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基因编辑小鼠——基因型鉴定

2016-11-02 实验技巧 邦耀实验室
导语
实验室基因修饰小鼠品系的保存大多是通过和野生型小鼠交配,然后不断鉴定、选择携带基因突变的后代来实现的。因此,维持一个基因修饰小鼠品系,必须要通过分子生物学手段不断的鉴定小鼠的基因型。上一期已经学习了小鼠的交配过程及基因型鉴定的基本步骤介绍,这次就来看看针对不一样的类型如何进行实验设计和数据分析。

 

目前采用的小鼠基因型鉴定方法有Southern blot和聚合酶链式反应(PCR)方法。


southern杂交虽然准确度较高,但是其实验步骤复杂、实验周期长,且花费较高;


PCR方法因其具有快速、灵敏、费用低等特点,逐渐取代了传统的Southern杂交,被广泛应用于对基因编辑小鼠基因型鉴定的实验中。

基因型鉴定基本流程图


一般而言,针对不同基因修饰类型的小鼠,需要设计不同的引物来进行鉴定。



长片段碱基序列缺失

这种突变类型的小鼠往往缺失碱基数目达到100bp以上,针对这一类型的突变,我们可以通过设计两对引物来检测基因型:


在突变区域两端设计PCR引物,使突变区域位于扩增片段内。由于缺失的DNA片段一般有成百甚至上千个碱基,这样可以通过PCR产物大小来区分突变型和野生型小鼠基因型(如图1所示,突变型扩增片段较野生型少150bp);


设计时至少一个引物位于突变区域内,由于突变型小鼠该区域DNA已经缺失,因此纯合突变小鼠理论上不能扩增出相应条带,而杂合子虽能扩增出条带,但凝胶电泳检测后条带相对较弱(此方法一般只用于鉴定纯合突变小鼠基因型);


仍然使用①中的引物,同时在突变区域内存在特异性酶切位点,可通过PCR扩增后再进行酶切。而突变小鼠由于酶切位点的缺失,导致酶切后的电泳图谱与野生型有差异,这样也可以区分基因型。

图1.长片段DNA缺失检测

 

单碱基或少数碱基缺失、增加和替换

该类型的基因突变由于突变碱基数较少,通常不能直接通过PCR产物大小来判断。在鉴定小鼠基因型时一般在突变区域两端设计引物,扩增300—800bp DNA片段。如果突变刚好发生在野生型的酶切位点上,可通过酶切PCR产物后的图谱分析基因型。


如图2,突变型由于EcoRI位点改变,不能被EcoRI切割,因此带条较能切割的野生型更大;若突变未在酶切位点,则需要将扩增的DNA片段进行基因测序,测序引物为扩增该片段的一条引物。


如图测序结果显示有碱基插入或缺失(indels)则导致突变位置后出现套峰,而如果只是单碱基突变则只会在对应位点出现套峰。图2展示的测序峰图均为杂合突变体,若是纯合突变,则只需要直接比对序列差异即可。

图2.单碱基或多碱基突变基因型鉴定


47 31776 47 14941 0 0 1904 0 0:00:16 0:00:07 0:00:09 3497
长片段DNA插入

这一类型的基因修饰是基因型鉴定中较为重要的部分,因为相对前两种类型的基因突变,大片段DNA插入检测难度相对更大。针对该类型的基因型鉴定,首先需要设计2—3对引物(防止假阳性),每对引物必须一个位于插入序列上,另一个位于同源臂以外的基因组序列上(图3)。


如图3所示,使用L1/R1和L2/R2两对引物进行PCR扩增,理论上只有外源DNA序列正确插入后才能扩增出条带,即只有突变体有条带,而野生型则不会扩增出目的条带。最后将扩增出的条带进行测序鉴定,检测是否符合理论预期。


同时也可以设计一对引物,位于插入序列同源臂以外的两侧基因组序列,然后进行PCR扩增。突变型小鼠由于插入了外源DNA序列,扩增的DAN片段应该明显大于野生型扩增片段,可以通过凝胶电泳进行判断。

图3.长片段DNA插入基因型鉴定

 

以上为大家介绍了利用PCR方法鉴定常见的突变小鼠基因型鉴定方法。当然,在此之前应该先取待鉴定小鼠的少许组织(如脚趾、尾巴等)以提取基因组,并严格编号。


鉴于动物伦理管理规范及实验经验,剪脚趾及剪尾工作应在出生后7—12天内完成,这样一方面既可避免母鼠吃崽现象,同时该时段的小鼠容易抓取,体毛尚未生长且出血较少,所提取的基因组质量较高。


提取基因组的方法很多,以下为酚/氯仿抽提法的步骤:


  1. 待小鼠成长至7天左右,剪取小鼠脚趾(或尾巴、耳廓等组织),放入1.5ml洁净离心管中;


  2. 按500μl裂解液+5μl蛋白酶K的比例,配制组织消化液;


  3. 加500μl消化液至离心管中,同时离心使小鼠脚趾沉淀至管底;


  4. 55℃放置5 hours,使之充分消化,然后取出短暂离心;


  5. 加入等体积酚氯仿,混合均匀,12,000rpm离心5min;


  6. 吸出上清并丢弃,加入等体积三氯甲烷,轻轻混合均匀,并于4℃,12,000rpm离心10min;


  7. 吸尽上清,加2.5倍体积的无水乙醇和0.1倍体积的NaAC(3M,PH=5.2),-20℃放置30min;


  8. 取出后在4℃,12,000rpm离心5min,此时应观察到管底有白色沉淀产生;


  9. 同时除去液体(注意不要吸到白色沉淀),室温静置使乙醇充分干燥挥发,最后用灭菌纯水进行溶解,测定溶度;


  10. 基因组短期于4℃保存,长期保存于-20℃。


精彩内容列表(持续更新,蓝色代表已经发表,黑色待发表)

模式动物系列(—)常见大小鼠汇总


2. 模式动物系列(二)基因编辑鼠

2.1  基因编辑鼠的构建

2.2  gRNA设计和筛选

2.3  sgRNA表达载体构建

2.4  显微注射操作步骤及要点

2.5  小鼠培育及繁殖过程

2.6  小鼠基因型鉴定

2.7  小鼠保种方式(精子、胚胎冻存)

2.8  小鼠体外受精介绍

3. 模式动物系列(三)疾病动物模型


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