Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (32071135 ve 31471010), Şanghay Pujiang Programı (14PJ1405900) ve Şanghay Doğa Bilimleri Vakfı (19ZR1446400) tarafından desteklenmiştir.

1. cDNA/ORF'nin yukarı akışında optimal Cas9/sgRNA bölünme bölgesinin belirlenmesi
<ol><li>Aynı vektör omurgalı cDNA veya ORF plazmitlerinin hazırlanması<ol><li>Drosophila genom kaynak merkezi (DGRC, https://dgrc.bio.indiana.edu/) Altın Koleksiyonu10,11, fare memeli gen koleksiyonu (MGC, https://genecollections.nci.nih.gov/MGC/) ve insan CCSB çapında Lentiviral ekspresyon kütüphanesi12 gibi kamu kaynaklarında bulunan cDNA/ORF klonlarını satın alın. Bu protokolde, DGRC Altın Koleksiyonunda bulunan pOT2 vektör tabanlı cDNA/ORF klonlarını örnek olarak alıyoruz.</li>
		<li>Bir plazmit mini hazırlama kiti kullanarak plazmit DNA'sını çıkarın. Plazmitlerin konsantrasyonunu bir spektrofotometre ile ölçün.</li>
	</ol></li>
	<li>sgRNA'ların tasarımı<ol><li>CHOPCHOP web sitesini ziyaret edin (https://chopchop.cbu.uib.no/). Hedefi Yapıştır düğmesine tıklayın ve ardından ilgilendiğiniz DNA dizisini girin. İlgilenilen dizi, cDNA/ORF 5' ucunun yukarı akışında pOT2 vektör omurgasında bulunan 20-100 bp'lik bir bölgedir.</li>
		<li>Drosophila melanogaster türünü seçin. Hedef Siteleri Bul düğmesini tıklayın. Tahmini verimliliği %80'den yüksek olan sgRNA adaylarını seçin.</li>
	</ol></li>
	<li>sgRNA'ların hazırlanması<ol><li>PAGE ile saflaştırılmış oligolar, ileri bir astar sipariş edin (5 "-TAATACGACTCACTATAGG (N) 20GTTTTAGAGCTA GAAATAG-3'), burada (N)20 , bir sgRNA'nın hedef dizisidir ve bir sgRNA iskele ters primer sgRNA-REV (5'-AAAAGCACCGACTCGGTGCCACTT-3'). NOT: PAGE saflaştırılmış yüksek kaliteli oligonükleotidlerin kullanılmasını öneririz.</li>
		<li>sgRNA'nın in vitro transkripsiyonu (IVT) için PCR ile bir DNA şablonu hazırlayın. Aşağıdaki gibi 100 μL'lik bir PCR reaksiyonu ayarlayın: 5 μL şablon pX330 (Feng Zhang'ın hediyesi Addgene plazmidi 42230; 0.1 ng/μL), 5 μL ileri astar (10 μM), 5 μL sgRNA-REV (10 μM), 50 μL 2x Yüksek kaliteli PCR ana karışımı ve bir PCR tüpünde 35 μL dietil pirokarbonat (DEPC) ile muamele edilmiş su.</li>
		<li>Aşağıdaki termodöngü koşullarını kullanarak PCR gerçekleştirin: 30 saniye boyunca 98 °C'lik 1 döngü; 10 sn boyunca 98 °C, 10 sn için 51 °C, 5 sn boyunca 72 °C'lik 5 döngü; 10 sn boyunca 98 °C'de 30 döngü, 15 sn boyunca 72 °C; 2 dakika boyunca 72 °C'lik 1 döngü. Reaksiyonları bir termal döngüleyicide inkübe edin.</li>
		<li>PCR ürünlerini %0,8 agaroz jel elektroforezi ile ayırın. UV altında jel üzerinde ~ 120 bp'lik bir DNA fragmanı görünmelidir. Bir jel ekstraksiyon kiti kullanarak ~ 120 bp DNA fragmanını saflaştırın. Saflaştırılmış DNA fragmanı, sgRNA'nın IVT'si için bir şablon görevi görür.</li>
		<li>Aşağıdaki gibi 5 μL'lik bir IVT reaksiyonu ayarlayın: 165 ng ~ 120 bp saflaştırılmış jel DNA fragmanı, 1.65 μL NTP tampon karışımı, 0.33 μL T7 RNA polimeraz karışımı ve DEPC ile muamele edilmiş su. Reaksiyonları 37 ° C'de 4 saat inkübe edin. Bir in vitro transkripsiyon kitinin manuel talimatlarını izleyin.</li>
		<li>IVT reaksiyon ürününe 45 μL DEPC ile arıtılmış su ekleyin. IVT reaksiyon ürünlerini RNA olarak değerlendirin ve DEPC ile arıtılmış suyu boş kontrol olarak kullanın. sgRNA konsantrasyonunu bir spektrofotometre ile ölçün. Seyreltilmiş sgRNA konsantrasyonu 870 ng/μL civarındadır.</li>
		<li>IVT reaksiyon ürününü DEPC ile muamele edilmiş su ile 20 ng / μL'ye seyreltin. sgRNA'yı doğrudan -80 °C'de ayırın ve saklayın. NOT: IVT reaksiyonundan sonra, DNA şablonunun miktarı sgRNA'nınkinin %0.4'ünden daha az olduğundan ve DNA şablonu sonraki CRISPRmass reaksiyonunu etkilemediğinden, sgRNA'nın kesin konsantrasyonunu ölçmek için DNA şablonunun DNaz sindirimi ile çıkarılması gerekli değildir. Bu nedenle, sgRNA saflaştırması gerekli değildir.</li>
	</ol></li>
	<li>sgRNA'ların değerlendirilmesi<ol><li>Bir restriksiyon enzimi ile pOT2 vektör omurgası taşıyan bir cDNA/ORF plazmidini sindirin. Elde edilen DNA fragmanlarını% 0.8 agaroz jel elektroforezi ile ayırın. DNA substratını bir jel ekstraksiyon kiti ile saflaştırın. NOT: pOT2 vektör omurgasının sgRNA hedefleme dizilerini içeren bir DNA fragmanı, Cas9/sgRNA'ların DNA substratı olarak hizmet eder. Cas9/sgRNA'ların bölünme bölgeleri asimetrik olarak DNA substratında bulunur ve bu nedenle, DNA substratının Cas9/sgRNA'lar tarafından bölünmesi, farklı boyutlarda iki DNA fragmanı verir, bu da onları sindirim reaksiyonunda parçalanmamış DNA substratından ayırt etmeyi kolaylaştırır.</li>
		<li>Aşağıdaki gibi 5 μL'lik bir Cas9 bölünme reaksiyonu ayarlayın: 0.2 μL 1.22 μM S. pyogenes Cas9, 0.5 μL 20 ng/μL sgRNA, 0.015 pmol DNA substratı, 0.5 μL 10x Cas9 Tamponu ve DEPC ile arıtılmış su. Reaksiyonları 37 °C'de 1 saat inkübe edin.</li>
		<li>Bölünme ürünlerini %0.8 agaroz jel elektroforezi ile ayırın. Bozulmamış DNA substratını, sindirilmiş DNA substratı için negatif bir kontrol olarak yükleyin. NOT: Burada, bozulmamış DNA substratı, Cas9/sgRNA'lar tarafından sindirim reaksiyonlarına tabi tutulmayan DNA substratını ifade eder. DNA substratının Cas9/sgRNA'lar tarafından bölünmesi, farklı boyutlarda iki DNA fragmanı verir, bu da sindirim reaksiyonunda bölünmemiş DNA substratından ayırt edilmelerini kolaylaştırır.</li>
		<li>Dijital bir görüntüleme sistemi ile bölünme modellerini analiz edin (Şekil 2). Sonraki CRISPRmass deneyleri için en verimli sgRNA'yı seçin. Şekil 2 , dört sgRNA'nın tümünün yüksek bölünme verimliliği sergilediğini ve CRISPRmass için kullanılabileceğini göstermektedir. Sonraki deneyler için altı çizili sgRNA'yı seçin. NOT: Bölünmemiş DNA substratı ne kadar küçükse, sgRNA, DNA substratının Cas9/sgRNA sindirimi için o kadar verimli olur.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Bir İHA modülünün inşası
NOT: Bir UAS modülü, bir çekirdek UAS ve omurga bölünme bölgesinin sırasıyla 5' ve 3' uçları ile örtüşen 5' ve 3' terminal dizilerinin yaklaşık 20-40 bp'sini içerir (Şekil 1). UAS modülünün 5' ve 3' terminal dizileri, pOT2 vektörünün omurga bölünme bölgesi tarafından belirlenir.
<ol><li>pOT2 vektörüne özgü UAS modülünü pCR8GW vektörünün EcoRI bölgesine klonlayın, böylece pCR8GW-Amp-W-attB-UAS-Hsp70 plazmidi elde edin (Ek Dosya 1). pCR8GW-Amp-W-attB-UAS-Hsp70 plazmitinin EcoRI ile 37 °C'de 1 saat süreyle sindirilmesiyle pOT2 vektörüne özgü UAS modülünü serbest bırakın.</li>
	<li>Bölünme ürünlerini %0.7 agaroz jel elektroforezi ile ayırın. 6178-bp UAS modülünü bir jel ekstraksiyon kiti ile saflaştırın. Sonraki deneyler için UAS modülünü 23 ng/μL'ye seyreltin. Bu 6178 bp fragmanı, pOT2 vektör tabanlı cDNA/ORF klonlarından UAS-cDNA/ORF plazmitlerinin inşası için bir UAS modülü görevi görür.</li>
</ol>3. CRISPRmass ile UAS-cDNA/ORF plazmitlerinin büyük ölçekli inşası
NOT: CRISPRmass, E. coli dönüşümünden önce büyük ölçüde paralel iki aşamalı test tüpü reaksiyonları olarak standardize edilmiştir (Şekil 1).
<ol><li>Test tüpü reaksiyonu adım 1<ol><li>cDNA/ORF plazmitlerinin özdeş vektör omurgalarını Cas9/sgRNA ile ayırın. 0,2 mL'lik tüpleri buz üzerinde alüminyum bir soğutma bloğuna yerleştirin ve tüpleri dikkatlice etiketleyin. Ana karışımı aşağıdaki gibi hazırlayın.<ol><li>Tek bir reaksiyon için 0.16 μL 1.22 μM S. pyogenes Cas9, 0.4 μL 20 ng/μL sgRNA, 0.24 μL 10x Cas9 tamponu, 1.2 μL DEPC ile arıtılmış su ekleyin. N reaksiyonları için (N+1) x 0.16 μL 1.22 μM S. pyogenes Cas9, (N+1) x 0.4 μL 20 ng/μL sgRNA, (N+1) x 0.24 μL 10x Cas9 tamponu, (N+1) x 1.2 μL DEPC ile arıtılmış su ekleyin.</li>
		</ol></li>
		<li>Girdap, iyice karıştırın ve döndürün. Her tüpe 2 μL ana karışım ekleyin. Her tüpe 0.4 μL 0.019 μM cDNA / ORF plazmidi ekleyin. Bölünme reaksiyonlarını 37 °C'de 1 saat inkübe edin. NOT: Her bir plazmidi DEPC ile muamele edilmiş su ile 0.019 μM'ye seyreltin. Bir plazmitin konsantrasyonu 0.019 μM'den düşükse, plazmit DNA'sını doğrudan bölünme reaksiyonuna ekleyin. RNaz içermeyen tüpler ve DEPC ile arıtılmış su kullanın. Bu adımların büyük ölçekte gerçekleştirilmesi birkaç saat sürecektir. Aksi belirtilmedikçe, reaktifleri ve reaksiyonları buz üzerinde tutun.</li>
	</ol></li>
	<li>Test tüpü reaksiyonu adım 2<ol><li>2. adımdan vektöre özgü bir UAS modülünü, tek adımlı reaksiyon düzeneği ile Cas9 doğrusallaştırılmış cDNA/ORF plazmitlerine yerleştirin. Her numune için 1,4 μL'lik tek adımlı bir reaksiyon ayarlayın. 0.2 mL'lik tüpleri buz üzerinde alüminyum bir soğutma bloğuna yerleştirin ve tüpleri dikkatlice etiketleyin.<ol><li>Ana karışımı aşağıdaki gibi hazırlayın. Tek bir reaksiyon için, 0.07 μL 0.006 μM UAS modülü ve 0.7 μL tek adımlı reaksiyon düzeneği ana karışımı ekleyin. N reaksiyonlar için, (N + 1) x 0.07 μL 0.006 μM UAS modülü ve (N + 1) x 0.7 μL tek adımlı reaksiyon düzeneği ana karışımı ekleyin.</li>
		</ol></li>
		<li>Girdap, iyice karıştırın ve döndürün. Her tüpe 0.77 μL ana karışım ekleyin. Her tüpe 0.7 μL Cas9 ile doğrusallaştırılmış cDNA / ORF plazmidi ekleyin. Reaksiyonları 50 ° C'de 1 saat inkübe edin. NOT: Tek adımlı montaj reaksiyon ürünlerinin saflaştırılması gerekli değildir. Bu adımların büyük ölçekte gerçekleştirilmesi birkaç saat sürer. Aksi belirtilmedikçe, reaktifleri ve reaksiyonları buz üzerinde tutun.</li>
	</ol></li>
	<li>Tek adımlı montaj reaksiyon ürünlerini büyük ölçekte E. coli'ye dönüştürün.<ol><li>10 μL'lik uçları 4 °C'de soğutun. 1,5 mL'lik tüpleri buz üzerinde alüminyum bir soğutma bloğunda prechill edin.</li>
		<li>Yetkili E. coli hücrelerini buz üzerinde 5 dakika boyunca çözdürün. Her önceden soğutulmuş 1.5 mL'lik tüpe 10 μL yetkin hücre ekleyin. NOT: En az 1 x 108 CFU/μg pUC19 DNA'sı dönüşüm verimliliğine sahip, ticari olarak temin edilebilen yetkin E. coli hücrelerini kullanın.</li>
		<li>10 μL yetkin hücreye 1 μL tek adımlı montaj reaksiyon ürünü ekleyin, karıştırmak için hafifçe döndürün ve 30 dakika boyunca buz üzerine koyun.</li>
		<li>Tüpleri 42 ° C'lik bir su banyosunda 1 dakika inkübe edin ve ardından hemen 2 dakika buz üzerinde soğutun.</li>
		<li>Oda sıcaklığında her tüpe 100 μL SOC ortamı (önceden 37 °C'ye ısıtılmış) ekleyin ve çalkalanan bir inkübatörde (250 rpm) 37 °C'de 1 saat inkübe edin.</li>
		<li>UAS modülünün antibiyotik direnç genine karşılık gelen bir antibiyotik içeren LB plakalarını 37 °C'ye kadar ısıtın. Hücreleri plakalara yayın ve gece boyunca 37 °C'de inkübe edin. NOT: Bu adımların büyük ölçekte gerçekleştirilmesi birkaç saat sürer. Aksi belirtilmedikçe, reaktifleri ve reaksiyonları buz üzerinde tutun.</li>
	</ol></li>
	<li>CRISPRmass tarafından oluşturulan UAS-cDNA/ORF plazmitlerini doğrulayın<ol><li>Tek bir koloni seçin ve onu, UAS modülünün antibiyotik direnç genine karşılık gelen uygun antibiyotik seçimi ile desteklenmiş 4.5 mL LB sıvı ortama aşılayın. 250 rpm'de çalkalarken gece boyunca 37 °C'de inkübe edin.</li>
		<li>Bir plazmit mini hazırlama kiti kullanarak plazmit DNA'yı çıkarın. Aşağıdaki gibi 20 μL'lik bir kısıtlama sindirim reaksiyonu ayarlayın: 300-500 ng / μL plazmit, uygun kısıtlama enzimleri (enzimleri), kısıtlama sindirim tamponu ve ultra saf su. Reaksiyonları 37 °C'de 1 saat inkübe edin.</li>
		<li>DNA fragmanlarını %0.8 agaroz jel elektroforezi ile ayırın ve bir dijital görüntüleme sistemi ile analiz edin (Şekil 3).</li>
	</ol></li>
</ol>

CRISPRmass Kullanan Yüksek Verimli UAS-cDNA/ORF Plazmid Kitaplığı Yapısı

<ol>
	<li>Adams, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genome+sequence+of+Drosophila+melanogaster.">The genome sequence of Drosophila melanogaster.</a> Science. 287 (5461), 2185-2195 (2000).</li><li>Rubin, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+genomics+of+the+eukaryotes.">Comparative genomics of the eukaryotes.</a> Science. 287 (5461), 2204-2215 (2000).</li><li>Reiter, L. T., Potocki, L., Chien, S., Gribskov, M., Bier, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+systematic+analysis+of+human+disease-associated+gene+sequences+in+Drosophila+melanogaster.">A systematic analysis of human disease-associated gene sequences in Drosophila melanogaster.</a> Genome Res. 11 (6), 1114-1125 (2001).</li><li>Miklos, G. L., Rubin, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+the+genome+project+in+determining+gene+function:+insights+from+model+organisms.">The role of the genome project in determining gene function: insights from model organisms.</a> Cell. 86 (4), 521-529 (1996).</li><li>St Johnston, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+art+and+design+of+genetic+screens:+Drosophila+melanogaster.">The art and design of genetic screens: Drosophila melanogaster.</a> Nat Rev Genet. 3 (3), 176-188 (2002).</li><li>Brand, A. H., Perrimon, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+gene+expression+as+a+means+of+altering+cell+fates+and+generating+dominant+phenotypes.">Targeted gene expression as a means of altering cell fates and generating dominant phenotypes.</a> Development. 118 (2), 401-415 (1993).</li><li>Bischof, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+versatile+platform+for+creating+a+comprehensive+UAS-ORFeome+library+in+Drosophila.">A versatile platform for creating a comprehensive UAS-ORFeome library in Drosophila.</a> Development. 140 (11), 2434-2442 (2013).</li><li>Xu, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+large-scale+functional+approach+to+uncover+human+genes+and+pathways+in+Drosophila.">A large-scale functional approach to uncover human genes and pathways in Drosophila.</a> Cell Res. 18 (11), 1114-1127 (2008).</li><li>Wei, P., Xue, W., Zhao, Y., Ning, G., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CRISPR-based+modular+assembly+of+a+UAS-cDNA/ORF+plasmid+library+for+more+than+5500+Drosophila+genes+conserved+in+humans.">CRISPR-based modular assembly of a UAS-cDNA/ORF plasmid library for more than 5500 Drosophila genes conserved in humans.</a> Genome Res. 30 (1), 95-106 (2020).</li><li>Rubin, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Drosophila+complementary+DNA+resource.">A Drosophila complementary DNA resource.</a> Science. 287 (5461), 2222-2224 (2000).</li><li>Stapleton, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Drosophila+gene+collection:+identification+of+putative+full-length+cDNAs+for+70%+of+D.+melanogaster+genes.">The Drosophila gene collection: identification of putative full-length cDNAs for 70% of D. melanogaster genes.</a> Genome Res. 12 (8), 1294-1300 (2002).</li><li>Yang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+public+genome-scale+lentiviral+expression+library+of+human+ORFs.">A public genome-scale lentiviral expression library of human ORFs.</a> Nat Meth. 8 (8), 659-661 (2011).</li></ol>

Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.

CRISPRmass'ın en kritik adımları sgRNA'ların tasarımı ve sgRNA'ların değerlendirilmesidir. Cas9 için yüksek verimli sgRNA'ların seçimi, CRISPRmass'ın başarısının anahtarıdır. E. coli'nin tek aşamalı reaksiyon montaj ürünleri ile dönüşümünden sonra antibiyotik içeren LB plakalarının çoğunda çok az koloni gözlenirse veya hiç koloni gözlenmezse, agaroz jel elektroforezi ile plazmit sindirimini kontrol edin. Plazmitler iyi sindirilmezse, Cas9 aktivitesini, sgRNA bozunmasını ve plazmit k...

Tarafsız tüm genom genetik taraması, belirli bir biyolojik süreçte yer alan genleri tanımlamak ve mekanizmasını aydınlatmak için güçlü bir yaklaşımdır. Bu nedenle, biyolojik araştırmaların çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Drosophila genlerinin yaklaşık% 60'ı insanlarda 1,2 korunur ve insan hastalık genlerinin ~% 75'i Drosophila3'te homologlara sahiptir. Genetik tarama temel olarak fonksiyon kaybı (LOF) ve fonksiyon kazancı (GOF) olmak üzere iki türe ayrılır. Drosophila'daki LOF genetik taramaları, biyolojinin neredeyse her yönünü yöneten mekanizmaların aydınlatılmasında kritik bir rol oynamıştır. Bununla birlikte, Drosophila genlerinin çoğunluğu belirgin LOF fenotiplerine4 sahip değildir ve bu nedenle, GOF taraması bu genlerin 4,5 işlevini incelemek için önemli bir yöntemdir.
İkili GAL4/UAS sistemi, Drosophila6'da dokuya özgü gen ekspresyonu için yaygın olarak kullanılır. Bu sistemde, doku, GAL4 duyarlı elemanına (UAS) bağlanan ve böylece aşağı akış genetik bileşenlerinin (örneğin, cDNA ve ORF) transkripsiyonunu aktive eden maya transkripsiyon aktivatörü GAL4'ü spesifik olarak eksprese eder6. Drosophila'da genom çapında GOF taramaları gerçekleştirmek için, genom çapında bir UAS-cDNA/ORF plazmit kütüphanesi ve ardından Drosophila'da bir transgenik UAS-cDNA/ORF kütüphanesi oluşturmamız gerekiyor.
Halka açık cDNA/ORF klonlarından geleneksel yöntemlerle genom çapında bir UAS-cDNA/ORF plazmit kütüphanesinin oluşturulması, her genin primer tasarımı ve sentezi, polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) ve jel saflaştırma, dizileme, kısıtlama sindirimi vb. dahil olmak üzere kişiselleştirilmiş tasarımlar gerektirmesi nedeniyle zaman alıcı ve zahmetlidir 7,8. Bu nedenle, böyle bir plazmit kütüphanesinin inşası, Drosophila'da genom çapında bir transgenik UAS-cDNA/ORF kütüphanesi oluşturmada hız sınırlayıcı bir adımdır. Son zamanlarda, yeni bir yöntem olan CRISPR tabanlı modüler montaj (CRISPRmass)9 geliştirerek bu sorunu başarıyla çözdük. CRISPRmass'ın özü, gen düzenleme teknolojisi ve kesintisiz klonlama teknolojisinin bir kombinasyonu yoluyla bir plazmit kütüphanesinin paylaşılan vektör dizilerini manipüle etmektir.
Burada, büyük ölçüde paralel iki aşamalı test tüpü reaksiyonlarını ve ardından bakteriyel dönüşümü içeren CRISPRmass için bir protokol sunuyoruz. CRISPRmass, prensip olarak çeşitli plazmit kütüphanelerinin yüksek verimli inşası için kullanılabilen basit, hızlı, verimli ve uygun maliyetli bir yöntemdir.
CRISPRmass stratejisi CRISPRmass prosedürü, Escherichia coli (E. coli) dönüşümünden önce paralel iki aşamalı test tüpü reaksiyonları ile başlar (Şekil 1). Adım 1, cDNA/ORF plazmitlerinin özdeş vektör omurgalarının Cas9/sgRNA ile bölünmesidir. İdeal bir bölünme bölgesi, cDNA/ORF'nin 5' ucuna bitişiktir. Dekolte ürünlerinin saflaştırılmasına gerek yoktur. Adım 2, vektöre özgü bir UAS modülünün, Gibson düzeneği (bundan böyle tek adımlı reaksiyon olarak anılacaktır) ile Cas9/sgRNA doğrusallaştırılmış cDNA/ORF plazmitlerine eklenmesidir ve UAS-cDNA/ORF plazmitleri ile sonuçlanır. Bir UAS modülünün 5' ve 3' terminal dizileri, doğrusallaştırılmış cDNA/ORF plazmitlerininkilerle örtüşerek tek adımlı reaksiyonu mümkün kılar.
Tek aşamalı reaksiyon ürünleri doğrudan E. coli dönüşümüne tabi tutulur. Teorik olarak, UAS modülünün antibiyotik direnç genine karşılık gelen seçim antibiyotiklerini içeren Luria-Bertani (LB) plakaları üzerinde yalnızca istenen UAS-cDNA / ORF kolonileri büyüyebilir. UAS modülü, bir çekirdek UAS modülü, cDNA veya ORF plazmitlerinden farklı bir antibiyotik direnç geni ve 5' ve 3' terminal dizilerinden oluşur. Bir çekirdek UAS modülü, 10 UAS kopyası, bir Hsp70 minimal promometre, phiC31 aracılı genomik entegrasyon için bir attB dizisi ve Drosophila7 için bir mini-beyaz dönüşüm belirteci içerir.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Aluminum Cooling Block</td>
			<td>Aikbbio</td>
			<td>ADMK-0296</td>
			<td>To perform bacterial transformation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DEPC-Treated Water</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>AM9906</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gel Extraction Kit</td>
			<td>Omega</td>
			<td>D2500</td>
			<td>To purify DNA from agarose gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gel Imaging System</td>
			<td>Tanon</td>
			<td>2500B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HiScribe T7 Quick High Yield RNA Synthesis Kit</td>
			<td>NEB</td>
			<td>E2050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NEBuilder HiFi DNA Assembly Master Mix</td>
			<td>NEB</td>
			<td>E2621</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasmid Mini Kit</td>
			<td>Omega</td>
			<td>D6943</td>
			<td>To isolate plasmid DNA from bacterial cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q5 Hot Start High-Fidelity 2x Master Mix</td>
			<td>NEB</td>
			<td>M0494</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>S. pyogenes Cas9</td>
			<td>GenScript</td>
			<td>Z03386</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaking Incubator</td>
			<td>Shanghai Zhichu&#160;</td>
			<td>ZQLY-180V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T series Multi-Block Thermal Cycler</td>
			<td>LongGene</td>
			<td>T20</td>
			<td>To perform PCR&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trans10 Chemically Competent Cell</td>
			<td>TranGen BioTech</td>
			<td>CD101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultraviolet spectrophotometer</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td>BioSpec-nano</td>
			<td>To measure concentration of DNA or RNA</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

crispr-based modular assembly for high-throughput construction of a uas-cdna/orf plasmid library

Fonksiyonel genomik tarama, gen fonksiyonunu araştırmak için güçlü bir yaklaşım sunar ve genom çapında plazmit kütüphanelerinin oluşturulmasına dayanır. Plazmid kütüphanesi yapımı için geleneksel yaklaşımlar zaman alıcı ve zahmetlidir. Bu nedenle, yakın zamanda, genom çapında bir yukarı akış aktive edici dizi tamamlayıcı DNA/açık okuma çerçevesi (UAS-cDNA/ORF) plazmit kütüphanesinin yüksek verimli inşası için basit ve verimli bir yöntem olan CRISPR tabanlı modüler montaj (CRISPRmass) geliştirdik. Burada, GAL4 / UAS tabanlı bir UAS-cDNA / ORF plazmit kütüphanesinin yapısını örnek alarak CRISPRmass için bir protokol sunuyoruz. Protokol, büyük ölçüde paralel iki aşamalı test tüpü reaksiyonlarını ve ardından bakteriyel dönüşümü içerir. İlk adım, tek kılavuz RNA (sgRNA) ile birlikte CRISPR/Cas9 kullanarak cDNA'ların veya ORF'lerin 5' ucuna bitişik paylaşılan yukarı akış vektör dizilerini keserek mevcut tamamlayıcı DNA (cDNA) veya açık okuma çerçevesi (ORF) cDNA veya ORF kütüphane plazmitlerini doğrusallaştırmaktır ve ikinci adım, tek adımlı bir reaksiyon kullanarak doğrusallaştırılmış cDNA veya ORF plazmitlerine bir UAS modülü yerleştirmektir. CRISPRmass, çeşitli plazmit kütüphanelerinin basit, hızlı, verimli ve uygun maliyetli bir şekilde oluşturulmasını sağlar. UAS-cDNA/ORF plazmit kütüphanesi, kültürlenmiş hücrelerde fonksiyon kazancı taraması ve Drosophila'da genom çapında bir transgenik UAS-cDNA/ORF kütüphanesi oluşturmak için kullanılabilir.

Unbiased whole-genome genetic screening is a powerful approach for identifying genes involved in a given biological process and elucidating its mechanism. Therefore, it is widely used in various fields of biological research. Approximately 60% of Drosophila genes are conserved in humans1,2, and ~75% of human disease genes have homologs in Drosophila3. Genetic screening is mainly divided into two types: loss of function (LOF) and gain of function (GOF). LOF genetic screens in Drosophila have played a critical role in elucidating mechanisms that govern nearly every aspect of biology. However, the majority of Drosophila genes do not have obvious LOF phenotypes4, and therefore, GOF screening is an important method for studying the function of those genes4,5.
The binary GAL4/UAS system is commonly used for tissue-specific gene expression in Drosophila6. In this system, the tissue specifically expresses yeast transcription activator GAL4 that binds to the GAL4 responsive element (UAS) and thereby activates transcription of the downstream genetic components (e.g., cDNA and ORF)6. To perform genome-wide GOF screens in Drosophila, we need to construct a genome-wide UAS-cDNA/ORF plasmid library and, subsequently, a transgenic UAS-cDNA/ORF library in Drosophila.
Construction of a genome-wide UAS-cDNA/ORF plasmid library by conventional methods from publicly available cDNA/ORF clones is time-consuming and laborious, as every gene requires individualized designs, including primer design and synthesis, polymerase chain reaction (PCR), and gel purification, sequencing, restriction digestion, and so on7,8. Therefore, the construction of such a plasmid library is a rate-limiting step in creating a genome-wide transgenic UAS-cDNA/ORF library in Drosophila. Recently, we successfully solved this problem by developing a novel method, CRISPR-based modular assembly (CRISPRmass)9. The core of CRISPRmass is to manipulate the shared vector sequences of a plasmid library through a combination of gene editing technology and seamless cloning technology.
Here, we present a protocol for CRISPRmass, which includes massively parallel two-step test tube reactions followed by bacterial transformation. CRISPRmass is a simple, fast, efficient, and cost-effective method that, in principle, can be used for high-throughput construction of various plasmid libraries.
CRISPRmass strategy 
The procedure of CRISPRmass starts with parallel two-step test tube reactions prior to Escherichia coli (E. coli) transformation (Figure 1). Step 1 is the cleavage of the identical vector backbones of the cDNA/ORF plasmids by Cas9/sgRNA. An ideal cleavage site is adjacent to the 5&#8242; end of cDNA/ORF. The cleavage products do not have to be purified. Step 2 is the insertion of a vector-specific UAS module into the Cas9/sgRNA linearized cDNA/ORF plasmids by Gibson assembly (hereafter referred to as single step reaction), resulting in UAS-cDNA/ORF plasmids. The 5&#8242; and 3&#8242; terminal sequences of a UAS module overlap with those of the linearized cDNA/ORF plasmids, enabling the single step reaction.
The single step reaction products are directly subjected to E. coli transformation. Theoretically, only the desired UAS-cDNA/ORF colonies can grow on Luria-Bertani (LB) plates that contain selection antibiotics corresponding to the antibiotic resistance gene of the UAS module. The UAS module is composed of a core UAS module, an antibiotic resistance gene distinct from that of cDNA or ORF plasmids, and the 5&#8242; and 3&#8242; terminal sequences. A core UAS module comprises 10 copies of UAS, an Hsp70 minimal promoter, an attB sequence for phiC31-mediated genomic integration, and a mini-white transformation marker for Drosophila7.

Yazar Spotlight: CRISPRmass Kullanarak Genom Çapında Plazmid Kütüphanesi Yapımını Basitleştirme

UAS-cDNA/ORF plazmit kütüphanesinin yüksek verimli yapısı için CRISPR tabanlı modüler montaj

Functional genomic screening offers a powerful approach to probe gene function, and relies on the construction of genome-wide plasmid libraries. Conventional approaches for plasmid library construction are time-consuming and laborious. To address this question, we develop a simple and efficient method, CRISPR-based modular assembly, or CRISPRmass.Through cleavage of shared vector sequences of cDNA or ORF plasmid by CRISPR/Cas9 and subsequent insertion of UAS modules by adjacent assembly, the procedure of construction of a genome-wide plasmid library by CRISPRmass is standardized as massively parallel two-step test tube reactions before bacterial transformation. CRISPRmass allows the simple, fast, efficient, and cost-effective construction of various plasmid libraries. It can also be applied to editing various genome-wide plasmid libraries in general, and it's an alternative to gateway technology in high-throughput plasmid library editing, paving the way for the global studies of biological networks.

DGRC Altın Koleksiyonu'ndan pOT2 vektör omurgasını taşıyan 3402 cDNA/ORF klonlarını kullanarak genom çapında bir UAS-cDNA/ORF plazmit kütüphanesi oluşturmak için CRISPRmass uyguladık. Her UAS-cDNA/ORF yapısı için rastgele sadece bir koloniyi analiz ettik ve PstI ile müteakip kısıtlama analizi, UAS-cDNA/ORF yapılarının %98.6'sının başarıyla oluşturulduğunu gösterdi9. pOT2 vektör omurgasını taşıyan UAS-cDNA/ORF yapılarının kısıtlama analizi için PstI kullanm...

Halka açık cDNA/ORF kaynaklarını kullanarak Drosophila'daki UAS-cDNA/ORF plazmit kütüphanesinin yüksek verimli inşası için bir yöntem olan CRISPR tabanlı modüler montaj (CRISPRmass) için bir protokol sunuyoruz. CRISPRmass, çeşitli plazmit kütüphanelerini düzenlemek için uygulanabilir.

Functional genomics screening offers a powerful approach to probe gene function and relies on the construction of genome-wide plasmid libraries. ...

Fonksiyonel genomik tarama, gen fonksiyonunu araştırmak için güçlü bir yaklaşım sunar ve genom çapında plazmit kütüphanelerinin oluşturulmasına dayanır. Plazmid kütüphanesi yapımı için geleneksel yaklaşımlar zaman alıcı ve zahmetlidir. Bu soruyu ele almak için basit ve verimli bir yöntem olan CRISPR tabanlı modüler montaj veya CRISPRmass geliştiriyoruz.cDNA veya ORF plazmidinin paylaşılan vektör dizilerinin CRISPR/Cas9 ile bölünmesi ve ardından UAS modüllerinin bitişik montaj ile eklenmesi yoluyla, CRISPRmass ile genom çapında bir plazmit kütüphanesinin oluşturulması prosedürü, bakteriyel transformasyondan önce büyük ölçüde paralel iki aşamalı test tüpü reaksiyonları olarak standartlaştırılır. CRISPRmass, çeşitli plazmit kütüphanelerinin basit, hızlı, verimli ve uygun maliyetli bir şekilde oluşturulmasını sağlar. Genel olarak çeşitli genom çapında plazmit kütüphanelerinin düzenlenmesine de uygulanabilir ve yüksek verimli plazmit kütüphanesi düzenlemede ağ geçidi teknolojisine bir alternatiftir ve biyolojik ağların küresel çalışmalarının önünü açar.

crispr-based-modular-assembly-for-high-throughput-construction-uas

Research

JoVE Journal

Genetics

CRISPR-Based Modular Assembly for High-Throughput Construction of a UAS-cDNA/ORF Plasmid Library

500 Görüntüleme.  University of South China. Fonksiyonel genomik tarama, gen fonksiyonunu araştırmak için güçlü bir yaklaşım sunar ve genom çapında plazmit kütüphanelerinin oluşturulmasına dayanır. Plazmid kütüphanesi yapımı için geleneksel yaklaşımlar zaman alıcı ve zahmetlidir. Bu soruyu ele almak için basit ve verimli bir yöntem olan CRISPR tabanlı modüler montaj veya CRISPRmass geliştiriyoruz.cDNA veya ORF plazmidinin paylaşılan vektör dizilerinin CRISPR/Cas9 ile bölünmesi ve ardından UAS mo...

Video: Yazar Spotlight: CRISPRmass Kullanarak Genom Çapında Plazmid Kütüphanesi Yapımını Basitleştirme

Functional genomics screening offers a powerful approach to probe gene function and relies on the construction of genome-wide plasmid libraries. Conventional approaches for plasmid library construction are time-consuming and laborious. Therefore, we recently developed a simple and efficient method, CRISPR-based modular assembly (CRISPRmass), for high-throughput construction of a genome-wide upstream activating sequence-complementary DNA/open reading frame (UAS-cDNA/ORF) plasmid library. Here, we present a protocol for CRISPRmass, taking as an example the construction of a GAL4/UAS-based UAS-cDNA/ORF plasmid library. The protocol includes massively parallel two-step test tube reactions followed by bacterial transformation. The first step is to linearize the existing complementary DNA (cDNA) or open reading frame (ORF) cDNA or ORF library plasmids by cutting the shared upstream vector sequences adjacent to the 5&#39; end of cDNAs or ORFs using CRISPR/Cas9 together with single guide RNA (sgRNA), and the second step is to insert a UAS module into the linearized cDNA or ORF plasmids using a single step reaction. CRISPRmass allows the simple, fast, efficient, and cost-effective construction of various plasmid libraries. The UAS-cDNA/ORF plasmid library can be utilized for gain-of-function screening in cultured cells and for constructing a genome-wide transgenic UAS-cDNA/ORF library in Drosophila.&#160;

We present a protocol for CRISPR-based modular assembly (CRISPRmass), a method for high-throughput construction of UAS-cDNA/ORF plasmid library in Drosophila using publicly available cDNA/ORF resources. CRISPRmass can be applied to editing various plasmid libraries.

Genetik

Large-Scale Construction of UAS-cDNA/ORF Plasmids by CRISPR-Based Modular Assembly (CRISPRmass)

CRISPR Tabanlı Modüler Montaj (CRISPRmass) ile UAS-cDNA/ORF Plazmitlerinin Büyük Ölçekli Yapısı

Large-Scale Transformation of UAS-cDNA/ORF Plasmids from CRISPR-Based Modular Assembly into E. coli

To transform the UAS cDNA/ORF plasmids products obtained from the CRISPR based modular assembly into Escherichia coli, pre-chill 10 microliter tips at four degrees Celsius. Also, pre-chill 1.5 milliliter tubes in an aluminum cooling block on ice. After thawing competent E.coli cells on ice for five minutes, add an aliquot of 10 microliters of the cells to each pre-chilled 1.5-milliliter tube.Then add one microliter of the UAS cDNA/ORF plasmid products to each tube containing 10 microliters of competent cells. Swirl the tube gently to mix and place it on ice for 30 minutes. Incubate the tubes at 42 degrees Celsius in a water bath for one minute.Then immediately chill on ice for two minutes. Add 100 microliters of SOC medium, prewarmed to 37 degrees Celsius, to each tube at room temperature and incubate the tubes in a shaking incubator at 250 RPM and 37 degrees Celsius for one hour. Next, warm the LB plates containing an antibiotic corresponding to the UAS module's antibiotic resistance gene to 37 degrees Celsius.Spread the cells onto the warm plates and incubate them at 37 degrees Celsius overnight.