一滴蚊子血克隆出恐龙太扯?嗯,克隆出这只蚊子没毛病!

经典好莱坞大片《侏罗纪公园》相信小伙伴们还记忆犹新,斯皮尔伯格拿一只唯一不会吸血的还是只公蚊子当道具实在是功课没做好——不过也有技术宅质疑,如此微量的血液真的足够克隆出一个庞然大物?那么问题来了,基因组测序到底需要多少样本量?科学怪蜀黍要克隆出来自侏罗纪的蚊子,一只不够吧?
PacBio告诉你——完成全基因组测序,一只蚊子的DNA够够的了!

近期 Wellcome Sanger 研究所和 PacBio 公司的科学家公布了一种新的利用低起始量样本DNA进行全基因组测序的protocol,仅输入100ng DNA即获得了高质量的科氏按蚊基因组de novo组装效果。下面让我们通过预印版文章抢先来看看这一protocol到底特别在哪里吧!

材料:一只雌性按蚊(Anopheles coluzzii

HMW DNA提取:

在200μl PBS中捣碎虫体,使用Qiagen MagAttract HMW kit (PN-67653)试剂盒提取基因组DNA,并作如下调整:将Buffer ATL替换为200ul 1X PBS;在组织匀浆和孵育之前将PBS与RNAse A、蛋白酶K、Buffer AL混合;孵育时间缩短至2h;轻击管壁混匀;清洗1min;提取过程中转移DNA均使用宽口tips;

这些调整与10×genomics基因组提取方法一致,目的在于获取>50Kb的基因组DNA分子。结果显示,通过此法获得的gDNA总量约为250ng,且DNA长度主要分布在~150Kb左右。但经过低温运输过程之后,部分gDNA发生降解(Fig.1);使用Qubit fluorometer检测DNA浓度,随后使用其中的100ng DNA进行文库构建。

文库构建:

1 使用SMRTbell Express Prep kit v2.0构建SMRTbell文库(由于大部分基因组DNA已经片段 化至20Kb以上,因此省略gDNA剪切步骤)
2 对100ng DNA进行第一次酶促反应,除去单链突出端
3 随后用对DNA链进行损伤修复;
4 双链DNA末端加A;
5 于20°C条件下连接含T末端的SMRTbell接头(此过程耗时60min);
6 使用AMPure PB bead 进行SMRTbell文库纯化:
①首先使用0.45X AMPure②随后使用0.80X AMPure;
③最后使用FEMTO Pulse及Qubit Fluorometer对最终的文库进行浓度及大小检测(Fig.1)。

Fig.1 Anopheles coluzzii gDNA及最终文库

SMRT测序:

测序引物版本v4.0;聚合酶v3.0;使用Sequel系统测序,测序试剂版本v3.0,运行时间1200min;软件版本v6.0;共测序3 个SMRT Cells。

数据产出平均25 Gb /SMRT Cell (20 h movies)

组装指标:使用FALCON-Unzip软件进行de novo组装,contig N50 3.5 Mb,基因完整度大于98%

 操作要点: 
  • 基因组提取过程轻柔操作,保留大片段高质量DNA;
  • 建库过程不经历DNA剪切及片段筛选过程,避免剪切、纯化等步骤对DNA带来的损失,尽可能的保留DNA。

怎么样?这么省样品的建库测序方法你get了吗?据悉,这一新的官方protocol将于2019年2月正式发布,届时,PacBio必将在一些典型的涉及低DNA起始量的领域大展拳脚,如小生物膜的宏基因组分析、穿刺样本中分离的DNA样本、及需要有限扩增的靶向测序和单细胞测序等应用。

武汉未来组早在2016年就已经成功搭建基于PacBio的三代测序平台,并于2017年9月成功搭建Nanopore测序平台,一直致力于第三代测序技术的应用和推广,应用三代测序的合作研究成果多次登上Nature Genetics、Molecular Plant及Nature Communications等国际知名期刊。三代测序首选的合作者是谁?当然是未来组啦!

参考文献:

Kingan, Sarah, et al. “A High-Quality De Novo Genome Assembly from a Single Mosquito using PacBio Sequencing.” bioRxiv (2018): 499954.

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