Introduc)on  to  Molecular  Biology  and  Bioinforma)cs  Workshop  

     

May  6-­‐17,  2013    

Biosciences  eastern  and  central  Africa  -­‐  Interna;onal  Livestock  Research  Ins;tute  Hub  (BecA-­‐ILRI  Hub),  Nairobi,  

Kenya  

Rob  Skilton  Team  Leader-­‐Capacity  Building,  BecA-­‐ILRI  Hub  

•  Introduc;ons  •  Groups  •  General  informa;on  

•  Objec;ves  •  Workshop  plan  

Introduc;ons  •  Resource  persons  

–  Val  Aloo  –  Jacqueline  Mayira  –  Njeri  Mburu  Health  and  safety  trainer  –  Sylvia  Wanjiru  Mol  Biol  Lab  trainers  –  Tina  Kyalo  –  Moses  Njahira  –  Solomon  Maina  –  Dr  Laura  Purdie  –  Dr  Roger  Pelle  –  Dr  Rob  Skilton  

•  Par)cipants:  name;  posi;on;  ins;tute;  country;  your  expecta;ons  of  the  workshop;  how  you  plan  to  use  the  acquired  skills  in  your  research  

BFX  trainers  –   Joyce  Nzioki  –  Dr  Mark  Wamalwa  –  Dr  Anne  Jores  –  Nelson  Ndegwa  Segoli  –  Ben  Kiawa  –  Inosters  Nzuki  –  Lucy  Muthui  

Nya)  (buffalo)  Tutor:  Moses  Njahira  1.  Abdelaziz  Gesmallah  2.  Mary  Nanfuka  3.  Tamador  Elhassan  4.  Irene  Onyango  5.  Japhe`e  Kembou  Tsofack  

Twiga  (giraffe) Tutor:  Dr  Roger  Pelle  Francophone  1.  Augus;n  Penda  Twizerimana  2.  Beatus  Lyimo  3.  Linda  Salekwa  4.  Constan;n  Nimbona  5.  Redeat  Alemu  

Animal  

Mchicha  (amaranth)  Tutors:  Tina  Kyalo  1.  Alexandre  Congera  2.  Simeon  Yulu  Mbembo  3.  Valen;ne  Nakato  4.  Stella  Bigirwa  Ayesiga  5.  George  Ochieng  Asudi  

Ujaka    (spinach)  Tutor:  Solomon  Maina  1.  Branly  Wilfryd  Effa  Effa  2.  Fredah  Wanzala  Rimberia  3.  Irene    4.  Dorothy  Tchapda  Tchatchoua  5.  Francisca  Kama-­‐Kama  

Plant  

Swara  (antelope)  Tutor:  Dr  Laura  Purdie  1.  Alexander  Chirchir  2.  Deo  Ndumu    3.  Lucy  Muthui  4.  Khalid  Salih    5.  Cyrus  Too  

•  Please  be  punctual  •  Bus  leaves  Pride  Inn  at  0745  each  day  •  Strictly  observe  ;mes  for  breaks  and  lunch  

 

•  Always  wear  your  badge  on  campus  •  Five  access  cards  available  for  the  labs  

•  Travel/accommoda;on/per  diem/health:  Val  Aloo  •  Course  issues:  Rob  Skilton  or  your  group  tutor  

•  Wireless  internet  available  throughout  campus  •  Website:  h`p://hpc.ilri.cgiar.org/beca/training/IMBB/welcome.html    •  Download  CLC  Main  Workbench  

h`p://www.clcbio.com/products/clc-­‐main-­‐workbench/  

•  Security      

General  Informa;on  

•  Do  not  leave  laptops  or  personal  effects  una`ended  •  Phones  on  silent  •  Avoid  taking  calls  in  lab  and  lectures  

•  Tea/coffee  •  Lunch  in  N’Dama  Lounge  •  Breakfast  and  dinner  at  Pride  Inn  •  Bathrooms  •  Bus  leaves  from  ILRI  recep;on  

•  Cocktail  recep;on  at  ILRI  on  Tuesday  7th,  1800-­‐1930  •  Shopping  and  Dinner  on  Saturday  11th,  1530-­‐2030  •  Rest  Day  on  Sunday  12th    •  BBQ  Dinner  at  ILRI  on  Friday  17th,  1800-­‐2000  

General  Informa;on  

•  Make  the  workshop  interac;ve  

•  Don’t  be  afraid  to  ask  ques;ons.  Asking  ques;ons  is  not  a  sign  of  stupidity.  Those  who  ask  lots  of  ques;ons  will  gain  more  from  the  workshop.  

•  Par;cipants  will  be  expected  to  ‘present’  their  group  results  and  discuss  them.  

•  We  will  have  a  QUIZ  at  end  of  each  day:  be  prepared  to  answer  ques;ons  and  to  ask  ques;ons.  

•  Keep  a  laboratory  note  book:  A4  hardback  notebook  is  provided.  Keep  it  up  to  date.  Record  everything  you  do  in  the  lab  as  you  do  it,  methods,  your  thoughts  and  ideas,  your  results,  and  interpreta;on  of  results.  We  will  display  examples  of  par;cipants’  lab  books  during  the  workshop.  

General  Informa;on  

No One Left Behind • Support each other in your

group! • Everyone on the bus!

All  posters  to  be  submiKed  to  Val  Aloo  by  end  of  today!  

Workshop  objec;ve    For  par;cipants  to  acquire  basic  molecular  biology  and  bioinforma;cs  concepts  and  prac;cal  skills  that  can  be  used  for  the  advancement  of  research  at  their  home  ins;tutes  

 

•   Prac;cal  skills  and  concepts  in  basic  molecular  biology  tools  

•   Prac;cal  skills  and  concepts  in  BFX,  using  DNA  sequences  obtained  during  the  workshop    •   Experience  the  discovery  process  as  a  team    •   Establish  basic  mol  biol  and  BFX  at  your  home  ins;tute  

•   Basic  concepts  of  mol  biol  and  BFX  for  understanding  various  contemporary  areas  of  research  and  their  applica;ons    •   Communicate  with  other  researchers  in  mol  biol    •   Links  between  researchers  (posters)  and  with  BecA  

Workshop  plan  

Muscle  Uniden;fied  species  

Animal  

Ribulose-­‐1,  5-­‐bisphosphate  

carboxylase  oxygenase  large  subunit  gene  

(rubisco;  rbcL)  from  the  plas;d  genome    

DNA  

Polymerase  Chain  Reac)on  (PCR)  

Mitochondrial  cytochrome  c  oxidase  subunit  1  (CO1)  gene  

Analyse  DNA  sequence  to  iden)fy  species    

Plant  

Leaf    Uniden;fied  species  

Learning  molecular  biology  and  bioinforma;cs  through  DNA  barcoding  

?   ?  

DNA  barcoding  is  based  on  a  simple  concept.      DNA  barcoding  is  a  taxonomic  method  that  uses  a  specific  short  gene;c  marker  in  an  organism's  DNA  to  iden;fy  it  as  belonging  to  a  par;cular  species.    In  2003,  Paul  D.N.  Hebert  from  the  University  of  Guelph,  Canada,  proposed  the  compila;on  of  a  public  library  of  DNA  barcodes  that  would  be  linked  to  named  specimens.  This  library  would  "provide  a  new  master  key  for  iden<fying  species,  one  whose  power  will  rise  with  increased  taxon  coverage  and  with  faster,  cheaper  sequencing".  

DNA  barcoding  

DNA  barcoding:  a  new  diagnos;c  tool  for  rapid  species  recogni;on,  iden;fica;on,  and  discovery.    As  of  February  2013,  the  Barcode  of  Life  Datasystems  database  included  almost  2,000,000  barcode  sequences  from  over  160,000  species  of  animals,  plants,  and  fungi.    h`p://www.boldsystems.org/    

DNA  barcoding  

ACGAGTCGGTAGCTGCCCTCTGACTGCATCGAATTGCTCCCCTACTACGTGCTATATGCGCTTACGATCGTACGAAGATTTATAGAATGCTGCTACTGCTCCCTTATTCGATAACTAGCTCGATTATAGCTACG A T G  

Organism  is  sampled                                        DNA  is  extracted  

Sequenced  DNA  is  compared  with  sequences  in  a  barcode  database  to  iden;fy  the  organism    

How  Barcoding  works  

The  PCR  product  is  sequenced  

a  small  region  of  DNA  (the  Barcode  DNA)  is  PCR  amplified  

Applica;ons  of  DNA  barcoding    (1)  Facilita;ng  iden;fica;on  and  recogni;on  of  named  (described)  species:  

•  Plant  leaves  even  when  flowers  or  fruit  are  not  available  •  Linking  life  history  stages,  genders  •  Differen;a;ng  cryp;c  species  •  Iden;fying  gut  contents  (e.g.  ;cks,  mosquitoes,  bi;ng  insects)  •  Human  and  plant  disease  vectors  •  Agricultural  pests  •  Biosecurity:  detec;ng  invasive  insect  pests  at  port  of  entry  •  Inventory  of  species  in  genebanks  •  Food  (market  subs;tu;on)  •  Bushmeat  and  illegally  sold  products  of  endangered  species  

(2)  Surveying  biodiversity;  e.g.,  flagging  poten;ally  new  (undescribed)  species.    

Molecular  biology  (JVC,  Lab  4)      

Bioinforma;cs  (JVC)    

Rest  Day  

1  2  3  4  5  6    7    8  9  10  11  12  

Day    

WEEK  1  

WEEK  2  

Workshop  plan  

Workshop  plan  

Tissues   Purify  DNA  

PCR    

Purify  PCR  product  

Restric;on  

Analyse  PCR  products  (Gel)  

 Analyse  purified  PCR  product    

(Nanodrop/Gel)    

Gel  

DNA  sequencing  

Analyse  DNA  (Nanodrop/Gel)  

Bioinforma)cs  

PCR  Op;misa;on  

Workshop  plan  

Tissues   Purify  DNA  

PCR    

Purify  PCR  product  

Restric;on  

Analyse  PCR  products  (Gel)  

 Analyse  purified  PCR  product    

(Nanodrop/Gel)    

Gel  

DNA  sequencing  

Analyse  DNA  (Nanodrop/Gel)  

Bioinforma)cs  

PCR  Op;misa;on  

Day  1  

Workshop  plan  

Tissues   Purify  DNA  

PCR    

Purify  PCR  product  

Restric;on  

Analyse  PCR  products  (Gel)  

 Analyse  purified  PCR  product    

(Nanodrop/Gel)    

Gel  

DNA  sequencing  

Analyse  DNA  (Nanodrop/Gel)  

Bioinforma)cs  

PCR  Op;misa;on  

Day  2  

Day  1  

0845-­‐0900   Welcome  and  Workshop  Opening      

JVC   Dr  Rob  Skilton  

0900-­‐1000   Introduc;on  to  the  course  •  Introducing  the  par;cipants  and  trainers  •  Housekeeping  issues    •  Objec;ves  and  expecta;ons    •  Overall  workshop  outline    •  Outline  of  Day  1  ac;vi;es  

JVC   Dr  Rob  Skilton      

1000-­‐1015   Tea/coffee   JVC      1015-­‐1115   Seminar  

•  Laboratory  Health  and  Safety  JVC   Sylvia  Wanjiru  

1115-­‐1145   Lab  •  Laboratory  Health  and  Safety  

Lab  4   Sylvia  Wanjiru  

1145-­‐1230   Lab  •  Pipesng  skills    •  Introduc;on  to  lab  equipment  

Lab  4   Tina  Kyalo,  Moses  Njahira,  Solomon  Maina,  Dr  Roger  Pelle,  Dr  Laura  Purdie,  Dr  Rob  Skilton  

1230-­‐1330   Lunch   N’dama  Lounge      1330-­‐1430   Seminar  

•  Molecular  biology  and  DNA  structure  •  Introduc;on  to  PCR    •  Genomic  DNA  purifica;on  •  Agarose  gel  electrophoresis  

JVC   Dr  Rob  Skilton  

1430-­‐1530   Lab  •  Genomic  DNA  (gDNA)  purifica;on  

(plant  leaf  or  animal  muscle  ;ssues)  

Lab  4   Tina  Kyalo,  Moses  Njahira,  Solomon  Maina,  Dr  Roger  Pelle,  Dr  Laura  Purdie,  Dr  Rob  Skilton  

1530-­‐1545   Tea/coffee          1545-­‐1730   Lab  

•  gDNA  purifica;on  con;nued  •  Prepare  agarose  gels  

Lab  4   Tina  Kyalo,  Moses  Njahira,  Solomon  Maina,  Dr  Roger  Pelle,  Dr  Laura  Purdie,  Dr  Rob  Skilton  

1730-­‐1800   Seminar  •  Spectrophotometry  of  DNA  

Lab  4   Tina  Kyalo  

1800-­‐1830   Review  of  Day  1  ac;vi;es  and  Quiz   Lab  4   All  1830   Bus  leaves  ILRI  for  Pride  Inn   ILRI  Recep;on      

Acknowledgements  

Thank  you