块板，合并的最后两列的正（查询突变）和用于互补测定法的阴性（WT）的控制。 </li></ol></li></ol> 5.新的突变体的互补和联动测试，以"空中飞人" <ol><li>传送大量的排列菌落到无氮配子诱导培养基10在96孔微孔板（各菌落的密度应该是周围0.2的OD）。孵育板光下（13 - 20瓦的灯泡汞），用于〜5小时，让配子。 注意:此步骤可以用一个复制的机器人安装或手动用一个简单的电镀设备中进行任一。 </li><li>暂停与相反交配型携带替代抗性盒成管与配子无氮配子诱导培养基10查询。 </li><li>混合在目标板中的样品中的配合mixt20微升（ 图9）URE音量。继〜光下10分钟，从每口井的两倍现货5微升:自来水+ 5μM帕罗+ 9μM湿度计进行互补测试一次在TAP板联动测试和一次。 </li><li>孵育在21°C培养箱中过夜联动板，然后将它们包装箔。保持它们在黑暗中5天，以允许接合孢子形成。 </li><li>在21℃孵育互补测试板〜10天的光。 注:药物量被校准，以允许双重杂合子二倍体存活，但它们仍然足以消除配合单倍体。这些金额校准在这一特定项目中使用标准电阻盒集成;与新的集成，剂量应重新校准。大多数生物质被证实是通过流式细胞术（ 图9）二倍体，虽然单倍体（可能从减数分裂和双抗性生长的可变水平分离子）通常被观察为好。 </li><li>复制互补，测试板分成两个副本TS-表型鉴定。将在21°C一个副本及复印件在33℃〜为5天。 </li><li>为TS-型测试的殖民地，如第2.1节（ 图5）描述。不与查询互补菌落可能代表相同基因的等位基因作为查询（二倍体杂等位基因的突变在相同的基因）。 </li><li>对于联动测试，接下来的步骤5.4，却将板回光，以便〜7天减数分裂和单倍体分离子的产物。 </li><li>复制链接测试板，以TAP + 10μM帕罗和10μM湿度计来选择耐双后代（预测是单倍体后代的25％，由于录音带的链接断开），并在21°C孵育一个星期。 注:为提高耐加倍单倍体的药物剂量。 </li><li>测试菌落为TS-表型，因为我n步2.1。 注:TS-型预期（和观察）为同一互补组作为查询的突变体。此外，在联动测定一个TS-表型，该补充查询的突变体，可以反映查询和新的突变之间的紧密联系。补充测试查询突变很可能新的基因，这将进入管道的致病病变的鉴定生物信息学，最终为进一步的表型分析。 </li></ol>

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作者宣称没有显著财务权益。

这里描述为TS致死突变高产隔离管道确保想必衣藻基因组的所有蜂窝必要的途径来表示。潜在的细胞周期基因的高效收集和消除重复的"常客"等位基因的两个最关键的步骤是:不完整的细胞周期; 2）对已确定的并行互补法逮捕表型特征1）相干定义查询基因放大与新分离出的那些集合。 当明暗周期同步，衣长在白天和单元尺寸&gt; 10倍的增加光合没有任何DNA复制和细胞分裂13。夜间发作大致一致，将细胞再经历交替DNA复制，有丝分裂和细胞分裂（ 图8）的多次循环。这种监管舍姆E提供主要需要用于细胞生长和完整性以及专门为细胞分裂周期所需的基因的基因之间的自然区分。我们发现，在10小时和20小时的时间点是非常丰富的用于初始粗糙表型切1。我们目前认识到TS致死突变，基于这些图像的大类（见SI的图林和跨，2014年）1，分别是:缺口，爆米花，圆形，小，中，早期的裂解和多周期（ 图8 ）。 三个最相关的类别，我们重点关注的缺口，爆米花，而圆。的"缺口"和"爆米花"表型以前证明是最细胞周期特异性的病变的特征（ 例如，有丝分裂细胞周期蛋白依赖性激酶，DNA复制机械，和拓扑异构酶II）的1。一（缺口）或多个（爆米花）早期，但不成功的细胞分裂的视面的外观是一个方便的吗啉细胞周期起始ogical指标。这些突变体通常表现出很少或没有生长缺陷，并在在10小时标记类似于WT细胞体积增大。该Notch和爆米花的表型是在10小时明显和充分开发（常与细胞裂解有关）20小时。 "圆"类似的细胞长到WT但备受产量减少明显的初始分割平面，从而产生大而圆被捕细胞。此类别中以前突变落入为微管功能（微管蛋白折叠辅助因子，γ-微管蛋白环络合物）1所需的后期促进复合物14或在基因的组件。在稍后的时间，这些细胞经常表现出明显的细胞溶解。 "小"和"中"细胞的生长或者可以忽略不计（小）或显著小于WT（中）。许多这些突变体确定日期的有在基因，其注释表明在基本cellula角色病变- [R生长过程（翻译或膜生物合成）。中型和圆之间的主要微观歧视依赖于量的增长在10小时（回合:像WT;介质:减少）。由于中小企业的类别非常大，可能反映在一个伟大的范围内细胞通路的病变，我们并不试图饱和这些类别;但是，我们希望分子标识类的代表，了解损失的表型多样化的途径。两个研究忽略类别是:1）早期裂解，通过10小时的标记失去完整性（损失绿色的，refractility的损失），与现有的细胞生长的迹象和2）的多次循环的突变体。细胞增殖同样在10和20小时，WT，尽管它们表现出完全不能进行长期增殖。 我们大多表征"缺口"，"爆米花"和"圆"和排除中小型圆形细胞，以及因为漏水突变体完整的少数细胞分裂。这主要是保证基本细胞功能，如生长及膜的完整性，是功能性和富集分裂相关基因的概率。这种方法被发现是凭经验高效;但是，它可能是一个细胞周期的基因多效性的是，具有早些时候在G1其他角色，之前的实际分工。这种情况下，我们预计是罕见的，被错过。更一般地，我们的目标是同质逮捕，这在高概率是由于一个致病突变是一个完全不正常的蛋白质。然而，对于如刚刚所描述的相同的原因，可能有几种停滞点，因此，一定程度的灵活性是在选择候选为宜。 为了丰富与新发现的基因集合，所选择的候选人测定互补。我们要求TS-在阳性对照阴性对照（针对查询突变查询）和TS +（曲儿Ÿ对WT）。同一互补组的查询在新突变体是TS-。会员在同一互补组中几乎无一例外地反映了相同基因的分子损伤（这一直是我们测试过每一个这样的基因的情况下）。因此，对于"空中飞人"，这个标准是排除作进一步鉴定。这还以相同的互补基团为试查询突变体是新的基因的候选并通过生物信息学和实验工具被进一步表征。 TS-等位基因为不同互补群的高度可变的恢复是一个众所周知的现象，也就是说，变化是明显高于泊松噪声较大，由于可变性不同基因之间TS-的巨大内在的变异。原因可能包括内在热敏性差异;不同的蛋白质大小;的蛋白质的存在，作为一个单体与作为大的，稳定的复合物;和致突变热点。这几乎是一个纯nuisaNCE。然而，一个所得有利的结果是，"飞行常客"名单不长（只有几个目标占据了大部分的列表），所以劳动密集型互补测试不是一个艰巨的任务，直到项目的后期阶段。 作为一个补充的方法，我们进行了联动试验。在该测定中，抗双后代被选择并且用于TS-表型进行测试。一个TS-型预期（和观察）相同互补组在突变体作为查询或紧密连锁的突变。对于每个被测试的基因中，WT子代预计出现（TS +表型）中以一定的概率取决于遗传距离。我们估计，大约有100接合孢子在这些斑点每个交配。假设100％减数分裂效率，这将导致从取消关联药物抗性盒大约100双药物抗性后代（减数分裂后代的25％，四每减数分裂，由于至Mendelian继承）。这也将是TS-突变，其中所述后代的25％将是双突变的情况下，与25％将是WT，如果查询和测试的突变是无关联。因此，出了双药物抗性子代，25％将是WT（约25个细胞）。这是完全无关联突变的情况;然而，中度连锁（约20厘米，约2兆，或基因组115的2％以内）将强有力地减少或消除的TS +信号用。在被测试的突变的联系的对抗生素盒的情况下，即是双药物抗性TS +单倍体存在于非常低量。这表现为明显的故障与测试的所有突变体重组，尽管所有的补充测试的突变体，异常的结果，很容易注意;在这种情况下，回交将解决这个问题。 无论从先前的知识和序列分析，我们预计在衣藻细胞周期基因是大约500个基因2，虽然莫ST，但可能不是全部，是必不可少的。我们将评估为更多的突变体收集额外诱变轮的必要性和饱和升高的水平。 这个过程的独特设计用于研究基本生物过程和实施它们的基因和蛋白质。其他方法来产生必需基因扰动存在（ 例如，随机诱变的等位基因16，有条件地转录等位基因17，或亚效等位基因等位基因18的变换）。然而，它们都需要同源重组，其在营养衣强烈抑制。群集，定期相互间隔短回文重复（CRISPR）/ Cas9系统已经被确立为基因修饰19的有力工具;但是，它是尚未在衣20有效地工作。关键的是，所有这些方法要求目标的先验知识。这是一个严重的限制如果希望有学习新东西的可能性！我们的做法会产生突变鉴定必需基因，独立于任何先验知识。因此，在技术的现有水平，随机TS突变随后通过深度测序基因鉴定的隔离可能是获得快速进入微生物细胞生物学在植物superkingdom的最有效的方法。 致病突变的鉴定（选自〜100的编码序列变化的突变每个克隆）是超出了本文的范围。分群池1的深度测序是有效的，但劳动密集型的。一种用于在大量的菌株的所有突变的一种测定组合池策略，测序少数池后，是非常成本和劳动高效。对于组合分群测序的新战略正在开发中，将允许致病突变的鉴定几十个突变体的SIM卡ultaneously单个测序运行（筹备中）。这些效率是非常重要的，以允许关键基因鉴定的步骤，以保持与由此处描述的过程成为可能的突变体的非常迅速积累速度。

模式生物的系统性突变集合的表型特征是细胞解剖复杂一个行之有效的方法。单倍体单细胞绿藻莱茵衣藻具有类似植物的基因组，但它会从陆地上的植物前的土地厂房血统2多个基因组复制分歧。在原则上，缺乏基因复制和一个主要单倍体生命周期大大方便失功能遗传方法。然而，感兴趣的基因的靶向破坏几乎是不可能的，由于缺乏有效的同源基因组的整合。随机插入中断库正在建设中，结合打乱现场鉴定，到目前为止产生的阵列组代表1562个基因3 1,935映射中断。但是，这种方法（预期一般产生无效突变）并不适用于必需基因。温度敏感（TS）的突变可以recovered在必需基因，以及最近的方法允许突变基因和致病病变的有效识别。在高温下的表型分析，然后提供关于突变基因的功能即时信息。我们报道了在衣 〜70必需基因TS致死突变的分离和表征，特别是着眼于参与细胞周期进展的基因和控制1,4。 TS致命的屏幕已经遗传分析的支柱微生物几十年5,6。原则上，一个期望的特征是接近"饱和"，这意味着能够突变至TS杀伤力的所有基因通过至少一个突变鉴定，允许一个完整的分析。然而，在实践中，有几个因素限制了方法来饱和。首先，虽然几乎所有的基因可以被突变，以在高温下活性的损失，这种突变体的回收效率至少上变化7,8级的顺序。因此，随机屏幕开始回升复发安打饱和度接近很久以前"常客"。其次，虽然TS突变通常导致减少的功能，他们可能不以限制性的温度真空值（而相反地，常常没有充分发挥作用以允许温度）。这个问题可以通过比较多个等位基因处理到一定程度;如果它们都有一个共同的表型，这是更可能反映基因的简单失活的结果。多重等位基因也是致病病变1确切分子鉴定非常有帮助。然而，"常客"的问题意味着很少打基因复等位基因可能难以恢复。 由于这些原因，我们一直在开发一种增强管线来分离和表型表征TS突变体。我们收集了超过3000 TS突变体到目前为止，我ncluding约200新的候选细胞周期突变。这个集合，它可能已经包含大多数或所有细胞的必需途径突变的分子和表型分析应提供在植物细胞生物学新的见解和假设。重要的是，这条管道可以应用于生长在琼脂上以有效地构造TS突变体集合的任何微生物。 在设备上的说明:两个机器人是在此过程中（殖民地选择器和组合副本镀覆/樱桃采摘）的效率非常重要。采摘通常有金属针。挑菌落保持在空气中对这些引脚一段时间（数秒至数分钟，视型号而定）。衣死在约20秒在空气中的金属引脚上。这限制模式选择有机体。精度问题。我们的殖民地选择器是相当准确;但是，它是在它的动作有所暴力并且具有用于基于喷雾交叉污染一些可能性。它不是在高使用尔比384密度（4.5毫米中心 - 中心间距）;在此密度，精度是完全可以接受的。副本电镀/樱桃采摘机器人（用于这些应用不同的附件）是采摘慢得多，但是对于1536密度足够准确的（6,144是一个挑战，即使是这种非常准确机器人;我们已评估了此密度，但决定不使用它，因为它的各种困难）。如果板装载不均匀等机器人将不能很好地工作。以抽查，以确保正确的事情正在发生是很重要的;当然，机器人会自动运行，并在一般情况下，一切都会顺利，如果前几个板块是正确的。

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Equipment:&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hudson RapidPick colony picker</td><td>Hudson Robotics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MultiDrop Combi Reagent Dispenser</td><td>Thermo Scientific</td><td>5840300</td><td></td></tr><tr><td>Small tube metal tip cassette</td><td>Thermo Scientific</td><td>24073295</td><td></td></tr><tr><td>Singer RotoR replica-plating robot</td><td>Singer Instruments</td><td></td><td>Very essential for the process. For lower scale screenings you can use an in-house manual tool</td></tr><tr><td>Singer single-colony picking attachment (&amp;lsquo;Stinger&amp;rsquo;)</td><td>Singer Instruments</td><td></td><td>Can be picked manually, however for large scales it is nearly impossible</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Name&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Company&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Catalog Number&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Comments&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Materials:&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SYTOX Green Nucleic Acid Stain</td><td>ThermoFisher Scientific</td><td>S7020</td><td></td></tr></tbody></table>

high-throughput robotically assisted isolation of temperature-sensitive lethal mutants in chlamydomonas reinhardtii

Systematic identification and characterization of genetic perturbations have proven useful to decipher gene function and cellular pathways. However, the conventional approaches of permanent gene deletion cannot be applied to essential genes. We have pioneered a unique collection of ~70 temperature-sensitive (ts) lethal mutants for studying cell cycle regulation in the unicellular green algae Chlamydomonas reinhardtii1. These mutations identify essential genes, and the ts alleles can be conditionally inactivated by temperature shift, providing valuable tools to identify and analyze essential functions. Mutant collections are much more valuable if they are close to comprehensive, since scattershot collections can miss important components. However, this requires the efficient collection of a large number of mutants, especially in a wide-target screen. Here, we describe a robotics-based pipeline for generating ts lethal mutants and analyzing their phenotype in Chlamydomonas. This technique can be applied to any microorganism that grows on agar. We have collected over 3000 ts mutants, probably including mutations in most or all cell-essential pathways, including about 200 new candidate cell cycle mutations. Subsequent molecular and cellular characterization of these mutants should provide new insights in plant cell biology; a comprehensive mutant collection is an essential prerequisite to ensure coverage of a broad range of biological pathways. These methods are integrated with downstream genetics and bioinformatics procedures for efficient mapping and identification of the causative mutations that are beyond the scope of this manuscript.

我们发现在衣隔离TS突变体加速管道。将细胞分配在琼脂平板上，并且不久后在显微镜单细胞密度下的快速确认，板是经UV照射（ 图1）。典型辐照菌落鉴定并在许可温度（ 图2）挑入的阵列格式后生长10天。在384格式所得板被合并到一个1536阵列（ 图3）。从收集照射菌落这些第一步，我们迄今摆着〜20万的殖民地。 600幸存者菌落将形成在平板上 - 的悬浮液的密度是根据计划UV剂量，使得，占死亡，200调整。三紫外线照射时间（1.5分钟，1分钟，0.5分钟）和三个密度进行了相应的测试（ 表1）。根据经验，在1.5分钟的曝光时间取得了大部分的TS- 突变体（〜50％）;然而，到目前为止，1分钟，得到最细胞周期的候选人。因此，未来的紫外诱变轮用仅1分钟完成。一个重要的问题是初始采摘和交叉污染（特别是在高密度格式）中的飞溅。这可能导致在重复和相同的突变体的进一步表型的两倍。为了尽量减少这种情况的概率，照顾在最佳尺寸收集的殖民地，并确保相邻的殖民地没有在最初的试验采摘。 接着，两个连续的TS-表型分析（ 图5）进行，并在3000 TS-突变体分离并通过时间推移显微镜（ 图8）表型特征。由于学习兴趣细胞周期中符合特定标准的表型的生物学重点，我们没有兴趣在每个目标根收集两个以上的等位基因即因此，我们进行互补和联动与检测特点已与基因两个以上的等位基因（查询）针对新收集的考生请从下游管道（ 图9）极易复发的基因。 <img alt="图1" src="/files/ftp_upload/54831/54831fig1.jpg" /> 图1: 未诱变细胞与诱变的统一传播。 （一）384×2微升液滴分配在使用试剂分配器的琼脂平板。 （二）随机板显微镜验证单细胞密度下测试，并且以1分钟的曝光照射紫外线。比例尺= 50微米。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54831/54831fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a> <img alt="图2"SRC ="/文件/ ftp_upload / 54831 / 54831fig2.jpg"/&gt; 图2.紫外诱变菌落钦点为384阵列。 （一）紫外线照射单细胞生长为约10天进可见菌落。比例尺= 2厘米。 （二）图像分析程序识别按照一定参数可分离的殖民地和机器人阵列它们变成384板。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54831/54831fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a> <img alt="图3" src="/files/ftp_upload/54831/54831fig3.jpg" /> 图3. 合并到1536阵列。四384格式板合并成一个1536板;一旦生长，它们被再次复制到测试对于TS-表型。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54831/54831fig3large.jpg" target="_blank">请点击这里查看</a>更大的版本这个数字。 <img alt="图4" src="/files/ftp_upload/54831/54831fig4.jpg" /> 图4.成像的定量。 （一）将板在一帧的文档摄影待机下保持，使得在一个系列中的所有板在相同的放大倍率和定位拍照。 （二）第一图像是与位于角部和中点红色点的1536孔微量滴定板的。这个"网板"图像定义了阵列的位置。 （三）孵育后一个1536阵列的实施例。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54831/54831fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a> <img alt="图5" src="/files/ftp_upload/54831/54831fig5.jpg" /> 图5.鉴定半干型TS-的-automated图像分析。板图像被定制MATLAB软件（的SI提供）进行分析。图像被自动分割成单元阵列（96，384，或1536），并且在每个小区中的信号进行量化。在增长21°C标记为蓝色，并在33°C的增长标记为黄色。相比于33°C在21°C表现出显著较高的成长殖民地（标准化TS +）被选中并标注在黑色方块有绿点。这些选择可以手动编辑。最终的选择被转移到由集落采摘机器人使用的文件。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54831/54831fig5large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a> <img alt="图6" src="/files/ftp_upload/54831/54831fig6.jpg" /> 图6. 第一轮TS致命考生机器人采摘。樱桃，pickiNG机器人沿着从如步骤2.1中所述挑选的候选人为新阵列生成的文件的说明。顶板示出了灭菌销的加载。底部面板显示从在源板一定菌落精确采摘。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54831/54831fig6large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a> <img alt="图7" src="/files/ftp_upload/54831/54831fig7.jpg" /> 图7. 时间推移筛选TS致死表型进行初步分类。即通过两轮在图5中示出的筛选方案的克隆在细胞密度，使得单个细胞可被微观解决复制到板中。一种改性四分体解剖显微镜被用于识别在该显微照片后0小时，10小时，和20小时孵育一个拍摄位置<html> ŧ33℃。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54831/54831fig7large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a> <img alt="图8" src="/files/ftp_upload/54831/54831fig8.jpg" /> 图8:按照时间推移显微镜鉴定衣藻细胞周期的突变体。 （a）该衣藻独特的细胞周期的示意图描述了长G1期特征的细胞生长，随后裂变SM周期，这结束了新生的子细胞的孵化。 （二）显微图像细胞周期和失败完成有丝分裂典型的细胞周期的突变体的鉴定过程中表现出野生型细胞。比例尺= 50微米。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54831/54831fig8large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a> ENT"FO: - together.within页保留="1"&gt; <img alt="图9" src="/files/ftp_upload/54831/54831fig9.jpg" /> 图9:互补和联动试车。 （a）用频繁重复突变基因的抗生素抗性（ 例如，温湿度计）查询越过在一个96孔板有一组窝藏的第二抗生素抗性盒（ 例如，帕罗）相反交配型的突变体。互补板产生二倍体高馏分如通过（在左下面板）在流式细胞仪的核酸染色和分析示出。 （二）配合混合物既用于在二倍体互补并用于抗双减数分裂后代联动测试。阳性对照是查询本身在相反交配型，而且，正如预期的那样，显示了在33℃的TS-表型，而阴性对照是WT和示出了TS +表型。在盘旋的菌落显示与查询没有互补，因此ñEW TS-等位基因为查询基因。这些通常是从进一步鉴定排除在外，因为只有"空中飞人"是在互补的测试集。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54831/54831fig9large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> 时间 </td><td> OD </td><td> 菌落挑（＃） </td><td> TS-型 </td><td> 细胞周期候选人 </td></tr><tr><td> 1.5&#39; </td><td> 0.012 </td><td> 6000（平均=〜200） </td><td> 200（3.3％） </td><td> 7（3.5％） </td></tr><tr><td rowspan="2"> 1&#39; </td><td rowspan="2"> 0.003 </td><td> 11000 </td><td rowspan="2"> 131（1.19％） </td><td rowspan="2"> 15（11.4％） </td></tr><tr><td> （平均=〜360） </td></tr><tr> &lt;TD行跨度="2"&gt; 0.5&#39; </td><td rowspan="2"> 6E-04 </td><td> 9000 </td><td rowspan="2"> 40（0.45％） </td><td rowspan="2"> 1（2.5％） </td></tr><tr><td> （平均=〜300） </td></tr></tbody></table> 表1:照射时间校准，以最大限度地提高细胞周期突变考生的产量。三照射时间进行了测试（各30片）具有相应的消耗臭氧层物质保证存活菌落数（200 - 600）。

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莱茵衣藻温度敏感致死突变体的高通量机器人辅助分离遗传学 |视频

High-Throughput Robotically Assisted Isolation of Temperature-sensitive Lethal Mutants in Chlamydomonas reinhardtii

Temperature-sensitive (ts) lethal mutants are valuable tools to identify and analyze essential functions. Here we describe methods to generate and classify ts lethal mutants in high throughput.

温度敏感致死突变体的高通量机器人辅助隔离<em&gt;莱茵衣藻</em

Systematic identification and characterization of genetic perturbations have proven useful to decipher gene function and cellular pathways. However, the ...

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A Robotic Platform for High-throughput Protoplast Isolation and Transformation

Over the last decade there has been a resurgence in the use of plant protoplasts that range from model species to crop species, for analysis of signal transduction pathways, transcriptional regulatory networks, gene expression, genome-editing, and gene-silencing. Furthermore, significant progress has been made in the regeneration of plants from protoplasts, which has generated even more interest in the use of these systems for plant genomics. In this work, a protocol has been developed for automation of protoplast isolation and transformation from a &#39;Bright Yellow&#39; 2 (BY-2) tobacco suspension culture using a robotic platform. The transformation procedures were validated using an orange fluorescent protein (OFP) reporter gene (pporRFP) under the control of the Cauliflower mosaic virus 35S promoter (35S). OFP expression in protoplasts was confirmed by epifluorescence microscopy. Analyses also included protoplast production efficiency methods using propidium iodide. Finally, low-cost food-grade enzymes were used for the protoplast isolation procedure, circumventing the need for lab-grade enzymes that are cost-prohibitive in high-throughput automated protoplast isolation and analysis. Based on the protocol developed in this work, the complete procedure from protoplast isolation to transformation can be conducted in under 4 hr, without any input from the operator. While the protocol developed in this work was validated with the BY-2 cell culture, the procedures and methods should be translatable to any plant suspension culture/protoplast system, which should enable acceleration of crop genomics research.

A high-throughput, automated, tobacco protoplast production and transformation methodology is described. The robotic system enables massively parallel gene expression and discovery in the model BY-2 system that should be translatable to non-model crops.

机器人平台的高通量原生质体分离和转型

Over the last decade there has been a resurgence in the use of plant protoplasts that range from model species to crop species, for analysis of signal ...

科研

遗传学

Forward Genetic Approaches in Chlamydia trachomatis

Chlamydia trachomatis, the etiological agent of sexually transmitted diseases and ocular infections, remains poorly characterized due to its intractability to experimental transformation with recombinant DNA. We developed an approach to perform genetic analysis in C. trachomatis&#160;despite the lack of molecular genetic tools. Our method involves: i.) chemical mutagenesis to rapidly generate comprehensive libraries of genetically-defined mutants with distinct phenotypes; ii.) whole-genome sequencing (WGS) to map the underlying genetic lesions and to find associations between mutated gene(s) and a common phenotype; iii.) generation of recombinant strains through co-infection of mammalian cells with mutant and wild type bacteria. Accordingly, we were able to establish causal relationships between genotypes and phenotypes. The coupling of chemically-induced gene variation and WGS to establish correlative genotype&#8211;phenotype associations should be broadly applicable to the large list of medically and environmentally important microorganisms currently intractable to genetic analysis.

Forward Genetic Approaches in Chlamydia trachomatis

We describe a methodology to perform genetic analysis in Chlamydia based on chemical mutagenesis and whole genome sequencing. In addition, a system for DNA exchange within infected cells is described that can be used for genetic mapping. This method may be broadly applicable to microbial systems lacking transformation systems and molecular genetic tools.

正向遗传途径<em&gt;沙眼衣原体</em

Chlamydia trachomatis, the etiological agent of sexually transmitted diseases and ocular infections, remains poorly characterized due to its ...

免疫与感染

A high-throughput method to globally study the organelle morphology in S. cerevisiae

High-throughput methods to examine protein localization or organelle morphology is an effective tool for studying protein interactions and can help achieve an comprehensive understanding of molecular pathways. In Saccharomyces cerevisiae, with the development of the non-essential gene deletion array, we can globally study the morphology of different organelles like the endoplasmic reticulum (ER) and the mitochondria using GFP (or variant)-markers in different gene backgrounds. However, incorporating GFP markers in each single mutant individually is a labor-intensive process. Here, we describe a procedure that is routinely used in our laboratory. By using a robotic system to handle high-density yeast arrays and drug selection techniques, we can significantly shorten the time required and improve reproducibility. In brief, we cross a GFP-tagged mitochondrial marker (Apc1-GFP) to a high-density array of 4,672 nonessential gene deletion mutants by robotic replica pinning.  Through diploid selection, sporulation, germination and dual marker selection, we recover both alleles. As a result, each haploid single mutant contains Apc1-GFP incorporated at its genomic locus. Now, we can study the morphology of mitochondria in all non-essential mutant background. Using this high-throughput approach, we can conveniently study and delineate the pathways and genes involved in the inheritance and the formation of organelles in a genome-wide setting.

GFP-fusion proteins are widely used to visualize organelles by confocal microscopy. However, screening for mutations that affect the morphology of organelles generally requires individual mutagenesis and is time consuming. Here, we demonstrate a method to simultaneously incorporate organelle-GFP markers in almost 5,000 non-essential genes in yeast.

一种高通量的方法，在全球范围内研究在酿酒酵母中的细胞器形态

High-throughput methods to examine protein localization or organelle morphology is an effective tool for studying protein interactions and can help ...

生物学

Mating and Tetrad Separation of Chlamydomonas reinhardtii for Genetic Analysis

The unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii (Chlamydomonas) has become a popular organism for research in diverse areas of cell biology and genetics because of its simple life cycle, ease of growth and manipulation for genetic analysis, genomic resources, and transformability of the nucleus and both organelles. Mating strains is a common practice when genetic approaches are used in Chlamydomonass, to create vegetative diploids for analysis of dominance, or following tetrad dissection to ascertain nuclear vs. organellar inheritance, to test allelism, to analyze epistasy, or to generate populations for the purpose of map-based cloning. Additionally, genetic crosses are routinely used to combine organellar genotypes with particular nuclear genotypes. Here we demonstrate standard methods for gametogenesis, mating, zygote germination and tetrad separation. This protocol consists of an easy-to-follow series of steps that will make genetic approaches amenable to scientists who are less familiar with Chlamydomonas. Key parameters and trouble spots are explained. Finally, resources for further information and alternative methods are provided.

Mating and Tetrad Separation of Chlamydomonas reinhardtii for Genetic Analysis

Mating and tetrad separation are required for genetic analysis in Chlamydomonas reinhardtii. Here we demonstrate standard methods for gametogenesis, mating, zygote germination and tetrad dissection. This protocol consists of an easy-to-follow series of steps that will make genetic approaches amenable to scientists who are less familiar with Chlamydomonas.

交配和四分体分离衣藻遗传分析

The unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii (Chlamydomonas) has become a popular organism for research in diverse areas of cell biology and ...

A Multi-Omics Extraction Method for the In-Depth Analysis of Synchronized Cultures of the Green Alga Chlamydomonas reinhardtii

Microalgae have been the focus of research for their applications in the production of high value compounds, food and fuel. Moreover, they are valuable photosynthetic models facilitating the understanding of the basic cellular processes. System wide studies enable comprehensive and in-depth understanding of molecular functions of the organisms. However, multiple independent samples and protocols are required for proteomics, lipidomics and metabolomics studies introducing higher error and variability. A robust high throughput extraction method for the simultaneous extraction of chlorophyll, lipids, metabolites, proteins and starch from a single sample of the green alga Chlamydomonas reinhardtii is presented here. The illustrated experimental setup is for Chlamydomonas cultures synchronized using 12 h/12 h light/dark conditions. Samples were collected over a 24 h cell cycle to demonstrate that the metabolites, lipids and starch data obtained using various analytical platforms are well conformed. Furthermore, protein samples collected using the same extraction protocol were used to conduct detailed proteomics analysis to evaluate their quality and reproducibility. Based on the data, it can be inferred that the illustrated method provides a robust and reproducible approach to advance understanding of various biochemical pathways and their functions with greater confidence for both basic and applied research.

A Multi-Omics Extraction Method for the In-Depth Analysis of Synchronized Cultures of the Green Alga Chlamydomonas reinhardtii

System-wide analysis of multiple biomolecules is crucial to gain functional and mechanistic insights into biological processes. Hereby, an extensive protocol is described for high throughput extraction of lipids, metabolites, proteins and starch from a single sample harvested from synchronized Chlamydomonas culture.

一种对绿色藻原体同步文化进行深入分析的多表率提取方法

Microalgae have been the focus of research for their applications in the production of high value compounds, food and fuel. Moreover, they are valuable ...

发育生物学

Markerless Gene Deletion by Floxed Cassette Allelic Exchange Mutagenesis in Chlamydia trachomatis

Chlamydia trachomatis is an obligate intracellular pathogen that has been historically difficult to genetically manipulate. Definitive progress in elucidating the mechanisms that C. trachomatis use to create and maintain a privileged intracellular niche has been limited due to a lack of genetic tools. Fortunately, there have recently been several new advances in genetic manipulation techniques. Among these is the development of fluorescence-reported allelic exchange mutagenesis (FRAEM). This method allows targeted gene deletion coupled with insertion of a selection cassette encoding antibiotic resistance and green fluorescent protein (GFP). Reliance on this strategy can be complicated when targeting genes within polycistronic operons due to the potential of polar effects on downstream genes. Floxed cassette allelic exchange mutagenesis (FLAEM), the protocol for which is described here, was developed to alleviate cassette-induced polar effects. FLAEM utilizes Cre-loxP genome editing to remove the selection cassette after targeted deletion by allelic exchange. The resulting strains contain markerless gene deletions of one or more coding sequences. This technique facilitates direct assessment of gene function and expands the repertoire of tools for genetic manipulation in C. trachomatis.

Markerless Gene Deletion by Floxed Cassette Allelic Exchange Mutagenesis in Chlamydia trachomatis

Described here is a method for targeted, markerless gene deletion in Chlamydia trachomatis using floxed cassette allelic exchange mutagenesis, FLAEM.

无标记基因删除由絮凝血盒等位基因交换突变在衣原体沙眼

Chlamydia trachomatis is an obligate intracellular pathogen that has been historically difficult to genetically manipulate. Definitive progress in ...

Live-Cell Forward Genetic Approach to Identify and Isolate Developmental Mutants in Chlamydia trachomatis

The intracellular bacterial pathogen Chlamydia trachomatis undergoes a developmental cycle consisting of two morphologically discrete developmental forms. The non-replicative elementary body (EB) initiates infection of the host. Once inside, the EB differentiates into the reticulate body (RB). The RB then undergoes multiple rounds of replication, before differentiating back to the infectious EB form. This cycle is essential for chlamydial survival as failure to switch between cell types prevents either host invasion or replication.
Limitations in genetic techniques due to the obligate intracellular nature of Chlamydia have hampered identification of the molecular mechanisms involved in the cell-type development. We designed a novel dual promoter-reporter plasmid system that, in conjunction with live-cell microscopy, allows for the visualization of cell type switching in real time. To identify genes involved in the regulation of cell-type development, the live-cell promoter-reporter system was leveraged for the development of a forward genetic approach by combining chemical mutagenesis of the dual reporter strain, imaging and tracking of Chlamydia with altered developmental kinetics, followed by clonal isolation of mutants. This forward genetic workflow is a flexible tool that can be modified for directed interrogation into a wide range of genetic pathways.

Live-Cell Forward Genetic Approach to Identify and Isolate Developmental Mutants in Chlamydia trachomatis

This protocol utilizes fluorescent promoter-reporters, live-cell microscopy, and individual inclusion extraction in a directed forward genetic approach to identify and isolate developmental mutants of Chlamydia trachomatis.

活细胞向前遗传方法，识别和分离衣 原体沙眼中的发育突变体

The intracellular bacterial pathogen Chlamydia trachomatis undergoes a developmental cycle consisting of two morphologically discrete developmental forms. ...

利用根癌农杆菌在小球藻中的稳定基因整合

Agrobacterium tumefaciens-Mediated Genetic Engineering of Green Microalgae, Chlorella vulgaris

Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation (AMT) serves as a widely employed tool for manipulating plant genomes. However, A. tumefaciens exhibit the capacity for gene transfer to a diverse array of species. Numerous microalgae species lack well-established methods for reliably integrating genes of interest into their nuclear genome. To harness the potential benefits of microalgal biotechnology, simple and efficient genome manipulation tools are crucial. Herein, an optimized AMT protocol is presented for the industrial microalgae species Chlorella vulgaris, utilizing the reporter green fluorescent protein (mGFP5) and the antibiotic resistance marker for Hygromycin B. Mutants are selected through plating on Tris-Acetate-Phosphate (TAP) media containing Hygromycin B and cefotaxime. Expression of mGFP5 is quantified via fluorescence after over ten generations of subculturing, indicating the stable transformation of the T-DNA cassette. This protocol allows for the reliable generation of multiple transgenic C. vulgaris colonies in under two weeks, employing the commercially available pCAMBIA1302 plant expression vector.

作者聚焦：使用根癌农杆菌优化寻常小球藻的转化方案 

This protocol outlines the utilization of Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation (AMT) for integrating gene(s) of interest into the nuclear genome of the green microalgae Chlorella vulgaris, leading to the production of stable transformants.

根癌农杆菌介导的绿色微藻、寻常小球藻的基因工程

Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation (AMT) serves as a widely employed tool for manipulating plant genomes. However, A. tumefaciens exhibit ...

温度敏感致死突变体的高通量机器人辅助隔离

摘要

探索更多视频

此视频中的章节

机器人平台的高通量原生质体分离和转型

正向遗传途径

一种高通量的方法，在全球范围内研究在酿酒酵母中的细胞器形态

交配和四分体分离衣藻遗传分析

一种对绿色藻原体同步文化进行深入分析的多表率提取方法

无标记基因删除由絮凝血盒等位基因交换突变在衣原体沙眼

活细胞向前遗传方法，识别和分离衣原体沙眼中的发育突变体

根癌农杆菌介导的绿色微藻、寻常小球藻的基因工程

根癌农杆菌介导的绿色微藻、寻常小球藻的基因工程

根癌农杆菌介导的绿色微藻、寻常小球藻的基因工程

温度敏感致死突变体的高通量机器人辅助隔离

摘要

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机器人平台的高通量原生质体分离和转型

正向遗传途径

一种高通量的方法，在全球范围内研究在酿酒酵母中的细胞器形态

交配和四分体分离衣藻遗传分析

一种对绿色藻原体同步文化进行深入分析的多表率提取方法

无标记基因删除由絮凝血盒等位基因交换突变在衣原体沙眼

活细胞向前遗传方法，识别和分离衣 原体沙眼中的发育突变体

根癌农杆菌介导的绿色微藻、寻常小球藻的基因工程

根癌农杆菌介导的绿色微藻、寻常小球藻的基因工程

根癌农杆菌介导的绿色微藻、寻常小球藻的基因工程

活细胞向前遗传方法，识别和分离衣原体沙眼中的发育突变体