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5. Techniques de biologie moléculaire

5.5. Génotypage de SNP grâce au kit iPLEX Gold de Sequenom

Le principe du génotypage multiplexé par analyse de SNP grâce au kit iPLEX Gold

(Sequenom), repose sur l’amplification simultanée de 40 fragments contenant un SNP, suivi

d’une extension d’amorce permettant d’amplifier uniquement le SNP d’intérêt.

L’identification des SNP est réalisée par la suite grâce à un spectromètre de masse de type

MALDI-TOF (Matrix-assisted laser desorption/ionization- time-of-flight mass spectrometry)

(Figure 11). Cette méthode étant haut débit, il est possible d’analyser plusieurs centaines

d’échantillons à moindre coût et de manière assez rapide. Elle est beaucoup utilisée en

analyse biomédicale et pour l’étude des bactéries pathogènes. Toute les étapes du

génotypage, du design des amorces jusqu’à l’export des résultats, ont été réalisées à la

plateforme Génome Transcriptome de Bordeaux (cgfb). Chaque étape se déroule dans une

pièce et avec du matériel dédiés pour diminuer au maximum les risques de contamination.

Critères de choix des SNP et design d’amorces

* Choix des SNP : Une liste de SNP spécifiques des groupes phylogénétiques de l’espèce

O. oeni a été établie par comparaison des core génomes de souches appartenant au même

groupe phylogénétique (Hugo Campbell-Sills, communication personnelle). Une présélection

de SNP est réalisée en vérifiant la présence du SNP sur un gène présent en une seule copie

sur le chromosome. L’absence de SNP à moins de 100 pb de proximité est vérifiée par

alignement et comparaison des séquences des gènes contenant le SNP. Seuls les SNP non

synonymes sont conservés.

* Design d’amorces : Les SNP sélectionnés ainsi que leurs séquences flanquantes, sont

transmis à la plateforme de génotypage qui se charge de dessiner les amorces. Le logiciel

MassARRAY Assay Designer (Sequenom) dessine 2 types d’amorces : 1/ des amorces avec

une queue 10-mer, utilisées pour la PCR d’amplification des fragments contenant les SNP, 2/

des amorces utilisées pour la réaction iPLEX d’extension d’amorce. Le logiciel sélectionne les

couples d’amorces compatibles avec la réalisation d’une PCR multiplex avec, dans notre cas,

40 couples d’amorces. Au final 40 SNP sont choisis et 40 x 2 couples d’amorce sont dessinés.

Le logiciel génère aussi le fichier contenant les différentes masses en fonction des bases

incorporées lors de la réaction iPLEX. Cela permettra au logiciel, lors de l’analyse par le

spectromètre de masse, de déterminer la nature des bases incorporées. Les différentes

amorces, ainsi que les différents produits d’extension avec leur masse, sont indiqués dans

l’annexe 7.

Amplification des SNP grâce au kit iPLEX Gold

La réaction d’amplification des SNP par le kit iPLEX Gold se fait en 4 étapes, permettant

d’obtenir au final des produits PCR désalinisés contenant uniquement des amorces avec leur

extension SNP (Figure 11).

* 1 ère étape : Amplification d’un fragment d’environ 100 pb contenant le SNP grâce à

des amorces possédant une queue 10-mer. Une réaction PCR multiplex est réalisée avec un

mix PCR contenant les 40 couples d’amorces sélectionnés. La réaction se déroule dans une

plaque PCR 384 puits contenant les ADNs des échantillons à analyser, ainsi qu’un contrôle

positif du mix et un contrôle négatif. Le programme PCR est celui d’une PCR classique, avec

une étape initiale de dénaturation de 2 min à 95°C suivie de 45 cycles de 30 s à 95°C, 30 s à

56°C, 60 s à 72°C, et une étape finale d’élongation de 5 min à 72°C.

* 2 ème étape : Neutralisation des dNTPs non-incorporés. La réaction est réalisée en

ajoutant aux produits PCR de la phosphatase alcaline « SAP » (Shrimp Alkaline Phosohatase),

qui permet de cliver les phosphates des dNTPs, pour éviter toute interaction lors des étapes

suivantes. La réaction est réalisée par incubation de 40 min à 37°C, suivi d’un cycle de 5 min

à 85°C.

* 3 ème étape : Réaction iPLEX. Elle correspond à une PCR qui permet l’extension

d’amorce d’une seule base qui correspond au SNP. Les amorces ont été dessinées de telle

sorte qu’elles vont s’hybrider de façon adjacente au SNP d’intérêt. Cette réaction est

réalisée en ajoutant dans les produits PCR précédents, un nouveau mix PCR contenant les 40

couples d’amorces d’extension et des nucléotides dont la masse a été modifiée. Le

Figure 12. Dispositif Sequenom pour le génotypage par SNP. a) Nanodispenser, transfert les produits

d’extension d’amorces sur une micropuce SpectroCHIP. b) MassARRAY Analyser, spectromètre de masse qui

va analyser les produits d’extension d’amorces par MALDI-TOF.

a) b)

Trafic light Pourcentage de réussite d’affiliation de SNP pour chaque puit Cluster plot

Visualisation des résultats par SNP Chaque point correspond à l’allèle d’un échantillon

Spectre de masse de chaque SNP pour chaque échantillons Signalisation du SNP

Figure 13. Visualisation des résultats du génotypage d’une micropuce par le logiciel MassARRAY Typer

Software (Sequenom).

programme d’extension est particulier. Il comprend, en plus des étapes initiales de

dénaturation et finale d’élongation, 40 cycles très courts de 5 s à 94°C, 5 s à 52 et 5 s à 80°C,

les étapes à 52 °C et 80°C étant elles-mêmes répétées 5 fois dans chaque cycle.

* 4 ème étape : Dilution et désalinisation des produits de la réaction iPLEX. De l’eau ultra

pure et une résine (SpectroCLEAN) fournie avec le kit iPLEX sont ajoutées aux produits de la

réaction d’extension. Une centrifugation est réalisée et permet de séparer les produits

d’extensions des autres constituants du mix.

Spotting : dépôt des échantillons sur micro-puce

Une fois les produits d’extension d’amorce dilués et dessalés, les échantillons sont

placés dans un robot « MassARRAY Nanodispenser » qui transfère les produits d’une plaque

PCR 384 puits sur une puce SpectroCHIP (Figure 12a).

Analyse par spectrométrie de masse MALDI-TOF

La micro-puce est placée dans un spectromètre de masse « MassARRAY Analyser »

qui analyse les produits d’extension d’amorce à partir du temps de vol (Time Of Filght, TOF)

après désorption-ionisation laser assistée par matrice (Figure 12b) (Maxtrix Assisted Laser

Desorption Ionisation, MALDI). L’acquisition des spectres se fait en temps réel grâce au

logiciel SpectroAcquire. Les données sont automatiquement sauvegardées et les résultats

sont visualisés grâce au logiciel MassArray Typer Softwar (Figure 13), qui détermine les

génotypes en fonction des masses des produits analysés. Ce logiciel permet également de

visualiser les résultats de chaque SNP et de vérifier ainsi les échantillons dont les résultats

sont ambigus (résultats négatifs, homozygotes, faux positifs).

Traitement des résultats de génotypage de SNP

Un des avantages de la technique de génotypage de SNP est l’obtention de résultats

bruts presque prêts à l’emploi. Les résultats se présentent sous forme d’un fichier Excel

comprenant autant de colonnes que de SNP et autant de lignes que d’échantillons analysés,

avec à chaque fois, la base correspondant au SNP. Il est donc possible de les exporter

facilement dans les logiciels d’analyse comme BioNumerics (Applied Maths). Afin de

comparer l’ensemble des isolats testés, les SNP ont été rassemblés en une seule séquence

concaténée, pour chaque souche, au format FASTA. Le fichier a ensuite été converti au

format MEGA pour être exploitable par le logiciel MEGA 6.06 (Molecular Evolutionary

Genetics Analysis).