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我々は、葉緑体trnL-Fスペーサー領域内の標的DNA配列の違いがの品種を区別することが、様々な特異的PCRプライマーを採用して費用対効果の迅速な分子タイピングプロトコルを提供チガヤ(cogongrass)単独形態によって区別することができない。これらの品種は、私は、連邦政府が記載されている有害な雑草、cogongrassと密接に関連する、広く普及し、様々な装飾品が含まれてい。チガヤ VAR。チガヤ(日本人の血草)。
野生型I.チガヤ (cogongrass)は負のアフリカ、アジア、ヨーロッパ、ニュージーランド、オセアニア、南北アメリカ1月2日を通して73カ国の農業と天然資源に影響を与え、世界のトップ10最悪の侵略的な植物の一つです。 Cogongrassは、ネイティブの植物種の多種多様な変位と順番に飼料及び避難所のための避難ネイティブ植物種に依存する野生動物を脅かす急速に拡散、monodominantスタンドを形成します。問題は、装飾的な様々な[I.に追加するチガヤ VAR。 チガヤ (レツィウス)]が広くチガヤ "ヤマモモ"、レッドバロン 、そして日本人の血草(JBG)の名前で市販されている。この品種は、推定される滅菌と非侵襲的であり、その赤い色の葉を観賞望ましいと考えられている。ただし、適切な条件下では、JBGは、実行可能なシードを生成することができます(キャロルHolko、2009私信)と私は緑に戻すことができます。それは野生型の侵襲的な様々な4( 図1)の際立った特性を取るように頻繁にcogongrassから区別することはできませんnvasiveフォーム。これはよく訓練された植物分類学者であっても形態に困難なタスクを使用して識別を行います。積極的な緑の表現型にJBGの復帰もまれではありません。コーディングと核と葉緑体DNAの両方の可変領域の配列比較を使用して、我々はJBGは、メリーランド州、サウスカロライナ州とミズーリ州の州内緑の侵襲に戻っていることを確認しています。アクティブcogongrassの侵入がないですJBGは、米国本土ではほぼすべての状態で販売されていると植えられています。よく分かっていないに戻す問題の範囲に戻っ植物は文書化されていないとしばしば破壊されたためです。
この分子プロトコルのアプリケーションが戻り、共起からこれらの品種を保つのを助けることができるJBGを識別する方法を提供するndはおそらくハイブリダイズする。 Cogongrassが嫌気outcrosserであり、異なった遺伝子型と交配する場合、実行可能な生成することができます5月7日広い長距離cogongrassを広げて種子を風を分散。 JBGはcogongrass若干異なる遺伝子型を持っており、cogongrassで実行可能なハイブリッドを形成することができるかもしれません。問題に追加するには、JBGはcogongrass 8月10日よりも寒さと寛容な日陰であり、これら2品種間の遺伝子の流れがより積極的であるハイブリッドを生成する可能性がある、野生型cogongrassより丈夫トレラント、冷陰。野生型cogongrassは、現在、東南アジア、米国で世界中で100万490ヘクタール以上をinfestsながらは50万ヘクタール以上infests、それが急速に北上し、その幅広いニッチや地理的な潜在的な3,7,11のために広がって、米国の大半を占めることができます。遺伝的交差の可能性はUSDA-APHIS連邦有害週間のプログラムのために深刻な懸念である。現在、USDA-APHISは、州WHでJBG禁止しているERE主要なcogongrassの蔓延(例えば、フロリダ州、アラバマ州、ミシシッピ州)があります。 cogongrassとJBG、その分布を拡大しかし、組み合わせから2品種を防止することがより困難に証明することができます。さらに、JBGの配布元に戻すには、現在不明であり、形態を介してこれらの品種を識別する能力なしに、いくつかのcogongrassの蔓延は、JBG戻りの結果であるかもしれません。残念なことに、識別、現在の分子のメソッドは、通常とコストがかかる時間です。どちらもAFLP(増幅断片長多型)と、DNAシークエンシング、依存しています。ここでは、正確にcogongrassとJBG戻す区別する最初の費用対効果と信頼性の高いPCRベースの分子タイピング手法を提案する。
1。標本の収集と保存
この方法は開発され、新鮮な、凍結、最近乾燥した葉組織を用いて試験した。
2。 DNA抽出
1マイナー変更を加えた、製造元の指示に従って、植物組織からDNAを抽出するために、DNeasy植物ミニキット(カタログ番号69104または69106キアゲン、バレンシア、CA)に従ってください。代わりに、列ごとに提案され、100未満mgの新鮮組織または20未満mgの乾燥組織を使用するのではなく、適切なチューブに(乾燥した組織から、あるいは> 20 mg)を新鮮あるいは凍結組織から100 mgを転送し、100ミリグラム以上のを挽くと、抽出のために。核およびプラスチドDNAが同時に抽出されます。
3。 DNAの質と量の検証
4。 PCRプライマー
このプロトコルで使用されているPCRプライマーはcogongrassのプラスチドtrnL-Fのスペーサー領域とJBG遺伝子間の配列の違いに基づいています。これらの違いは、一意のシーケンス( 図4)のサイトでプライマーを配置することによって、様々な特異的プライマーの開発を許可されているSNPの形(一塩基多型)に来るとindelsの(挿入と削除)。
名 | シーケンス |
trnF(GAA)-F | 5'-ATTTGAACTGGTGACACGAG-3 ' |
trnL(5 'エクソン)-C | 5'-CGAAATCGGTAGACGCTACG-3 ' |
名 | SEQuence |
trnLF-C-F1 | 5'-TCCACTTTTTTGAAAAAACAAGTGCAA-3 ' |
trnLF-C-R1 | 5'-GCCGATACTCTAATAAATAAAAAAAAAAAAGAAAT-3 ' |
名 | シーケンス |
trnLF-R-F2 | 5'-CCAAATCCACTTTTTTGAAAAAACAAGTGGTT-3 ' |
trnLF-R-R2 | 5'-CGAGATTCCTTGCCGATACTCTAATAAAA-3 ' |
5。 PCRのセットアップ
DNA抽出は、PCR反応における上記プライマーセットをそれぞれ用いて増幅されています。すべてのPCR試薬がうまく働いて、バンドを生成することができることを保証するために陽性コントロールが含まれています。試薬のそれないことを確認するための負の制御を含む不要なDNAで汚染されている。 ネガティブコントロールは、テンプレートを含まないとしないバンドの生産になるはずです。
PCR試薬 | 使用したボリューム | 最後のConcetration |
ヌクレアーゼフリーのddH 2 O | 40.5μL | |
10Xアドバンテージ2 PCRバッファー(クロンテック、CA) | 5.0μL | 10%(v / v)の |
利点純PCRのdNTPミックス(各10mMの、クロンテック、CA) | 1.0μL | 0.2mMの |
プライマー1(DDH 2 Oの12μm)の | 1.0μL | 0.24μM |
プライマー2(DDH 2 Oの12μm)の | 1.0μL | 0.24μM |
アドバンテージ2ポリメラーゼミックス(Clonetech社、カリフォルニア州) | 0.5μL | 1%(v / v)の |
DNA抽出(70 / NG反応;必要に応じてのddH 2 Oの音量を調整) | 1.0μL | 1.4 ng /μlに |
合計:50.0μL |
6。 PCRサイクリング
サイクル | アニーリング変性 | 重合 |
1 | 95℃で2分°C | |
2 | 95°Cで30秒 | 30秒61℃で90秒68°Cで35サイクル |
3 | 68℃5分°C | |
サンプルが削除されるまで4℃で保持する |
7。 PCR産物のゲル電気泳動
独立したPCR産物は、標準的な電気泳動を用いて1%アガロースゲル上で、分析の結果を可視化する。
8。代表的な結果
PCR産物を可視化すると、cogongrassはJBGまたは元に戻しJBG( 図5)のそれに比べてユニークなバンドパターンを持っています。各DNAサンプルについては、trnL-F陽性コントロールプライマーセットは〜890 bpの単一の高強度のバンドになるはずです。これは、すべてのPCR試薬がうまく機能していることを確認します。同様に、ネガティブコントロール(テンプレートなし)反応は、任意のプライマーのためのバンドを含まないようにすべきらは使用されます。これは、試薬のどれが汚染されなかったことを確認します。
DNAサンプルは、野生型cogongrass、JBG特異的プライマーなしのバンドになりつつcogongrass特異的プライマーセットは〜595 bpの単一のバンドになり用いたPCR反応から派生している場合。 DNAサンプルは、JBGから派生した、またはJBG元に戻された場合cogongrass特異的プライマーなしのバンドになりながら、同様に、JBG特異的プライマーセットを用いたPCR反応は、〜594 bpの単一のバンドになります。 JBGとJBGを戻すと、同一の核酸配列を持っているので、それ故に同一のバンドパターンがあります。多くのサンプルが同時にゲル上で比較されるのであれば、我々は、このように、それが容易に肯定的な結果を得るためにサンプルをスキャンするようになって、お互いに隣接し、それぞれのプライマーから派生したすべてのサンプルを実行することをお勧めします。
戻りをJBGとJBGの間に形態的な違いはかなり明らかである(葉とJBの小さい身長の例:赤色 PCRの結果が同じになりながら、G対緑の着色、大きな身長とJBGの積極的な成長戻す)は、そう、JBG品種は、植物の形態を使用して区別するのは簡単です。
図1温室効果の比較成長チガヤ VAR。 チガヤ (日本人の血草)、差し戻しI.チガヤ VAR。 チガヤ (JBG元に戻す)とI.チガヤ (野生型cogongrass)。
図2光度計分光光度計を用いて検証したDNAサンプルの例を示します。にかかわらず、使用される分光光度計、260/280比に近い1.8〜なければならないおよび260/230比が2.0に近いことに注意してください。
図4。 チガヤ VAR。 チガヤ (日本人の血草)のtrnL-F領域の配列アラインメントでは、I.を差し戻しチガヤ VAR。 チガヤ (JBG元に戻す)とI.チガヤ (野生型cogongrass)。黒い縦の矢印は、SNPとindelsのから得られた配列の違いを示しています。水平方向の緑の矢印はcogongrass特異的PCRに使用する野生型cogongrassプライマーの位置を示している。水平方向の赤矢印は、POを示すJBGとJBG-特異的PCRに用いるプライマーを元に戻すJBGの回転位置。
図5。cogongrassから派生したPCR産物のゲル電気泳動の代表的な結果は、JBGとcogongrassとJBG特異的プライマーと同様にtrnL-Fポジティブコントロールとテンプレートなしのネガティブコントロールと組み合わせたDNAサンプルを元に戻すJBG。
アメリカの保育園や景観産業はエキゾチックで斬新な植物種を栽培し、販売に成功する。貿易の拡大、グローバル化と相まって、これは、侵襲的な植物種は、次のコマンドを入力し確立し、米国では連邦政府の侵襲になる可能性を含めて、頻繁に入手できない情報に依存しているような植物を調節する能力を広がっていく可能性が高くなり、ネイティブと帰化した分類群から正しい分類、遺伝的明瞭。侵略的な植物の知識はしばしば制限されているため、隠された侵襲的な特性を持つインポートされた植物は喜んで彼らだけが私たちの農業と天然資源に侵入することが後で学ぶために導入されました。このプロトコルは、I.に関連付けられているような問題に対処することを目指して正確には、野生型cogongrassとその装飾JBGの相手の元に戻す形を 区別できる最初の簡略化の分子のメソッドを提供することによって、 チガヤの品種。
このプロトコルの開発のためjove_content ">は、野生型cogongrassは、2008年6月にジェイ、フロリダ州の近くにサンタローザ郡の池·クリーク森林単位で帰化した集団から採取した。JBGは、商業苗床(ブルーバード保育園、(株)から調達されました。リバー、マサチューセッツ州ユニバーシティパークから2009年6月;)2008年6月に同様にコロンビア州の住宅所有者のコレクションから、MO JBGは2008年6月にクレムソン大学、サウスカロライナ州でキャンベル地質標本館の中庭から得られたが戻り、 2009年にコロンビア、ミズーリにある住宅(リーランドCsekeで識別される)の前庭からすべての工場はハンツビルのアラバマ大学(ハンツヴィル、アラバマ州)に位置する温室で維持した。これらの植物から採取したDNAの遺伝子配列は、一般的にバーコードの植物2品の独立したDNA領域の深さの比較に含まれています。すべてのケースでは、JBGの配列はこのように助け、JBG戻すのものと100%一致したJBGは確かに緑、侵襲的な形に戻すにはないことを確認してください。唯一の核と葉緑体trnL-Fの領域は、遺伝的にcogongrassとJBGを区別するために使用できる違いがあります。 trnL-Fの領域は、2個のSNPと2 indelsの(挿入および欠失)がありながら、ITS領域は、cogongrassとJBGの間に3個のSNP(一塩基多型)の合計を持っています。これらの遺伝的差異は、野生型cogongrassとJBG戻りを区別することができます開発される様々な特異的PCRプライマーを可能にした。最も信頼性の高い結果がプラスチドtrnL-Fの領域由来のプライマーから来ている。したがって、このプロトコルはcogongrass、JBGの葉緑体ゲノムのtrnL-F領域とJBG( 図4)元に戻すとの間の配列の違いに基づいています。
問題の種類により具体的なプライマーを生成し、密接に関連する種から偽陽性を避けるために助けるために、アルI. lの知られているtrnL-Fのシーケンスチガヤの品種は、関連する草種(29種から43の独立した配列、 例えば、Cymbopogon citratus、Sorghastrum incompletum、ハトムギハトムギ-jobi、ススキ、サトウキビ、モロコシ )からtrnL-Fの配列と比較した。 、我々は草、様々な特異的プライマーの特異性の29種を越えて様々な特異的プライマーの配列を調べたが、総合的に他のほとんどの草種からのDNAを増幅する能力について検討されていない。その結果、DNA抽出に使用する組織は、慎重にIとして識別する必要があります前にこのプロトコルを開始するチガヤ 。草がcogongrassまたはJBGのいずれかとして識別できない場合は、我々は、配列がcogongrassまたはJBGと正確に一致することを確認するためにPCR産物をシークエンシングをお勧めします。現在、指定された草の標本の身元を確認するための最も正確な方法は 、tの両方で、PCRを実行することですRNL-FおよびITS領域、配列のPCR産物の確認と正確に識別分類から知られている配列への配列の比較が続く。 DNAは、コントロールは、このプロトコルに詳述プライマー(trnL-Fの領域の場合)または他の出版物13から15で利用可能な他のプライマーを用いて増幅することができます。シーケンスは、私たちの簡略化の手順を使用してより集中的に多くの労力とコストである。
PCRに用いるプライマーの品質は、プロシージャの成功に不可欠です。我々は斜バイオ株式会社(からこの手順のためのプライマーが利用可能になったhttp://www.obliquebio.com/web/ 、ハンツヴィル、アラバマ州)。斜めバイオからプライマーを注文する利点は、彼らが我々の研究室での最適化に用いたプライマーと同一のサンプルの生産シリーズから、各プライマーのアリコートを大量に格納することです。その結果、プライマーは同じ配列を持っていますが、トンだけでなく、ねえ、このプロトコルで使用されたまったく同じ製造ロットから来ています。同じロットからプライマーを用いて、PCRプライマーの品質の違いから生じるの手順で、余分な変数を避けるのを助けることができます。同様に、他のTaqポリメラーゼはPCR、使用されるTaqポリメラーゼの品質のために正常に動作する必要がありますが、PCRの結果の品質に影響を与えます。 PCR試薬の優れた一貫性を可能にするために、我々は、クロンテックからの試薬を用いてプロトコルを最適化している。アドバンテージ2ポリメラーゼ(クロンテック社、カリフォルニア州マウンテンビュー、カタログ番号639201または639202)は、堅牢なホットスタートTaqポリメラーゼと高い特異性とより正確な増幅を提供するのに役立ちプルーフリーディング酵素の混合物である。
このプロトコルは母性草に継承されている葉緑体DNA、に依存しているため、cogongrassとJBG遺伝子型間のハイブリダイゼーションのイベントは私たちの分子同定の手順でキャプチャすることはできません。 hypridizationがsuspeである場合にCTED、我々は両方の親から継承された核領域を使用することをお勧めします。植物ジェノタイピングする際に考慮すべき最も一般的に使用される非プラスチド可変領域は、核リボソームのITS領域13-15,17です。現在、我々は同じPCRチューブ内での核ITS領域のそれと葉緑体trnL-F領域の増幅を多重化に向けて前進している。核DNA領域とプラスチド多重化は、潜在的に単独を使用する場合の制限を回避するだろうが、このような方法はケースバイケースで可能性を判断するために最適化し、追加評価が必要になります。定量的リアルタイムPCR(定量PCR)、およびそのような分子ビーコン(蛍光プライマープローブ)、などの新しい技術の使用は、フェイルセーフの正確な植物ジェノタイピング方法として評価されている。
ここで紹介するプロトコルは、JBGは、野生型cogongrassのものから戻す区別するために、高速かつ信頼性の高いアプローチを提供します。我々は、使用を奨励するこのプロトコルのRSは、このプロトコルの使用に関して得られる結果を報告するために私達に連絡する。このような共有される情報は、JBGのディストリビューションに戻りに関する情報を提供するのに役立ちます。これは、USDAでのレギュレータは非常に侵襲的なcogongrass品種の普及と潜在的なハイブリダイゼーションを回避するために必要されるアクションに、情報に基づいて決定を下すのに役立ちます。
我々は、開示することは何もありません。
我々は標本を得るための支援のためにアランタスカー(USDA-APHIS、リバーデール、MD)、スティーブン·コンプトン(クレムソン)、シェリーAultman(クレムソン)、クレイグ·ラムゼイ(USDA-APHIS、フォートコリンズ、コロラド州)、そしてベティMarose(UMD)に感謝。我々は、ビデオの撮影の彼の仕事のための学生アンドリュー·エイドリアン(UA-ハンツビル)とデレク·タッカー(UA-ハンツビル)は、このプロトコルをテストする彼らの支援のために、ヨセフHerdyに感謝します。この作品は、国立魚類野生生物財団によって資金を供給された。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
試薬の名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
DNeasy植物ミニキット | キアゲン、バレンシア、カリフォルニア州 | 69104または69106 | 良い品質のDNAを返す任意の評判の良いゲノム植物DNAキットはこれらの手順については、正常に動作する必要があります。 |
trnF(GAA)-F | 斜めバイオ株式会社 | 3から0578 | 前方に陽性対照用プライマー |
trnL(5 'エクソン)-C | 斜めバイオ株式会社 | 3から0579 | 陽性対照プライマーを逆 |
trnLF-C-F1 | 斜めバイオ株式会社 | 3から0864 | 前方に野生型cogongrassプライマー |
trnLF-C-R1 | 斜めバイオ株式会社 | 3から0865 | 逆野生型cogongrassプライマー |
trnLF-R-F2 | 斜めバイオ株式会社 | 3から0866 | フォワードJBGとプライマーを元に戻すJBG |
trnLF-R-R2 | 斜めバイオ株式会社 | 3から0867 | JBGとプライマーを元に戻すJBG逆 |
利点純PCRのdNTPミックス | Clontech社、カリフォルニア州マウンテンビュー | 639125 | |
アドバンテージ2ポリメラーゼ | Clontech社、カリフォルニア州マウンテンビュー | 639201または639202 | 優れたプルーフリーディング、ホットスタートTaqポリメラーゼ |
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