Production de deletion rapide dans les champignons via<em> Agrobacterium</em> Transformation médiatisée des constructions de suppression OSCAR
Summary
Les mutants de délétion de gène générés par recombinaison homologue sont l'étalon-or pour les études de fonction de gène. Le procédé OSCAR (One Step Construction of Agrobacterium-Recombination-ready-plasmids) pour la génération rapide de constructions de suppression est décrit. La transformation fongique médiée par Agrobacterium suit. Enfin, une méthode de confirmation basée sur la PCR des délétions de gènes dans les transformants fongiques est présentée.
Abstract
La suppression précise des gènes d'intérêt, tout en laissant le reste du génome inchangé, constitue le produit idéal pour déterminer la fonction du gène particulier dans l'organisme vivant. Dans ce protocole, on décrit la méthode OSCAR de construction de plasmide de deletion précise et rapide. OSCAR s'appuie sur le système de clonage dans lequel une seule réaction de recombinase est réalisée contenant les flancs 5 'et 3' amplifiés par PCR du gène intéressant et deux plasmides, pA-Hyg OSCAR (le vecteur marqueur) et pOSCAR (l'assemblage vecteur). La confirmation du vecteur de suppression correctement assemblé s'effectue par une cartographie de la digestion par restriction suivie d'un séquençage. Agrobacterium tumefaciens est ensuite utilisé pour méditer l'introduction de la construction de deletion dans les spores fongiques (appelées ATMT). Enfin, un essai de PCR est décrit pour déterminer si la construction de deletion est intégrée par une recombinaison homologue ou non homologue, indiquant la suppression du gène ouIntégration ectopique, respectivement. Cette approche a été utilisée avec succès pour la suppression de nombreux gènes dans Verticillium dahliae et dans Fusarium verticillioides parmi d'autres espèces.
Introduction
La dissection génétique est une méthodologie puissante pour déterminer l'importance fonctionnelle de l'individu ou des combinaisons de gènes. Une approche standard pour comprendre le rôle des gènes spécifiques est la production de mutants géniques uniques inchangés dans tout autre gène. L'approche la plus puissante et la moins potentiellement confuse est la suppression complète et précise d'un cadre de lecture ouvert du gène d'intérêt (GOF ORF) sans endommager d'autres fonctions génétiques.
Parce que les approches de ligature standard pour la production de plasmides de suppression nécessitent des étapes multiples, le rationnel pour OSCAR 1 était de produire une approche in vitro plus rapide. La figure 1 représente le processus d'assemblage dans l'approche OSCAR. La méthode décrite ici a l'avantage de combiner la construction rapide de vecteurs individuels de délétion de gène dans une seule réaction multipartite en combinaison avec un transfo médié ultérieur Agrobacterium tumefaciens(ATMT). OSCAR est très rapide et se compare bien avec d'autres stratégies telles que l'utilisation de l'assemblage de Gibson dans la levure 2 . La méthode OSCAR a été utilisée avec succès avec plusieurs espèces de champignons d'Ascomycota. Ces espèces comprennent : Fusarium verticillioides (non publié), Verticillium dahliae 3 , Setosphaeria turcica 4 , Metarhizium robertsii 5 , Fusarium oxysporum f. Sp. Vasinfectum 6 , Pestalotiopsis microspora 7 , Colletotrichum higginsianum 8 et Dothistroma septosporum 9 et Sarocladium zeae (non publié) .
Ce protocole fournit des instructions étape par étape pour la méthode, y compris la conception de l'amorce, l'amplification par PCR du flanc, la réaction OSCAR BP, la confirmation de la structure de la construction de la suppression, la transformationIon d' Agrobacterium avec la construction suivie d'un transfert à base de ATM de la construction de deletion dans les cellules fongiques et finalement différenciant les mutants de deletion des champignons de ceux avec des constructions de suppression ectopiquement intégrées.
Protocol
Representative Results
Discussion
La construction en une étape des plasmides prêts à l'emploi d'Agrobacterium-Recombination (OSCAR) a été utilisée avec succès avec un nombre toujours croissant de champignons d'Ascomycota. La méthode devrait également être facilement applicable aux Basidiomycota et aux espèces d'autres phylas fongiques (avec des promoteurs appropriés conduisant des gènes marqueurs sélectionnables), en supposant que la transformation médiée par Agrobacterium et la recombinaison ho…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient les étudiants de premier cycle et de lycée suivants pour leur travail de génération de mutants OSCAR dans les verticillioiodes de Fusarium : Anjellica Miller, Athar Naseer, Xiu Lin, Katelyn Woodburry, Chelsea Patterson, Kathleen Robertson, Krystina Bradley, Ashton Rogers, Alexis McKensie, Manny Hernandez Ashli Crepsac, Jeff Delong, Christian King, Gi Jeong, Maria Belding, Christy Burre, Daniel O'Meara, Lauren (Victoria) Cook, Jake Goodman, Sampriti De, Oge Okoye, Alyssa Beckstead, Garrett Hibbs, Nick Goldstein, Caroline Twum Chris Benson, Louis Stokes, Hannah Itell, Jane Hulse, Jasim Mohammed, James Loggins, Kelli Russell, Gre'Nisha Jones, Kristin Sheaffer, Mariam Hammady, Ava Wilson, Katrina Bazemore, Toney Harper, Karlin McGhee, Mohmed Momin, Rima Momin , Thi Ngoc Le et Angel Pham.
Materials
| FungiDB | Database/ http://fungidb.org/fungidb/ | ||
| IDT PrimerQuest | IDT | Primer design online software/ http://www.idtdna.com/Primerquest/Home/Index | |
| Microsoft Word | Sequence file manipulation | ||
| Low Na LB Spec 100 medium | E. coli transformant selection, composition: 1% tryptone, 0.05% NaCl, 0.5% yeast extract, 1.5 % agar if for solid medium | ||
| Co-cultivation medium | ATMT transformation induction (Reference 12) | ||
| Aspergillus minimal medium with Hygromycin | Fungal transformant selection | ||
| PDA medium | Acumedia | 7149A | Single spore slant tubes |
| PDA-Hyg-Kan medium | Fungal ransformant isolation, PDA containing 150 μg/ml hygromycin B and 100 μg/ml Kanamycin; | ||
| Glass beads | Genlantis | C400100 | Plate spreading |
| Nitrocellulose filters (47mm) | Fisher | 09-719-555 | Co-culturing for ATMT |
| Various centifuge tubes | multiple preps | ||
| Petri plates (various) | Culturing of bacteria and Fungi | ||
| pA-Hyg OSCAR | Addgene | 29640 | Selectable marker vector |
| pOSCAR | Addgene | 29639 | Assembly vector |
| DH5a One Shot Competent E. coli cells | Life Technologies | 12297-016 | BP reaction transformation |
| ccdB survival E. coli cells | Life Technologies | A10460 | Maintenance of pOSCAR |
| Wooden transfer sticks | Colony streaking | ||
| Toothpicks | Colony picking | ||
| Microcentrifuge | Pelleting Bacteria etc | ||
| Preparative centrifuge | Fungal spore collection | ||
| Dissecting microscope | Single spore isolation | ||
| Automated Cell Counter | Spore suspension calculation | ||
| Compound microscope | Hemocytometer cell counting | ||
| QIAquick PCR Purification Kit | Qiagen | 28104 | PCR gene flank produict purification |
| TaKaRa LA Taq | Takara Bio USA | RR002A | Hi Fidelity taq polymerase for OSCAR flank generation |
| Hygromycin B | InvivoGen | ant-hg-5 | |
| Spectinomycin | Sigma | 22189-32-8 | |
| Cefotaxim | TCI America | C2224 | |
| Moxalactam | Sigma-Aldrich | 43963 | |
| GelRed | Phenix Research Products | RGB-4103 | Post staining agarose gels |
| Qiagen QIAquick PCR Purification Kit (Cat. No. 28104) | |||
| (OneShot_ Mach1TM T1R or One Shot_ OmniMAX™ 2 T1R from Invitrogen) | Thermo Fisher Scientific | C862003 | |
| Gateway BP Clonase II Enzyme mix | Thermo Fisher Scientific | 11789020 | Used to assemble deletion construct in pOSAR |
| PrimerQuest tool | IDT | Used in step 1.4; available on http://www.idtdna.com/Primerquest/Home/Index |
References
- Paz, Z., García-Pedrajas, M. D., Andrews, D. L., Klosterman, S. J., Baeza-Montañez, L., Gold, S. E. One step construction of Agrobacterium-Recombination-ready-plasmids (OSCAR), an efficient and robust tool for ATMT based gene deletion construction in fungi. Fungal Genet Biol. 48 (7), 677-684 (2011).
- Gibson, D. G., Young, L., Chuang, R. Y., Venter, J. C., Hutchison, C. A., Smith, H. O. Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases. Nat Methods. 6 (5), 343-345 (2009).
- Klosterman, S. J., et al. Comparative genomics yields insights into niche adaptation of plant vascular wilt pathogens. PLoS Pathog. 7 (7), (2011).
- Xue, C., Wu, D., Condon, B. J., Bi, Q., Wang, W., Turgeon, B. G. Efficient gene knockout in the maize pathogen Setosphaeria turcica using Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation. Phytopathology. 103 (6), 641-647 (2013).
- Xu, C., et al. A high-throughput gene disruption methodology for the entomopathogenic fungus Metarhizium robertsii. PloS One. 9 (9), (2014).
- Crutcher, F. K., Liu, J., Puckhaber, L. S., Stipanovic, R. D., Bell, A. A., Nichols, R. L. FUBT, a putative MFS transporter, promotes secretion of fusaric acid in the cotton pathogen Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum. Microbiology. 161, 875-883 (2015).
- Yu, X., Wang, Y., Pan, J., Wei, D., Zhu, X. High frequency of homologous gene disruption by single-stranded DNA in the taxol-producing fungus Pestalotiopsis microspora. Ann Microbiol. 65 (4), 2151-2160 (2015).
- Korn, M., Schmidpeter, J., Dahl, M., Müller, S., Voll, L. M., Koch, C. A Genetic Screen for Pathogenicity Genes in the Hemibiotrophic Fungus Colletotrichum higginsianum Identifies the Plasma Membrane Proton Pump Pma2 Required for Host Penetration. PloS One. 10 (5), e0125960 (2015).
- Chettri, P. . Regulation of dothistromin toxin biosynthesis by the pine needle pathogen Dothistroma septosporum: a thesis presented in the partial fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (PhD) in Genetics at Massey University, Manawatu, New Zealand . , (2014).
- Chen Zhou, ., Yujun Yang, ., Jong, A. Y. Mini-prep in ten minutes. Biotechniques. 8 (2), 172 (1990).
- Sanger, F., Nicklen, S., Coulson, A. R. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. P Natl Acad SciUSA. 74 (12), 5463-5467 (1977).
- Khang, C. H., Park, S. Y., Rho, H. S., Lee, Y. H., Kang, S., Wang, K. a. n. Filamentous fungi (Magnaporthe grisea and Fusarium oxysporum). Agrobacterium Protocols. 2, 403-420 (2007).
- Zhang, Y. J., Zhang, S., Liu, X. Z., Wang Wen, H. A., M, A simple method of genomic DNA extraction suitable for analysis of bulk fungal strains. Lett Appl Microbiol. 51 (1), 114-118 (2010).
- Pluthero, F. G. Rapid purification of high-activity Taq DNA polymerase. Nucleic Acids Res. 21 (20), 4850-4851 (1993).
- McCluskey, K. Boosting Research and Industry by Providing Extensive Resources for Fungal Research. Gene Expression Systems in Fungi: Advancements and Applications. , 361-384 (2016).
