Summary

חינם מדויק פנול DNA זיהוי מין של יום 30 חזירים העוברים על ידי PCR

Published: February 14, 2016
doi:

Summary

This protocol describes an accurate, inexpensive, rapid and non-toxic method to determine the sex of Day 30 porcine embryo using PCR method after grinding an embryo into powder without phenol chloroform extraction and DNA column purification.

Abstract

מחקר לתוך תכנות טרום לידתי של חזיר הוכיח כי מינו של העובר המתפתח או העובר יכול להשפיע על תוצאות התפתחותיות. לכן, היכולת לקבוע מין העובר יש צורך בניסויים רבים במיוחד לגבי טיפוח מוקדם. הפרוטוקול הנוכחי מדגים הכנה זולה, מהירה ולא רעילה של הדנ"א הגנומי חזיר לשימוש עם PCR. יש לאסוף בצורה הומאנית 30 עוברים יום בהתאם להנחיות שקבע מדיניות בבעלי חיים מוסדיים וועדות הרווחה עבור הפרוטוקול הנוכחי. הכנת העובר כולו בזכות טכניקת זיהוי מין באמצעים מבוסס זה PCR פשוט כרוכה שחיקה העובר הקפוא לאבקה דקה בעזרת מכתש מראש צוננת ועליי. PCR באיכות DNA משתחרר כמות קטנה של אבקה העובר על ידי החלת דגירה חמה מגיב תמוגה אלקליין. בשלב הבא, את פתרון ה- DNA מעורבב עם חיץ נטרול ושימשו במישרין לצורך פעילות PCR. שני זוגות פריימר נוצרות כדי detect ספציפי מין בקביעה באזור של כרומוזום א- (Sry) ו ZFX באזור של כרומוזום ה- X עם דיוק וספציפי גבוהים. באותו פרוטוקול יכול להיות מיושם על עוברים מוארכים אחרים (יום 10 עד יום 14) לפני יום 30. כמו כן, פרוטוקול זה יכול להתבצע עם צלחות 96-נקוו כאשר הקרנת מספר גדול של עוברים, מה שהופך את זה אפשרי עבור אוטומציה גבוהה הקלדת מין תפוקה.

Introduction

החזיר המקומי הפך להיות נושא מחקר בסיסי בפיתוח, גנטיקה ותזונה הן במגזרים האדם ואת בעלי החיים. הפוטנציאל של חזירים כמודלים ביו למחקר אנושי ניתן לייחס הדמיון הפיזיולוגי שלהם. ב בעלי חיים, מניפולציה של יחס מינים יכולים לשפר את האפקטיביות של תוכניות בחירה ושיפור גנטי 1. זיהוי מין העוברים הפרט הוא כלי בסיסי המשמש בחקירות ניסיוני רבים, כולל אך לא מוגבל גנוטיפ, אפיגנטיקה X איון של dimorphism מינית במהלך ההתפתחות העובר המוקדם 2.

מחקרים בעכברים מראים כי דיאטה אימהית וגורמים אחרים עלולים לגרום חוסר איזון בין מיני 3. חזירים, הגורם לחוסר איזון יחס מינים כוללים גזע אבהי 4, רחם קיבולת 5, ותנאי המטבולית של החזירה 6. מאז ההבדלים שנצפו עובר המלטות יכולים להיות מושפע sedimorphism xual, החוקרים צריכים להיות מודעים מין העובר ויחסי מין בהסקת מסקנות לגבי המחקר שלהם. פיתוחם של הכלים ופרוטוקולים יעילים זיהוי מין עובר חזיר יום 30 של פיתוח יידון כאן.

שיטות שונות של הקלדת מין פותחו למחקרים גנטיים באורגניזמים מודל ובעלי חיים. בעיקר בעלי חיים, זיהוי עובר זכר ונקבה מוקדם הוא נוהג נפוץ מאוד כדי לשפר את הבחירה גנטית תוכניות רבייה. עובריים מוקדם karyotyping ב חזיר באמצעות Giemsa 7 או טכניקות 8,9 הקרינה האינטנסיבית שמש במשך הקלדת מין. עם זאת, שיטות אלו זמן רב ולא מתאים להקרנה מספר גדול של עוברים במהירות ובאופן מדויק.

שיטת הקלדת מין היעילה ביותר היא ההגברה DNA באמצעות DNA פולימרז יציבה חום זוג פריימרים. זיהוי מין באמצעים DNA בשיטת PCR הוא יותר ספציפי, מהיר ורגיש, only הדורשים כמות זעירה של חומרים הסלולר. זיהוי מין באמצעים העובר PCR מבוסס הראשונה בוצעה על בני אדם 10, ומאוחר יותר בעכברים 11, בקר 12, 13 תאו וכבשים 14 בעוברים בשלב טרום ההשתלה. ב החזיר, שיטת הקלדת DNA המין המוקדמת הוקמה עבור בעוברים בשלב טרום השתלה באמצעות זוג אחד של פריימרים DNA הספציפיים Y כרומוזום 15. עם זאת, פריימרים PCR הנפוצים ביותר לקביעת מין נבחרו מתוך ה- Y כרומוזום של גן Sry ספציפי זכר 16 ובאזור המפלה שאינו המין של גן אבץ-אצבע הממוקם הוא X ו- Y כרומוזום 17. בהמשך לכך, פריימרים אלה יושמו כדי לקבוע את המין של יום 30 עוברים במחקר זה עם סגוליות משופרים של פריימרים לזהות רק כרומוזום ה- X של גן אבץ-אצבע.

הדנ"א הגנומי מעוברת טרום השרשה חזירית ניתן לחלץ באמצעות חשיפת הבלסטוציסט שלם למאגר עם proteinasדואר K 16 או על ידי לקיחת ביופסיה של כמה תאים מן המחשוף מוקדם בודדים עוברים 15 והשימוש בהם עבור ישירה PCR. עם זאת, שחרור של דנ"א מהדם חזירי, שיער, רקמות או conceptus גדול על פני כמה סנטימטרים בגודל לא נעשה ביעילות בשיטת K proteinase. חילוץ שיטות DNA עבור חומרים אלה הוקמו באף זמן רב פרוטוקולי פנול / כלורופורם 6 או ערכות יקרות בהתבסס עמודה 18. על מנת למנוע את השימוש בכימיקלים רעילים, קיימת מגמה לפתח שיטות מיצוי DNA זול, קל פנול-חינם. סוג זה של פרוטוקול לבידוד של הדנ"א הגנומי PCR באיכות מהעכבר 19 ו דג הזברה 20 רקמות כבר נקבעה באמצעות נתרן הידרוקסידי חם טריס (hotshot). מחקר זה מספק פרוטוקול להשיג DNA עם זוגות פריימר דופלקס מאצ ו מחדש שונה לסקס PCR להקליד ישירות lysates התא של יום 30 עוברים חזירי עםדיוק גבוה.

Protocol

בהתאם המועצה הקנדית על הנחיות טיפול בבעלי חיים באישור מדיניות Animal הפקולטה והרווחה – בעלי חיים מאוניברסיטת אלברטה, זורע בהריון היו מורדמים על ידי הצוותים מאומנים בכ יום 30 של ההריון עוברים נאספו. יש להשתמש בכפפות בדיקה בכל עת במהלך ההליכים. 1. א?…

Representative Results

תוצאת נציג של קביעת הזוויג מ 345 הקרנת lysates DNA על ידי PCR מוצגת באיור 7 ו מסוכמת בטבלת 1. כפי שניתן לראות בתרשים 7, טמפרטורת החישול פריימרים על 65…

Discussion

רוב הפרוטוקולים קיימים הקשורים הקלדת מין DNA העוברי חזירית מתאימים רק בשלב טרום-השתלה בשלבים מוקדמים 15,16. פתחנו בהצלחת פרוטוקול מתאים להקרנה עובר חזירי במהלך ההריון מאוחר. בהתבסס על מחקרים עם שלבי התפתחות דומות של עוברים ממחקרים קודמים 6,18, בפרוטוקול הנוכח…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים מבקשים להודות על שיתוף הפעולה תרומות כספיות של סוכנות מימון המחקר הבאים: משק חי אלברטה בשר הסוכנות בע"מ, CRC חזיר, חזיר אלברטה, החברה גנטיקה Hypor הנדריקס NSERC CRSNG.

Materials

KAPA HiFi HotStart Ready Mix PCR kit  KAPABiosystems KR0370 other Hot Start Taq polymerase can be used after optimization
SYBR Safe DNA Gel Stain Life Technologies S33102 Ethidium bromide can be substituted for SYBR Safe
Pig female and male genomic DNA Zyagen GP-160-F1 & GP-160-M5 Postive controls from the tissues of known sex DNA can be used.
Typhoon FLA 9500 laser scanner GE Healthcare Life Sciences 28-9969-43 other imaging system can be used
Free Soft Nitrile Examination Gloves WWR 89038-270 any other examination glove can be used
Sodium hydroxide, solid  Fisher BP 359 -212 Molecular Biology Grade
Eppendorff DNA LoBind Tubes, 1.5 ml, PCR clean Eppendorff 0030 108.051 heat resistant
ThermoStat plus Eppendorff 22670204 Use as a incubator for 95C, don't need to use the heater
Toothpick Bunzl Plc 75200815 Any round wooden toothpicks can be used – quality wood
Microcentrifuge 5417R/5417C Eppendorff 22621807 This model was discontinued. But another newer model can be used
Microspatula Fisher SDI28540115 Autoclaved before use each time.

References

  1. Seidel, G. E. Economics of selecting for sex: the most important genetic trait. Theriogenology. 59, 585-598 (2003).
  2. Gutiérrez-Adán, A., et al. Development consequences of sexual dimorphism during pre-implantation embryonic development. Reprod. Domest. Anim. 41, 54-62 (2006).
  3. Rosenfeld, C. S., Roberts, R. M. Maternal diet and other factors affecting offspring sex ratio: a review. Biol Reprod. 71, 1063-1070 (2004).
  4. Gorecki, M. T. Sex ratio in litters of domestic pigs (Sus scrofa f. domestica Linnaeus, 1758). Biol. Lett. 40, 111-118 (2003).
  5. Chen, Z. Y., Dziuk, P. J. Influence of initial length of uterus per embryo and gestation stage on prenatal survival, development, and sex ratio in the pig. J. Anim. Sci. 71, 1895-1901 (1993).
  6. Vinsky, M. D., Novak, S., Dixon, W. T., Dyck, M. K., Foxcroft, G. R. Nutritional restriction in lactating primiparous sows selectively affects female embryo survival and overall litter. Reprod. Fertil. Dev. 18, 347-355 (2006).
  7. Cassar, G., King, W. A., King, G. J. Influence of sex on early growth of pig conceptuses. J. Reprod. Fertil. 101, 317-320 (1994).
  8. Zudova, D., Rezacova, O., Kubickova, S., Rubes, J. Aneuploidy detection in porcine embryos using fluorescence in situ hybridization. Cytogenet Genome Res. 102, 179-183 (2003).
  9. Hornak, M., Oracova, E., Hulinska, P., Urbankova, L., Rubes, J. Aneuploidy detection in pigs using comparative genomic hybridization: from the oocytes to blastocysts. PLoS One. 7, (2012).
  10. Handyside, A. H., Pattinson, J. K., Penketh, R. J., Delhanty, J. D., Winston, R. M., Tuddenham, E. G. Biopsy of human preimplantation embryos and sexing by DNA amplification. Lancet. 1, 347-349 (1989).
  11. Wilton, L. J., Shaw, J. M., Trounson, A. O. Successful single-cell biopsy and cryopreservation of preimplantation mouse embryos. Feri. Steril. 51, 513-517 (1989).
  12. Peura, J. M., Turunen, M., Janne, J. A reliable sex determination assay for bovine preimplantation embryos using the polymerase chain reaction. Theriogenology. 35, 547-555 (1991).
  13. Rao, K. B., Pawshe, C. H., Totey, S. M. Sex determination of in vitro developed buffalo (Buhalus buhalis.) embryos by DNA amplification. Mol. Reprod. Dev. 36, 291-296 (1993).
  14. Herr, C. M., Matthaei, K. I., Petrzak, U., Reed, K. C. A rapid Y-chromosome-detecting ovine embryo sexing assay. Theriogenology. 33, 245 (1990).
  15. Fajfar-Whetstone, C. J., LaneRayburn, A., Schook, L. B., Wheeler, M. B. Sex determination of porcine during preimplantation embryos via y-chromosome specific DNA sequences. Animal Biotechnology. 4, 183-193 (1993).
  16. Pomp, D., Good, B. A., Geisert, R. D., Corbin, C. J., Conley, A. J. Sex identification in mammals with polymerase chain reaction and its use to examine sex effects on diameter of day-10 or -11 pig embryos. J. Anim. Sci. 73, 1408-1415 (1995).
  17. Aasen, E., Medrano, J. F. Amplification of the ZFY and ZFX genes for sex identification in humans, cattle, sheep and goats. Biotechnology (N Y). 8, 1279-1281 (1990).
  18. Oliver, G., et al. Restricted feed intake in lactating primiparous sows. II. Effects on subsequent litter sex ratio and embryonic gene expression. Reprod Fertil. Dev. 23, 899-911 (2011).
  19. Truett, G. E., Heeger, P., Mynatt, R. L., Truett, A. A., Walker, J. A., Warman, M. L. Preparation of PCR-quality mouse genomic DNA with hot sodium hydroxide and tris (HotSHOT). Biotechniques. 29, 52-54 (2000).
  20. Meeker, N. D., Hutchinson, S. A., Ho, L., Trede, N. S. Method for isolation of PCR-ready genomic DNA from zebrafish embryos. Biotechniques. 43, 610-614 (2007).
  21. Almeida, F. C. R. L., Machado, G. S., Borges, A. L. C. C., Rosa, B. O., Fontes, D. O. Consequences of different dietary energy sources during folliculardevelopment on subsequent fertility of cyclic gilts. Animal. 8, 293-299 (2014).
  22. Foxcroft, G. R., Dixon, W. T., Dyck, M. K., Novak, S., Harding, J. C. S., Almeida, F. C. R. L., Rodriguez-Martinez, Prenatal programming of postnatal development in the pig. Control of Pig Reproduction VIII. , 212-213 (2009).

Play Video

Cite This Article
Blanes, M. S., Tsoi, S. C., Dyck, M. K. Accurate and Phenol Free DNA Sexing of Day 30 Porcine Embryos by PCR. J. Vis. Exp. (108), e53301, doi:10.3791/53301 (2016).

View Video