Summary

通过全基因组互惠性分析,对糖母菌菌种间热耐性差异的遗传图谱

Published: August 12, 2019
doi:

Summary

通过测序(RH-seq)的互惠血性是绘制物种间特征差异遗传基础的有力新方法。血吸血池由转位子诱变产生,其适应性通过高全测序的竞争性增长进行跟踪。对结果数据的分析可确定特征背后的基因。

Abstract

现代遗传学的中心目标是了解野生生物在表型上是如何和为什么不同的。迄今为止,该领域已在很大程度上依靠链接和关联映射方法的强度,该方法从物种个体之间的交配中追踪DNA序列变异和表型在重组后代之间的关系。这些方法虽然强大,但并不适合生殖隔离物种之间的特征差异。在这里,我们描述了一种全基因组解剖自然特性变异的新方法,这种变异可以很容易地应用于不相容的物种。我们的战略,RH-seq,是一个全基因组的对内血吸血测试的实施。我们利用它来识别导致酵母菌相对于其姐妹物种S.RH-seq利用转轴龙诱变来创建一个互惠血吸体池,然后通过高通量测序通过高温竞争进行跟踪。我们这里介绍的RH-seq工作流程提供了一种严谨、无偏见的方式来解剖萌芽酵母包层中的古老、复杂的特征,并告诫需要资源密集型深度测序,以确保基因图谱的基因组覆盖。随着测序成本的降低,这种方法为真核生物的未来应用带来了巨大的希望。

Introduction

自该领域诞生以来,了解野生个体变异的机械基础一直是遗传学的首要目标。当我们绘制出一个感兴趣的特征的位点时,新兴基因可以立即用作诊断和药物的目标,并可以揭示进化的原理。为此的行业标准是通过联系或关联1来测试基因型和表型之间的关系。这些方法功能强大,但存在一个关键限制——它们依赖于来自不育个体间交叉的重组后代的大面板。它们对于研究那些不能交配形成后代的物种没有用处。因此,该场几乎没有能力对生殖分离的物种2之间的特征差异进行无偏见的解剖。

在这项工作中,我们报道了一种新的方法RH-seq3的技术基础,用于对物种间特征变异的遗传基础进行基因组尺度调查。这种方法是互惠性异形测试4,5的大规模平行版本,它最初被设想为一种评估两个基因不同背景之间等位基因差异的表型效应的方法。特定位点 (图 1A)在这个方案中,两个不同的个体首先交配形成一个杂交,其中一半的基因组来自各自的父母。在此背景中,将生成多个菌株,每个菌株包含每个父位点的中断或删除副本。这些菌株是双重体,因为它们在基因组中无处不在,除了在兴趣点,它们被认为是单倍体,并被称为互惠,因为每个只缺乏一个父母的等位基因,其剩余的等位基因派生自其他父级。通过比较这些互惠性窒息菌株的表型 , 可以得出结论 , 在纵的位点 DNA 序列变异是否有助于感兴趣的特征 , 因为在位点变异是互惠之间的唯一遗传差异赫米西戈特菌株。通过这种方式,在控制良好的实验设置中,物种之间的遗传差异与物种之间的表型差异是有可能的。迄今为止,该测试的应用一直在候选基因框架中,也就是说,假设已经具备,候选位点的自然变异可能会影响特征。

接下来,我们用酵母作为模型系统,为基因组尺度的互惠性全致度屏幕奠定了协议。我们的方法通过在物种之间产生可行的无菌F1杂交物,并使它们被转位子诱变,从而创造了血小生子突变体的基因组补充。我们汇集出麻囊,在基于测序的检测中测量其表型,并测试池中具有给定基因的两个父母等位基因的克隆之间的频率差异。结果是一个位点目录,物种之间的变异会影响感兴趣的特征。我们实施RH-seq工作流程,以阐明两个萌芽酵母物种,母细胞和S.悖论之间的热耐受性差异的遗传基础,这一物种在500万年前就发生了分歧。

Protocol

1. 准备含有猪囊的质粒进行转化 将含有质粒pJR487的大肠杆菌菌株分到单菌群,放入LB + 卡比西林琼脂板。在37°C或单个菌落出现之前孵育1晚。注:关于如何克隆质粒pJR487的描述可以在我们以前的工作3中找到。 在 100 μg/mL 时接种 1 L 的 LB + 卡比西林,在 2 L 玻璃瓶中使用单个含有 pJR487 的大肠杆菌。在 37°C 下生长过夜,在 200 rpm 转速下摇动,直到饱和(OD…

Representative Results

我们交配S.cerevisae和S.paradoxus形成无菌杂交,我们进行转泊。每个诱变克隆都是血吸虫,一种双倍体杂交,其中一个基因的等位基因被打乱(图1A,图2)。我们在39°C下通过生长来相互竞争,在28°C(图1B)的单独实验中,我们从每种培养物中分离出DNA。为了报告每个半球体的适应性,我们通过批量测序对丰度进行了量化,?…

Discussion

与以前的统计遗传方法相比,RH-seq的优点是几倍。与链接和关联分析相比,RH-seq提供单基因映射分辨率;因此,即使在研究特定物种个体之间的特征变异以及特异性差异时,它也可能具有重大效用。此外,以前在全基因组对内造异性分析的尝试使用基因缺失突变体的集合,其中一些含有二次突变,可能导致假阳性结果9,10。RH-seq策略通过依次生成和对每个基因中的?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我们感谢J.Roop、R.哈克利、I.格里戈里耶夫、阿·阿金和J.斯克尔对原始研究的贡献,F.AlZaben,A.Flury,G.Geiselman,J.Hong,J.Kim,M.Maurer和L.Oltrogge,D.萨维奇慷慨地提供显微镜资源,B.布莱克曼,S.科拉迪蒂,A.弗拉姆霍尔茨,V.瓜奇,D.科什兰,C.纳尔逊和A.萨西库马尔讨论;我们还感谢J.Dueber(加州大学伯克利分校生物工程系)的PiggyBac质粒。这项工作得到了R01 GM120430-A1和美国能源部科学用户设施办公室联合基因组研究所1460至RBB社区测序项目的支持。后者的工作得到美国能源部科学办公室根据第1号合同的支持。去 AC02-05CH11231。

Materials

1-2 plasmid Gigaprep kits Zymo Research D4204 The number of kits required depends on how efficient your preps are in each kit. This kit comes with 5 individual plasmid prep columns. Run 1 L of saturated E. coli culture through each prep column, as using more than 1 L per column can cause clogging of the prep filter, leading to low yield and poor quality DNA.
10X Tris-EDTA (TE) buffer (100 mM Tris-HCl and 10 mM EDTA) Any N/A Filter sterilize through a 0.22 μm filter before use.
1M LiOAc Any N/A Filter sterilize through a 0.22 μm filter before use.
300 mg/mL Geneticin (G418) Gibco 11811023
52% polyethylene glycol (PEG) 3350 Sigma 1546547 Dissolve in water and filter sterilize through a 0.22 μm filter before use. 1X trafo mix: 228 uL 52% PEG, 36 uL 1M LiOAc, 36 uL 10X TE buffer
Autoclaved LB liquid broth BD Difco 244620 Make LB liquid broth using your powder from any brand, and milliQ water. Autoclave it before use.
Carbenicillin stock in water (100 mg/mL) Any N/A Filter sterilize through a 0.22 μm filter before use.
Complete synthetic agar plates (24.1cm x 24.1cm) with 5-fluoroorotic acid (5-FOA) [0.2% drop-out amino acid mix without uracil or yeast nitrogen base (YNB), 0.005% uracil , 2% D-glucose, 0.67% YNB without amino acids, 0.075% 5-FOA] 5-FOA: Zymo Research, Drop-out mix: US Biological, Uracil: Sigma, D-glucose: Sigm), YNB: Difco 5-FOA: F9001-5, Drop-out mix: D9535, Uracil: U0750, D-glucose: G8270, YNB: DF0919
DMSO Any N/A
E. coli strain carrying pJR487 (CEN-/ARS+ piggyBac-containing plasmid) N/A N/A Request from Brem lab.
Hybrid yeast strain JR507 (S. cerevisiae DBVPG1373 x S. paradoxus Z1, URA-/URA-) N/A N/A Request from Brem lab.
Illumina Hiseq 2500 used for SE-150 reads
Large shaking incubators with variable temperature settings Any N/A
LB + carbenicillin agar plates (100 μg/mL) Agar: BD Difco Agar: 214010 Make LB agar plates as normal and add carbenicillin to 100 μg/mL before drying.
Nanodrop spectrophotometer Thermo Scientific ND-2000
Qubit Fluorimeter Thermo Scientific Q33240
Salmon sperm DNA Invitrogen 15632011
Water bath at 39°C Any N/A
Yeast fungal gDNA prep kit Zymo Research D6005
Yeast peptone dextrose (YPD) liquid media BD Difco Peptone: 211677, Yeast Extract: 212750 Add filter-sterilized D-glucose to 2% after autoclaving.
YPD + G418 agar plates (300 μg/mL) Agar: BD Difco Agar: 214010 Make YPD agar plates as normal and add G418 to 300 μg/mL before drying.
YPD agar plates Agar: BD Difco Agar: 214010

Referências

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check_url/pt/59972?article_type=t

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Citar este artigo
Weiss, C. V., Chuong, J. N., Brem, R. B. Genetic Mapping of Thermotolerance Differences Between Species of Saccharomyces Yeast via Genome-Wide Reciprocal Hemizygosity Analysis. J. Vis. Exp. (150), e59972, doi:10.3791/59972 (2019).

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