Gjensidige hemizygosity via sekvensering (RH-SEQ) er en kraftig ny metode for å kartlegge genetisk grunnlag av en egenskap forskjell mellom arter. Bassenger av hemizygotes er generert av Transposon mutagenese og deres egnethet spores gjennom konkurransedyktig vekst ved hjelp av høy-gjennom sekvensering. Analyse av den resulterende data peikt gener underliggende trekket.
Et sentralt mål for moderne genetikk er å forstå hvordan og hvorfor organismer i naturen varierer i fenotype. Hittil har feltet Avansert i stor grad på styrken av kobling og forening kartlegging metoder, som sporer forholdet mellom DNA sekvens varianter og fenotype tvers rekombinant avkom fra siamesere mellom individer av en art. Disse tilnærmingene, men kraftige, er ikke godt egnet til egenskap forskjeller mellom reproductively isolerte arter. Her beskriver vi en ny metode for Disseksjon av naturlig egenskap variasjon som lett kan brukes på inkompatible arter. Vår strategi, RH-SEQ, er en Genova-bred gjennomføring av gjensidig hemizygote test. Vi utnyttet den til å identifisere gener ansvarlig for slående høy temperatur vekst av gjær Saccharomyces cerevisiae i forhold til sin søster arter S. paradoxus. RH-SEQ utnytter Transposon mutagenese å skape en pool av gjensidige hemizygotes, som deretter spores gjennom en høy temperatur konkurranse via høy-gjennomstrømning sekvensering. Våre RH-SEQ arbeidsflyt som er lagt ut her gir en streng, upartisk måte å analysere gamle, komplekse trekk i spirende gjær klade, med påminnelse om at ressurskrevende dyp sekvensering er nødvendig for å sikre genomisk dekning for genetisk kartlegging. Idet sekvensering omkostningene miste, denne adgang avholde stor Love for fremtid bruk vannrett Landplantenes.
Siden begynnelsen av feltet, har det vært et førsteklasses mål i genetikk å forstå mekanistisk grunnlag av variasjon over ville individer. Som vi kart Loci underliggende en egenskap av interesse, den emergent gener kan være av umiddelbar bruk som mål for diagnostikk og narkotika, og kan belyse prinsippene om evolusjon. Bransjestandarden mot dette formålet er å teste for et forhold mellom genotype og fenotype over en populasjon via kobling eller forening1. Kraftig som disse tilnærmingene er, de har en viktig begrensning-de er avhengige av store paneler av rekombinant avkom fra krysser mellom interfertile individer. De er ikke i bruk i studiet av arter som ikke kan mate å danne avkom i første omgang. Som sådan har feltet hatt liten kapasitet for objektiv Disseksjon av Personlighets forskjeller mellom reproductively isolerte arter2.
I dette arbeidet rapporterer vi den tekniske grunnlaget av en ny metode, RH-SEQ3, for Genova-skala undersøkelser av genetisk grunnlag av egenskap variasjon mellom arter. Denne tilnærmingen er en massivt parallell versjon av den gjensidige hemizygote test4,5, som først ble unnfanget som en måte å evaluere den fenotypiske effekten av allel forskjeller mellom to genetisk distinkt bakgrunn på en bestemt geometrisk (figur 1a). I denne ordningen, de to avvikende individer er først paret å danne en hybrid, halvparten av hvis Genova kommer fra hver av de respektive foreldre. I denne bakgrunnen, er flere stammer generert, hver med en avbrutt eller slettet kopi av hver av foreldrenes allel av geometriske. Disse stammer er hemizygous siden de forblir diploid overalt i Genova unntatt på geometriske steder av interesse, der de anses haploide, og er referert til som gjensidige siden hver mangler bare én foreldrenes allel, med sine resterende allel avledet fra andre forelderen. Ved å sammenligne fenotyper av disse gjensidige hemizygote stammer, kan man konkludere med om DNA-sekvens varianter ved manipulert geometrisk, bidrar til trekk av interesse, siden varianter på det geometriske er den eneste genetiske forskjellen mellom gjensidig hemizygote stammer. På denne måten er det mulig å knytte genetiske forskjeller mellom arter til en fenotypiske forskjell mellom dem i et godt kontrollert eksperiment oppsett. Hittil har søknader om denne testen vært i et kandidat-gen rammeverk-det vil si tilfeller der hypotesen er allerede i hånden som naturlig variasjon på et kandidat knutepunkt kan påvirke en egenskap.
I det følgende, legger vi ut protokollen for et Genova-skala gjensidige hemizygosity skjermen, ved hjelp av gjær som modell system. Vår metode skaper en genomisk komplement av hemizygote mutanter, ved å generere levedyktig, sterile F1 hybrider mellom arter og utsette dem for Transposon mutagenese. Vi Pool hemizygotes, måle deres fenotyper i sekvensering-baserte analyser, og test for forskjeller i frekvens mellom kloner av bassenget bærer de to foreldrenes alleler av et gitt gen. Resultatet er en katalog av Loci der varianter mellom arter påvirker trekk av interesse. Vi implementerer RH-SEQ arbeidsflyt for å belyse det genetiske grunnlaget for thermotolerance forskjeller mellom to spirende gjær arter, Saccharomyces cerevisiae og S. paradoxus, som skilt ~ 5 000 000 år siden6.
Fordelene med RH-SEQ over tidligere statistiske-genetiske metoder er flere ganger. I motsetning til koblings-og tilknytnings analyse, gir RH-SEQ en løsning for kartlegging av enkelt genet; som sådan, vil det trolig være av betydelig nytte selv i studier av personlighetstrekk variasjon på tvers av individer av en gitt Art, så vel som interspesifikk forskjeller. Også tidligere forsøk på Genova-Wide gjensidige hemizygosity analyse brukt samlinger av gen sletting mutanter, hvorav noen Harbor sekundære mutasjoner som…
The authors have nothing to disclose.
Vi takker J. Roop, R. Hackley, I. Grigoriev, A. Arkin og J. Skerker for deres bidrag til den opprinnelige studien, F. AlZaben, A. Flury, G. Geiselman, J. Hong, J. Kim, M. Maurer, og L. Oltrogge for teknisk assistanse, D. Savage for sin generøsitet med mikroskopi ressurser, og B. Blackman, S. Coradetti, A. Flamholz, V. Guacci, D. Koshland, C. Nelson og A. Sasikumar for diskusjoner; Vi takker også J. Dueber (Department of bioteknologi, UC Berkeley) for PiggyBac plasmider. Denne arbeide var understøttet av R01 GM120430-a1 og av fellesskapet sekvensering prosjekt 1460 å RBB for det U.S. avdeling av energi skjøt Genova off, en DOE kontor av vitenskap bruker Letter. Arbeidet utført av sistnevnte ble støttet av Office of Science av US Department of Energy under kontrakt nr. DE-AC02-05CH11231.
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 |