这里介绍的是一个简单的方法, 创建高密度转插入库在大肠杆菌或志贺菌福氏使用细菌共轭。该协议允许通过随机的基因组插入转在细菌中创造出数十万个独特的突变体。
转突变是一种方法, 通过随机基因组插入一个叫做转的 DNA 片段, 允许转基因。下面的协议概述了一种在含有卡那霉素抵抗标记的转质粒的细菌菌株间高效转移的方法。质粒载体的转是由一个变体的tnp基因编码的, 它将转插入到受体株的基因组中, 插入偏低。因此, 这种方法允许创建大的突变库, 其中转已插入到独特的基因组位置的受体菌株的大肠杆菌或志贺菌福氏细菌。通过使用细菌结合, 而不是其他方法, 如电穿孔或化学转化, 大型图书馆与数十万独特的克隆可以创建。这会产生高密度的插入库, 插入的频率与非必要基因中的每4-6 碱基对一样频繁。此方法优于其他方法, 因为它允许使用廉价、易用和高效的方法创建密集的转插入库。转库可用于下游应用, 如转测序 (Tn-Seq), 以推断基因相互作用网络, 或更简单地说, 在突变 (前瞻性遗传) 屏幕。
细菌中转诱变文库的建立对各种应用都是有用的, 从细菌病原体的毒力基因的发现到1,2, 到基本基因的研究3,4,5,6, 到遗传交互网络的标识7,8,9。这些研究的关键是能够创建一个大的突变体库。使用转 (随机插入基因组的 DNA 的短片段) 是扰乱基因功能的简单手段, 因为在一个基因的开放阅读框架或调控区域内插入一个转, 通常会扰乱功能或表达的基因。
本文概述了使用质粒 pJA110在大肠杆菌或S. 福氏中创建转库的方法。使用这种质粒有两个主要优点。第一个好处是, Tn10 转表达的变体 pJA1 质粒是诱导和低插入偏置11,12, 意味着转将随机集成到基因组时异丙酯β-d–1-thiogalactopyranoside (IPTG) 被添加到介质中。转含有卡那霉素电阻标记, 允许选择突变体与转插入到受体菌株的染色体。pJA1 质粒的第二个优点是它包含了一个 R6K 突变的复制源。复制的 R6K 突变源需要 lambda红外基因来维护质粒的13。由于质粒不能在红外-菌株中复制, 因此它将在接收株中丢失 (图 1)。这确保了 Tn10 转从细胞中移除, 不再活动, 减少了在初始换位事件之后的进一步突变。
利用细菌结合将 pJA1 质粒从供体菌株转移到受体菌株是有利的, 原因有几个。共轭是简单和廉价的执行, 不需要特殊设备, 如 electroporator。此外, 细菌结合的高效率, 使一个非常大的图书馆 (和 #62; 2 x 105独特的插入) 要达到仅几毫升 (毫升) 夜间细菌培养6。该过程需要大约两个小时的动手时间, 随着时间的孵化和成长的细菌。Langridge et al.14报告了执行 130 electroporations 以创建一个类似于此处所述8的大小的转诱变库, 它是通过单个共轭来实现的。使用 130 electroporations 需要劳力密集和费时的准备 electrocompetent 细胞和使用许多昂贵的材料 (如如, 电穿孔试管), 成本超过1000美元的消耗品单。其他研究10使用了类似的方法, 但不同的细菌菌株, 并取得了比这里报道的更小的库大小 (5 x 104菌落形成单位)。
关于施主菌株的注: 这里使用的供体菌株是大肠杆菌菌株 BW2076715包含 pJA1 转质粒16。应变 BW20767 可以共轭到其他菌株, 使 pJA1 质粒的转移高效。此外, 重要的是, BW20767 是 lambda红外 +.如前所述, 质粒 pJA1 仅能在含有 lambda红外基因的菌株中维持。这种菌株是卡那霉素和氨苄西林耐药性。pJA1 质粒含有氨苄西林抗性标记, 转中含有卡那霉素抵抗标志物。在100µg/毫升使用氨苄西林的质粒上选择这种菌株生长。还值得注意的是, 其他菌株, 窝藏组成表达的转基因已知是不稳定的, 而转这里使用的是在诱导控制下, 仍然有低的风险, 泄漏的表达。因此, 建议将这一菌株的通过减至最低, 并从冰冻文化中为每一个新的图书馆准备工作, 采取新的条纹。这里使用的供体菌株可在我们的实验室索取。
关于受体菌株的说明: 受体菌株可能是一种选择, 如 K12-derived 实验室菌株的大肠杆菌或菌株的S. 福氏(也请参阅讨论).受体菌株必须有一个额外的抗生素抗性标记, 不是卡那霉素的阻力, 因此, 供体菌株可以选择反对。对于受体菌株, 一个大肠杆菌MG1655 菌株在这里使用引入自发啶酸突变。自发啶酸突变体的选择是在200µL 等分上镀出2毫升的过夜培养物, 在含有啶酸的30µg/毫升的板上。选择一个单一的克隆 MG1655 是抗啶酸成为受体菌株。此外, 如上所述, 收件人应变必须是 lambda红外负。
概述: 一旦细菌结合发生, pJA1 质粒已从施主菌株转移到受体菌株, IPTG 向培养基的添加将导致tnp基因的表达, 这是在 IPTG 诱导的控制下lacIq/Ptac 启动子 (图 1)。pJA1 上的tnp基因是一个突变转, 它在热点处的插入频率较低,6,10,11。在加入和诱导与 IPTG, 转被激活和随机插入的基因组。质粒不能在λ受体菌株中维持, 并且丢失。
这里描述的协议允许构造一个密集的插入库。此方法允许使用 5 mL 的区域性卷6创建具有超过 2 x 105唯一转变种的转库。这是相对容易执行, 使用试剂在大多数基本的微生物学实验室, 是可伸缩的, 并要求在昂贵的设备或消耗品, 如电穿孔试管的方式很少。
该方法的一个显著优点是, 在理论上, 用户在选择 enterobacterial 受体菌株时具有很大的自由度。本文以及其他11, 使用大肠杆菌作为接收菌株, 但 pJA1 质粒已成功地用于其他 enterobacterial 受体的物种, 如志贺菌福氏 6和沙门氏菌 enterica螺旋体鼠伤寒杆菌 SL134410。理论上, 在 pJA1 中复制的γ原点 (oriR6Kγ) 允许此质粒在广泛的主机范围19中进行维护, 从而使收件人应变为红外 +.最近, 已经描述了新的方法, 允许在一系列的 enterobacterial 菌株20中构造红外 + , 从而提供了额外的灵活性。此外, 在 pJA1 的 RP4 质粒中的300 基对暴民区域允许共轭将此质粒转移到广泛的革兰阴性菌菌株19。简单地说, 这种方法理论上可以用于各种受体菌株, 只要满足几个条件: 该菌株是红外+, 并标明了除卡那霉素以外的抗生素抵抗, 除了供体菌株。
协议中的一个关键步骤是在步骤4.1 中估计出适当数量的单元格。如果蜂群间隔太近, 它们就会在板块上争夺养分, 而不适合的突变体则超过。这可能导致突变体总数的减少。另外, 如果殖民地间隔太远, 将有太少的殖民地在板块上, 和总数量的琼脂板需要实现一个大型图书馆变得繁重。因此, 以每个板块的菌落数来实现正确的平衡是很重要的。
执行协议中列出的控件非常重要, 以确保步骤按所述的方法工作。值得注意的是, 当使用啶酸作为 counter-selection 对供体菌株, 重要的是要确保负施主控制板是没有殖民地。这是因为可能有一个低速率 (大约 1 x 10-10) 的21自发抗啶酸, 产生假阳性。通常, 共轭和移位的速率大约是 2 x 10-4 19。因此, 共轭和转位率是几个数量级大于自发抗啶酸的速率。因此, 与真实换位事件相比, 误报率非常低, 在协议工作时被视为微不足道。然而, 如果共轭或转位率明显降低, (从低交配效率和/或缺乏诱导的转基因与 IPTG) 和协议的规模, 以弥补这一点, 然后假阳性的数量 (克隆没有插入的转) 也可能增加。
在步骤3.2 和3.10 中, 可以对孵化时间进行一些修改。步骤3.2 指出, 共轭应该发生在6小时, 但在我们的经验中, 这个时间步长可以变化 (即, 4-7 h), 而不会显著改变结果。此外, 在步骤3.10 中, 还可以调整菌落在琼脂板上孵育的时间长度。这可以根据接收菌株的平均加倍时间或生长速率而变化。此外, 在我们的经验中, 18 h 产生了不同的菌落大小, 表明一个不同的健身库。然而, 具有极大降低体质的菌落可能需要更长的时间才能生长, 因此在18小时后可能不可见。如果这种方法被用来寻找极少的适应性克隆, 更长的潜伏期和较少的殖民地在板块上减少拥挤 (即, 48 ĥ, 50-300 殖民地) 可以使用。
这种方法的附加缺陷包括: 不能使用已经卡那霉素抵抗的受体菌株。pJA1 质粒中的卡那霉素抗性标记物可以替代可选的标记物, 如氯霉素耐药性以克服这一障碍。同样值得注意的是, 理论上, 有可能使用一种抗氨苄西林的受体菌株, 因为含有氨苄西林耐药标记的 pJA1 质粒在换位后不久就会丢失。
在选择的遗传背景下建立一个稠密的转库, 对于许多下游应用来说都是潜在的有利条件。例如, 一个稠密的转库可以用来识别缺陷突变体使用副本电镀22或确定在建立感染的变种人是有缺陷的1,2。最近, 随着 dna 测序成本的下降和下一代测序技术等新技术的普及, 转图书馆已被用于深入 dna 测序, 以深入了解基因的重要性、基因功能和遗传相互.其中一些方法在23中进行了审阅, 其中包括转定向插入站点测序 (TraDIS)、转测序 (Tn-seq)、高吞吐量插入跟踪 (按深度测序 (命中)) 和插入顺序 (INSeq)。所有这些下游方法都依赖于密集的转插入库的构造。虽然其他向量可能需要用于特定的下游方法, 但此处描述的协议概述了要遵循的显著程序点。
The authors have nothing to disclose.
我感谢乔治教会实验室 pJA1 质粒的那种礼物。我感谢法比耶纳汉堡和亚历克斯 Boehm 从 Jenal 实验室在 Biozentrum 在巴塞尔的帮助与细菌共轭和提供 BW20767 菌株。我也感谢奥林 Silander 的帮助编辑。这项研究的经费来自于新西兰梅西大学的基金和瑞士巴塞尔大学的系统生物学 (“战斗 X” 项目 “Bumann”) 的瑞士倡议。
0.45 micron nitrocellulose filters (sterile) | Millipore | HAWP02500 | Alternatively blotting paper can be used (listed below) |
Blotting paper cut into ~ 1 inch circles, then autoclave/sterilized in foil. There is no difference in efficiency between the nitrocellulose filters or blotting paper | GE life Sciences: product Grade 3MM Chr Blotting Paper, sheet, 46 × 57 cm | 3030-917 | Alternatively nitrocellose filters can be used (listed above) |
Metal Forceps, sterile | VWR/Global Science New Zealand | MURRE009/01 | |
Petri dishes, sterile, 90 mm diameter, 68 mL volume, 12.5 mL working volume. | Interlab New Zealand | 2303-1090 | |
Sterile glass spreaders | VWR/Global Science New Zealand | NZNZSPREADER | Alternatively sterile glass beads can be used for spreading culture onto plates (listed below) |
Sterile glass beads | VWR/Global Science New Zealand | HERE1080603 | Alternatively a sterile glass spreader can be used for spreading culture onto plates (listed above) |
Nalidixic acid (optional) | GoldBio.com | N-015-250 | |
Ampicillin sodium salt BioChemica | VWR/Global Science New Zealand | APLIA0839.0025 | prepare according to manufacturer recommendation |
Kanamycin sulfate BioChemica | VWR/Global Science New Zealand | APLIA1493.0010 | |
IPTG (Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside) | Thermofisher New Zealand | FMTR0393 | |
Difco Agar granulated | Fort Richard Laboratries/Interlab New Zealand | 214530 | |
Luria Broth Base (Miller's LB Broth Base) | Thermofisher | 12795-084 | |
Glycerol bidistilled 99,5 % | VWR/Global Science New Zealand | VWRC24388.320 | |
15 ml polypropelene sterile conical vials | VWR/Global Science New Zealand | CORN430791 | |
Microcentrifuge tubes, flat cap, 1.7ml, Ultra-clear PP, graduated, autoclavable and freezable | VWR/Global Science New Zealand | AXYGMCT-175-C | |
50ml Centrifuge tubes, Falcon, PP, conical, printed graduation, with flat screw caps, sterile | VWR/Global Science New Zealand | BDAA352070 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
Incubator at 37C | |||
Autoclave for sterilizing media |