深度突变扫描的步骤:可用于文库构建、功能筛选和高通量测序
随着高通量测序技术的发展和各种酶的发现和应用,深度突变扫描成为筛选突变体、蛋白定向进化等相关研究的高效手段:
所需试剂:构建基因随机点突变的试剂盒,用于筛选的宿主菌株,连接转化所需试剂,质粒提取操作等相关生化试剂。
仪器:Qubit定量设备、高通量测序平台(Illumina、Miseq、Hiseq)、凝胶电泳系统、PCR和qPCR仪器
主要步骤:
1、选择候选蛋白的有效功能域,根据相对应DNA序列选择合适的突变位点;
注:当选择突变位点的序列大小时,主要考虑高通量测序平台能够测得的序列长度,比如Illumina MiSeq平台最大测序长度为500bp,因为Illumina 测序技术出错的概率大概在1%,可以考虑通过双端测序将出错率降低到~0.01%。所有这些限制导致reads的读长在250bp或83个氨基酸。
2、订购合成构建突变体文库的引物,根据易错PCR的出错频率计算错误插入出现的概率。
3、通过酶切连接或者Gibson同源重组等策略将变异基因文库克隆进入低拷贝表达质粒。
注:克隆进入尽可能多的变异(10^5~10^6)是有帮助的,使用低拷贝质粒保证每个细胞都有一到两个基因拷贝,并且拷贝之间没有太大的变化。而且在蛋白表达时可以避免高拷贝质粒带给菌株的压力。
4、将混合质粒文库转化进入高效的感受态细胞.
注:尽可能增加文库的多样性,提高高通量测序的效率,提高不同实验批次之间的重复性。例如:如果需要获得一千万条reads,则至少应该获得1x10^5个转化子,允许每个变异测100条reads。如果产生了太多的转化子,后续可以采用总转化的一个子集。
5、用合适的筛选实验对功能性变化的变异本进行筛选,包含合适的生物学重复;在时间为0或多个时间点收集16个OD单位的菌液(一个OD单位指的是1ml OD600=1的菌液);同时将16个OD单位的样品分为四份,作为技术重复,预防后期实验步骤损耗。
6、用高效质粒提取试剂盒提取质粒,最后用合适的EB溶解,于-20℃冰箱保存。
7、用添加有接头和集群生成序列的引物对变异区进行PCR扩增,为了防止PCR造成误差,尽可能多添加模板DNA的量。(通常选择总反应体积一半的质粒的量)。使用高保真的DNA聚合酶并且优化条件使总的扩增循环数<20。也可以添加SYBR Green染料通过qPCR监测反应的进行。在指数扩增期间停止反应,在反应达到饱和前收集样品。
8、用Qubit、Bioanalyzer或qPCR-based KAPA Illumina Library Quantification Kit对获得的双链DNA进行定量。
9、根据测序公司的说明对Illumina 文库进行多路复制和测序。
10、分析获得的测序数据。
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