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Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini- transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

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Page 1: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Herramientas genéticas

en microbiología

ambiental III Mini-

transposones

Víctor de Lorenzo y Marc VallsCentro Nacional Biotecnología,

Madrid

Page 2: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Insertion sequences vs. transposons

Page 3: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Phenotypes acquired by IS vs Tninsertions

Page 4: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Consequences of transposon insertion

Page 5: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

The Tn5 transposon (5,8 kb)

IS50L IS50R

kanr

Transposase acts upon I and O in correct orientation

Resistance to kana-, bleo- and streptomycin

Cut-and-pase conservative transposition

Random transposition

Broadest host spectrum known

TnpTnp

OIO I

bler strr

Page 6: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Minitransposon engineering: the facts

1. Transposase acts on the outermost 19 bp I & O ends of the transposon

I end O end

2. Transposase acts in cis even if present outside the transposon ends

I O

tnp

I O

tnp

Page 7: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Mini-transposon

Minitransposon engineering

O

marker

I

gene X

WT Tn5

tnp*

OIO I

NotINotI SfiI SfiI

Page 8: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

pUC18Not & pUC18Sfi

pUC18MCS

NotI or SfiI

NotI or SfiI

Page 9: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

pUT5.2 kb

ori R6KTnp*

OSelect. markerI Cloned DNA

NotI NotI

bla

oriT

SfiI SfiI

Page 10: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

R6K oriV

R6K pir

Conditional replication & suicide delivery of pUTs

RK2 oriT

RK2 tra/mob

pUTs

Page 11: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Donor strain

Escherichia coli S171 pir

pirt

Page 12: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Escherichia coli

Ralstonia sp. Pseudomonas sp.Rhizobium sp.

pir

t

Transposition

Page 13: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Transposition

Ralstonia sp. Pseudomonas sp.Rhizobium sp.

Page 14: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

ConjugationConjugation

Page 15: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Tri-partite matings

Donor

Recipient

Helper

tra/mob

ColE1

oriV R6K

oriT RK2

Page 16: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Tripartite mating

Page 17: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Advantages of minitransposons as a system for heterologous DNA integration

- Stability.

No rearrangements

No transposition (transposase is lost)

- Selection is not required

- Several rounds of integration are feasible

- Wide host spectrum

Page 18: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Applications of mini-transposons

• Mutagenesis

• Determination of essential genes

• Gene expression studies

Page 19: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Strategy for transposon mutagenesis of a bacterial strain

Page 20: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Mapping insertions with pulse field EF

Page 21: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Sequencing minitransposon insertions

I OKm

1st round

PCR

2nd round

NNNNNNNNNNN 3’ Primers

Page 22: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Determination of essential genes

1- The negative approach

Page 23: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Determination of essential genes 2- The positive approach

Page 24: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Gene expression studies using minitransposons

• Engineering heterologous gene expression

• Promoter probing

• IVET (In vivo expression technologies)

Page 25: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

R

Antb R

genes de detoxificación

I

A B C

Informador

Respuesta "natural"

Sistema informador

Emisión de luz o fluorescencia

Presentación de un epitopo

Actividad enzimática

Bioindicadores basados en promotores catabólicos

Page 26: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Promoter probing

pUT

ori R6KTnp*

Oreporter I Ab

bla

oriT

• lacZ• luxAB• gfp• inu• gus• luc

Page 27: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Reporter lacZ gene fusions

Page 28: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Accumulation of beta-galactosidase

Monitoring promoter activity

Inducer/environmental

signal

Page 29: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Promoter probing

Identification of postexponential promoters in P.

Putida with Tn5 lacZ-tet minitransposons

Page 30: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Model promoters with late and early response to

inducers

Pu

Pm

LacZ fusions in minitransposons

Page 31: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Phenotypes of Pm and Pu fused to lacZ-tet

Page 32: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Transposons for promoter probing

Page 33: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Promoter probing

Growth phase-

dependent promoters

Page 34: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

Found promoters

Page 35: Herramientas genéticas en microbiología ambiental III Mini-transposones Víctor de Lorenzo y Marc Valls Centro Nacional Biotecnología, Madrid

IVET

In

Vitro

Expression

Technology

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