Top Banner
KASP Genotyping Quick Start Guide KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel: +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk Introduction Welcome to the KBioscience KASP system for the genotyping of single nucleotide polymorphisms (SNPs) or insertion / deletions. This Quick Start Guide contains the basic information required to carry out KASP genotyping. For more detailed information, please refer to the KASP SNP Genotyping Manual. KASP genotyping process overview 1. Sample arraying DNA samples should be arrayed into a PCR plate and either dried down or stored in hydrated form. N ot emplate c ontrols (NTCs) should be included on each plate. 2. Assay The assay should either be assembled or KASPonDemand (KOD) / KASPbyDesign (KBD) Assays used. 3. Make up KASP genotyping Mix Table 1. Constituent reagent volumes for making KASP genotyping mix in 96well reaction volume (5ul final volume) or 384well reaction volume (10ul final volume). *DNA samples diluted to final concentration of 0.520ng per 5μl reaction. Due to the inability to pipette accurately at very low volumes, multiple reaction mixtures must be assembled as master mixes. 4 Dispense genotyping mix The KASP genotyping mix should then be dispensed on to the DNA samples. 5 Seal plate Once dispensed, the plate should be sealed with an opticallyclear seal. 6 Thermocycle KASP genotyping reactions may be carried out on either a standard, Peltier blockbased thermocycler or on a waterbathbased system such as one of the KBioscience HydroCycler instruments. 1. 94 °C for 15 minutes Hotstart enzyme activation 2. 94 °C for 20 seconds Touchdown over 6557°C for 60 seconds 10 cycles (dropping 0.8°C per cycle) 3. 94°C for 20 seconds 57°C for 60 seconds 26 cycles 7 Read plate The plate should be read on a suitable fluorescent plate reader. NB . Reading temperature should be 40°C or below (preferably ambient). Table 1 KASP Genotyping mix assembly Component Wet DNA method (μl) Dry DNA method (μl) DNA* 2.5 5 N/A N/A KASP 2X Reaction Mix 2.5 5 2.5 5 Assay 0.07 0.14 0.07 0.14 H 2 0 N/A N/A 2.5 5 Total reaction volume 5μl 10μl 5μl 10μl
15

KASP Manual

Mar 03, 2015

Download

Documents

amurphy10
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: KASP Manual

  

KASP Genotyping  Quick Start Guide 

 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park 

Essex Road Hoddesdon 

EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

Introduction  

Welcome  to  the  KBioscience  KASP  system  for  the genotyping  of  single  nucleotide  polymorphisms  (SNPs) or insertion / deletions.  This Quick Start Guide contains the  basic  information  required  to  carry  out  KASP genotyping.    For  more  detailed  information,  please refer to the KASP SNP Genotyping Manual.  

KASP genotyping process overview 

 1. Sample arraying DNA  samples  should  be  arrayed  into  a  PCR  plate  and either  dried  down  or  stored  in  hydrated  form.    No‐template  controls  (NTCs)  should  be  included  on  each plate.  

2. Assay The  assay  should  either  be  assembled  or  KASP‐on‐Demand (KOD) / KASP‐by‐Design (KBD) Assays used.    3. Make up KASP genotyping Mix  

Table 1.  Constituent reagent volumes for making KASP genotyping mix in  96‐well  reaction  volume  (5ul  final  volume)  or  384‐well  reaction volume  (10ul  final  volume).    *DNA  samples  diluted  to  final concentration of 0.5‐20ng per 5µl reaction.   

 Due  to  the  inability  to pipette  accurately  at  very  low volumes,  multiple  reaction  mixtures  must  be assembled as master mixes.  4 Dispense genotyping mix The KASP genotyping mix should  then be dispensed on to the DNA samples.  5 Seal plate Once  dispensed,  the  plate  should  be  sealed  with  an optically‐clear seal.    6 Thermocycle KASP genotyping reactions may be carried out on either a  standard,  Peltier  block‐based  thermocycler  or  on  a waterbath‐based system such as one of the KBioscience HydroCycler instruments.  

1. 94 °C for 15 minutes Hot‐start enzyme activation 

 

2. 94 °C for 20 seconds   

Touchdown over 65‐57°C for 60 seconds 10 cycles (dropping 0.8°C per cycle)  

 

3. 94°C for 20 seconds 57°C for 60 seconds     26 cycles  

7 Read plate The plate should be read on a suitable fluorescent plate 

reader.    NB.  Reading  temperature  should  be  40°C  or below (preferably ambient).  

Table 1  KASP Genotyping mix assembly 

Component Wet DNA method 

(µl) Dry DNA method 

(µl) 

DNA*  2.5  5  N/A  N/A 

KASP 2X Reaction Mix  2.5  5  2.5  5 

Assay   0.07  0.14  0.07  0.14 

H20  N/A  N/A  2.5  5 

Total reaction volume  5µl  10µl  5µl  10µl 

Page 2: KASP Manual

  

KASP Genotyping  Quick Start Guide 

 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park 

Essex Road Hoddesdon 

EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

8 Analyse data After  thermal cycling, genotyping data can be analysed using most FRET‐capable readers and viewed graphically as shown below.  

   

Page 3: KASP Manual

The KASP SNP Genotyping Manual v 3.0 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax:  +44(0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

The KASP SNP Genotyping Manual 

Introduction The  KBioscience  Competitive  Allele‐Specific  PCR  genotyping system  (KASP)  is  a  homogeneous,  fluorescent,  endpoint‐ genotyping technology.  The technology was initially developed for  use  at  the  KBioscience  in‐house  genotyping  facility  but gradually  evolved  into  a  global  benchmark  technology.    KASP offers  the  simplest,  most  cost‐effective  and  flexible  way  to determine  both  SNP  and  insertion  /  deletion  genotypes. Analysis  can be carried out  in 48, 96, 384 and 1536‐well plate formats. 

The  KASP genotyping system  is  comprised  of  two components (1)  The  SNP‐specific  assay  (a  combination  of  three  unlabelled primers) (2)  The  universal  Reaction  Mix,  which  contains  all  other required  components  including  the  universal  fluorescent reporting system and a specially‐developed Taq polymerase. 

The  KASP  genotyping  system  has  been  used  successfully  in  a wide variety of organisms, achieving around 90% SNP‐to‐assay conversion rate. 

Principal of the KASP genotyping assay Please go to the following URL to view an animation describing the  mechanism  of  action  of  the  KASP  chemistry, http://www.kbioscience.co.uk/reagents/KASP.html 

The mechanism of action behind KASP is novel; to elucidate, it is necessary to first consider the constituent oligonucleotides: 

•  Two allele‐specific primers (one for each SNP allele). Each  primer  contains  a  unique  unlabelled  tail sequence at the 5' end. 

•  One common (reverse) primer. 

•  Two 5’  fluor‐labelled oligos, one  labelled with FAM, one  with  CAL  Fluor  Orange  560.  These  oligo sequences  are  designed  to  interact  with  the sequences of the tails of the allele‐specific primers. 

•  Two  oligos,  with  quenchers  bound  at  the  3'  ends. These oligo sequences are complementary  to  those of  the  fluor‐labelled  oligos  (and  therefore  also complementary  to  the  tails  of  the  allele‐specific primers).    These  quenched  oligos  therefore  bind their fluor‐labelled complements and all fluorescent signal is quenched until required. 

In the initial stage of PCR, the appropriate allele‐specific primer binds to its complementary region directly upstream of the SNP (with  the  3'  end  of  the  primer  positioned  at  the  SNP nucleotide).  The  common  reverse  primer  also  binds  and  PCR proceeds,  with  the  allele‐specific  primer  becoming incorporated  into  the  template.  During  this  phase,  the  fluor‐ labelled  oligos  remain  bound  to  their  quencher‐bound complementary oligos, and no fluorescent signal is generated. 

As  PCR  proceeds  further,  one  of  the  fluor‐labelled  oligos, corresponding  to  the  amplified  allele,  also  gets  incorporated into  the  template,  and  is  hence  no  longer  bound  to  its quencher‐bound  complement.  As  the  fluor  is  no  longer quenched,  the appropriate  fluorescent signal  is generated and detected by the usual means. 

If the genotype at a given SNP is homozygous, only one or other of  the  possible  fluorescent  signals  will  be  generated.    If  the individual  is  heterozygous,  the  result  will  be  a  mixed fluorescent signal. 

Kit Contents: 

•  Reaction  Mix  (supplied  at  2X  concentration, containing Taq polymerase  enzyme and  the passive reference dye, 5‐carboxy‐X‐rhodamine, succinimidyl ester (ROX) 

•  MgCl2 (50mM; for A/T‐rich DNA regions) 

•  DMSO (for G/C‐rich DNA regions) 

Customer Requirements: 1.  FRET‐capable plate reader 1 

2.  PCR microtitre plate 3.  DNA  samples  (dissolved  in  Tris‐HCl  buffer  (10mM; 

pH 8.3) or PCR grade H20) 4.  10mM Tris‐HCl pH 8.3 or PCR grade H20 5.  Optical plate seal 

1 KBioscience are happy to advise on the choice of plate reader. 

Storage and Shelf Life 

Reaction Mix can be safely stored for one week at 4°C, one year at  ‐20°C or  indefinitely at  ‐80°C.    If  the  reaction mix  is divided into aliquots,  it  is recommended that the tubes used are light‐ protective; assays may also be divided into convenient aliquots. Frequent freeze / thawing of both KASP reaction mix and assays will  adversely  affect  performance,  although  up  to  10  freeze thaws has been shown to not affect performance. 

Important notes 

DNA quantity / quality Most KASP assays will function well with 3‐10ng of high quality DNA per  reaction.   However genome  size  is also an  important consideration  as  a  greater  mass  of  DNA  per  reaction  will  be required  if  genotyping  a  larger  genome;  conversely,  a  smaller DNA mass per reaction will be required for smaller genomes. 

The purity of DNA is  important when using KASP, but no more so  than  for  standard  PCR.    However,  when  DNA  is  crudely extracted,  inhibitors  of  PCR  can  potentially  remain,  causing  a greater  or  lesser  issue  depending  on  the  source  of  the  DNA (and hence  the nature of  the potential  contaminants).   Where the  DNA  has  been  extracted  from  plant  material, polysaccharides  and  polyphenols  can  co‐purify  with  the  DNA and interfere with PCR.  Addition of polyvinylpyrrolidone (PVP)

Page 4: KASP Manual

The KASP SNP Genotyping Manual v 3.0 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax:  +44(0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

at  around  3%  to  the  DNA  samples  can  bind  polyphenols  and allow better PCR. If the extracted DNA is impure but of high DNA concentration, it should  be  possible  to  dilute  such  that  DNA  concentration remains  sufficiently  high,  whilst  effectively  diluting‐out  the impurity.  Whilst  it  is  feasible  to  use  KASP  with  DNA  derived from  such  sources,  KBiosciences  recommends  use  of  the KlearGene  family  of  DNA  extraction  and  purification  kits  to provide very high quality / quantity, contaminant‐free DNA (see Related Products). 

KASP can be used in conjunction with a variety of DNA sources: genomic DNA, mitochondrial  / bacterial  (haploid) DNA, nested PCR  amplicons  and  whole  genome  amplified  (WGA)  DNA  (by either Phi 29 or DOP‐based methods). 

Assay mix Ignore this section if using KASP‐on‐Demand (KOD) or KASP‐by‐ Design (KBD) assays and proceed to sample arraying. 

In  the KASP system, an assay mix refers  to the combination of the three unlabelled primers required for the assaying of a SNP with the KASP system.  By utilising the assay design algorithm of Kraken  (KBioscience’s  Workflow  Manager;  see  Related Products), the user can design KASP genotyping assays. 

Preparation  of  a  KASP  assay  from  the  three  Kraken‐designed primers  is  described  in  Table  1.    Standard,  desalted  primers should  be  used.    The  oligonucleotide  quality  is  critical  and  as such KBioscience recommends purchasing from IDT. 

Table 1 Final 

concentration in assay mix (µM) 

Final volume in assay mix (µl) 

Allele‐specific primer 1 (100µM) 

12  12 

Allele‐specific primer 2 (100µM) 

12  12 

Common (reverse) Primer (100µM) 

30  30 

H20 / Tris‐HCl (10mM, pH 8.3) 

‐  46 

TOTAL  100 

Table 1.  Preparation of a KASP genotyping assay from the constituent allele‐specific and common primers. 

100µl of assay is sufficient to carry out at least 650 genotypes in 96‐well format or at least 1300 genotypes in 384‐well format (based  on  10µl  and  5µl  reaction  volumes,  respectively  with plate type).  The assay mix is combined with the Reaction Mix (see below) and added to the DNA samples to be genotyped. 

Sample Arraying DNA  samples  may  be  arrayed  in  any  microtitre  PCR  plate though  typically  96,  384  or  1536‐well  plates  are  used.    The 

recommended amounts of DNA to use are: 5µl of DNA for 96‐ well plates and 2.5µl of DNA (1‐40ng/ul) for 384‐ and 1536‐well plates.    Genotyping  should  be  carried  out  on  at  least  24 samples  to  ensure  there  are  sufficient  genotypes  to  show clustering.  DNA may be either dried in the plate, or genotyped as liquid samples. 

Negative controls It  is  recommended  that  two  no‐template  controls  (NTCs)  are included on each genotyping plate.   A difference in  fluorescent signal intensity between the presence and absence of template DNA  allows  improved  confidence  in  the  validity  of  the genotyping results. 

Positive controls When validating an assay, and particularly when using an assay with  low  allele  frequency,  it  is  advisable  to  include  positive controls  i.e. DNA samples of known genotype.    If such samples are  not  available,  it  is  possible  to  synthesise  an  alternative positive  control  comprised  of  an  oligonucleotide  representing the amplicon  region of  the assay.   The nucleotide  representing the  desired  SNP  allele  should  be  specified  in  the  synthesised oligonucleotide.  Please  contact  KBioscience  for  more information. 

DNA  Drying  ‐  the  DNA  samples  can  be  dried  into  the wells  of the PCR  plate whereupon  the  reaction mix must be  diluted  to 1X  concentration  (rather  than  2X  for  liquid  samples)  to compensate for the absence of liquid in the well (see Table 2). Drying the DNA samples in the plate wells is a useful technique when  performing  large‐scale  genotyping,  as  it  allows  many plates of DNA to  be  prepared  in advance without  the concern of  sample  evaporation  which  would  otherwise  alter  the  final reagent concentrations. 

The  dried DNA samples are stable at  room temperature  for at least  3  months  track  changes  turned  on  if  protected  from moisture.    To  dry  the DNA  samples,  after  arraying,  the  plates should  be  briefly  centrifuged  and  placed  in  a  drying  oven  at 60°C  for  1‐2hours.  Faster Drying will  occur  if  the  oven  is  fan assisted.    A  quick visual  check  is all  that  is  required  to  ensure the samples are dry. 

Liquid DNA‐  It  is not  necessary  to  dry  the DNA samples  in  the PCR  plate.    Samples  can  simply  be  arrayed,  the  plate centrifuged,  and  genotyping  of  the  samples  carried  out. However,  the arrayed samples  should  be stored such that any evaporation is minimised, for the reason stated above.  Sealing 

the plate and storing at 4°C (short term) or ‐20°C (long term) is recommended  if  genotyping  is  not  to  be  carried  out  straight away. 

KASP Reaction Mix (in 96‐ and 384‐well plates) KBioscience  recommends  carrying  out  SNP  genotyping  using 

total  reaction  volumes  of  5µl  for  384‐well  or  10µl  for  96‐well genotyping (see Table 2; these volumes can be reduced but the overall  robustness  of  the  data  quality  may  also  be  reduced).

Page 5: KASP Manual

The KASP SNP Genotyping Manual v 3.0 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax:  +44(0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

The  volumes  in  Table  2  must  be  proportionally  scaled‐up depending  on  the  number  of  reactions  required.    The  final MgCl2  concentration  of KASP reaction mix at 1X concentration is  1.8mM,  as  this  is  optimal  for  the  large  majority  of  assays. However assays in especially A/T‐rich regions may require more MgCl2,  which  should  be  added  to  a  final  concentration  of 2.2mM before  use  (i.e. an  increase  of 0.4mM,  to  increase  the concentration  from  1.8mM  to  2.2mM).  A  simple  to  use spreadsheet that calculates these volumes can be downloaded from http://www.kbioscience.co.uk/download/index.html 

Where the users prefers to dry down the arrayed DNA samples, the  reaction mix must  be  diluted  by  the  addition  of water,  to bring the overall final mix concentration to 1X.  NB.  Do not use the  KASP  chemistry  at  higher  final  concentrations  than  1X  as the  concentrations  of  the  PCR  reagents  is  critical.    Where  a solution of DNA  is used,  the addition of water  is not  required, as  the  DNA  volume  itself  will  bring  the  final  KASP  reagent concentration to 1X. 

Table 2.  Constituent reagent volumes for making KASP genotyping mix in  96‐well  reaction  volume  (5ul  final  volume)  or  384‐well  reaction volume  (10ul  final  volume).    *DNA  samples  diluted  to  final concentration of 0.5‐20ng per 5µl reaction. 

All reagents should be briefly vortex‐mixed prior to use. 

KASP Reaction Mix (in 1536‐well plates) Where genotyping is carried out in 1536 well plates, KASP 1536 Reaction Mix should be used in place of the standard mix.  KASP 1536  Reaction  Mix  is  specifically‐optimised  for  use  with  the very low well volumes in 1536 plates (see Related Products). 

Dispensing the KASP Genotyping Mix samples Dispensing  can  be  carried  out  robotically  or  manually  with  a suitable pipette, depending on plate type and sample number. KBioscience is happy to advise on liquid dispensing systems. 

Plates and plate sealing KASP genotyping can be carried out in any plate format.  Most commonly  however,  96‐  and  384‐well  formats  are  used.  For 96‐  and  384‐well  plate  formats,  KBioscience  recommends  use of  the Flexiseal heat‐based plate sealer,  however plate sealing can  be  achieved  with  any  optically‐clear  seal.    For  black  384‐ and  especially  1536‐well  plates,  KBioscience  recommends  the Fusion Laser welding system.  For further information on these and other KBiosciences products (see Related Products). 

Thermocycling conditions The  KASP  chemistry  can  be  used  with  any  standard thermocycler.  Similar  results  have  been  obtained  on  Peltier block‐based  thermocyclers  and  the  KBioscience  Hydrocycler waterbath‐based thermal cyclers (see Related Products). KASP uses the following PCR thermal‐cycling program: 

1.  94 °C for 15 minutes Hot‐start enzyme activation 

2.  94 °C for 20 seconds Touchdown over 65‐57°C for 60 seconds 10 cycles (dropping 0.8°C per cycle) 

3.  94°C for 20 seconds 57°C for 60 seconds 26 cycles 

If using a Peltier block‐based thermocycler, ensure that the PCR plate type is correct for the block being used, as an incorrect fit can  cause  uneven  PCR  and  variation  of  resultant  data  quality across the plate. 

Plate Reading Most FRET‐capable  plate readers  (with  the  relevant  filter  sets) can be used in conjunction with KASP.  Some plate readers can be  set  to  read  at  a  range  of  temperatures  but  elevated 

temperatures (above 40°C), will lead to poor / no data (see the troubleshooting guide).  Because of  the underlying mechanism of  the  KASP  chemistry,  care  should  be  taken  that  KASP genotypes  are  only  analysed  at  (or  around)  ambient temperature.    Whilst  using  real  time  PCR  machines,  plates should be read at ambient temperature after the completion of the PCR,  run  rather  than using  the  real  time  data  to generate end point curves. 

Table 3.  Excitation and Emission values for the fluors used in the KASP chemistry.    *The excitation and emission values  for CAL Fluor Orange 560 are the same as those of VIC / JOE. 

KASP uses the fluorophores FAM and CAL Fluor Orange 560 for distinguishing genotypes.  The passive reference dye ROX is also used  to  allow  normalisation  of  variations  in  signal  caused  by differences  in  well‐to‐well  liquid  volume  (see  Figure  1).    The relevant  excitation  and  emission  wavelengths  are  shown  in Table 3 above. 

If using a plate reader optimised  for use with  the dye VIC (e.g. Applied  Biosystems),  no  modification  of  settings  will  be necessary as the excitation and emission values for VIC and CAL Fluor  Orange  560  are  extremely  close.    However,  if  required, 

Table 2  KASP Genotyping mix assembly 

Component  Wet DNA method (µl) 

Dry DNA method (µl) 

DNA*  2.5  5  N/A  N/A 

KASP 2x Reaction Mix  2.5  5  2.5  5 

Assay  0.07  0.14  0.07  0.14 

H20  N/A  N/A  2.5  5 

Total reaction volume 5µl  10µl  5µl  10µl 

Table 3 Excitation 

(nm) Emission (nm) 

FAM  485  520 

CAL Fluor Orange 560*  534  556 

ROX  575  610

Page 6: KASP Manual

The KASP SNP Genotyping Manual v 3.0 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax:  +44(0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

KASP  fluorescently‐labelled  oligos  can  be  made  with  most fluorescent dyes to customer specification. 

Graphical viewing of genotyping data KBiosciences  offer  a  data  analysis  software  package  either  as part  of  a  full  Workflow  Manager  (Kraken)  or  a  version  with reduced functionality (KlusterKaller) (see Related Products).  In KBioscience’s  software,  the  FAM  and  Cal  Fluor  560  data  are plotted  on  the  x‐  and  y‐  axes,  respectively.    Inclusion  of  a passive  reference  dye  (ROX)  allows  data  to  be  normalised  by dividing FAM and Cal Fluor 560 values by the passive reference value  for  that  particular  well,  thus  removing  the  variable  of liquid volume and plate reader variation.   Genotypes can  then be  determined  according  to  sample  clusters  (Figure  1).    The inclusion of a passive reference leads to tighter clustering and, as a result, more accurate calling of data. 

Figure  1.  Genotyped  samples  marked  red  are  homozygous  for  the allele  reported  with  CAL  Fluor  Orange  560,  those  marked  blue  are homozygous for the FAM allele; those marked green are heterozygous. The  data  shown  in  two  cluster  plots  are  the  same  but  are  shown without ROX normalisation (left) and with ROX normalisation (right). 

Validating the genotyping process Before using the KASP genotyping chemistry for the first time, it is  recommended  (though  not  necessary)  to  contact KBiosciences  for  a  free‐of‐charge  validation  kit.    Using  the validation kit, the following procedures will determine whether the plate reader and the PCR machine are functioning correctly for the KASP chemistry. 

Determining  correct  functionality  of  the  plate  reader  for  the KASP chemistry The  KASP  validation  kit  contains  three  separate  tubes  of amplicons  which  have  been  labelled  with  the  fluors  used  in KASP and  therefore  represent  the  three observable genotyping groups.    The  tubes  are  labelled  ‘Fluor  1’  (FAM),  ‘Fluor  2’  (CAL Fluor Orange 560) and ‘Fluor 1 / 2’ (FAM and CAL Fluor Orange 560).    The  appropriate  volume  (for  the  plate  type)  of  each  of these samples should simply be dispensed into the required PCR plate (several wells for each of the three samples) and the plate sealed,  centrifuged  and  read  on  the  plate  reader  (no thermocycling  required).   When viewed graphically,  the  reader output  should  reveal  three  tightly  clustered,  well‐separated groups  of  genotypes,  demonstrating  that  the  plate  reader  is correctly set up to read genotyped KASP samples correctly. 

Determining  correct  functionality  of  the  thermocycler  for  the KASP chemistry Please note these reagents require that they are thermal cycled. The KASP validation kit also  contains  three  tubes  labelled  ‘test DNA  samples’  along  with  another,  small,  2‐D  barcoded  tube labelled ‘test assay’.   When genotyped with  the test assay, the three  DNA  samples  (each  dispensed  into  multiple  wells), labelled  ‘Genotype  1’,  ‘Genotype  2’  and  ‘Genotype  1  /  2’, will give  rise  to  the  three  observable  genotyping  groups, respectively  FAM (homozygotes),  FAM / CAL  Fluor Orange 560 (heterozygotes) and CAL Fluor Orange 560 (homozygotes). 

Successful  completion  of  these  tests  demonstrates  that  the plate reader and thermocycler are correctly set up and suitable for use with the KASP chemistry.

Page 7: KASP Manual

Troubleshooting guide 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

Description of problem  Likely cause(s) and suggested solutions 

Insufficient amplification 

Poor  amplification  is  characterised  by  genotyping groups moving more slowly  than expected away  from the origin, before resolving into separate clusters. 

PCR cycle number If, after the recommended cycling protocol, the signature genotyping groups have not yet formed (i.e. amplification is  incomplete), it  is advisable to thermocycle the samples  further  and  re‐read  on  the  fluorescent  plate  reader.    Three  further  PCR 

cycles should be used (of the type of the last 26 cycles in section 7 i.e. 94°C for 20 seconds and 55°C for 60 seconds) followed by re‐reading on the plate reader.  This re‐cycling process can be repeated until the desired grouping is achieved.  The re‐ thermocycling  /  re‐reading  process  can  be  carried  out  on  a  plate  that  has  been stored at room temperature for as long as one week. 

G/C percentage Low G/C (G/C <30%) Where the G/C percentage of the assay oligos is low (G/C <30%) slow amplification can  result.    Increasing  the  final  MgCl2  concentration  in  the  reaction  mix  from 1.8mM to 2.2mM or even 2.5mM can compensate for this. 

High G/C (G/C >70%) Assay  oligos  with  a  high  G/C  percentage  (G/C  >70%)  can  also  be  problematic. Where  this  situation  is  encountered,  running  the  assay  at  the  standard  MgCl2 concentration (1.8mM) with the addition of 5‐10% DMSO to the final volume of the assay will usually provide a solution.  When adding DMSO to the reaction, there is no  need  for  a  concomitant  reduction  in  water  volume  to  compensate  for  the disturbed reaction volume. 

Low DNA concentration DNA concentration may be lower than expected causing samples to take longer to amplify.    This  can  sometimes  be  addressed  by  simply  cycling  the  samples  further (see section above), though too many extra cycles may result in amplification of the negative control samples.  It is preferable to repeat the genotyping with DNA in the recommended  concentration  range  (1‐40ng/µl).  It  is  recommended  that  the Picogreen  dsDNA  fluorescent  quantification  system  be  used  in  preference  to spectrophotometric  methods,  as  the  latter  tends  to  overestimate  DNA concentration in this range.  Alternatively, a more pragmatic approach can be used: representative  test  samples  can  be  genotyped  at  a  variety  of  dilutions  and  the optimal dilution selected. 

High DNA concentration Conversely,  samples  of  very  high  DNA  concentration  can  also  cause  poor  /  no amplification.    Where  this  is  the  case,  it  is  because  there  is  also  a  high concentration of PCR‐inhibiting contaminants present.  The solution to this is simply to  dilute  the  samples  such  that  the  contaminants  are  diluted  to  non‐inhibitory levels.

Page 8: KASP Manual

Troubleshooting guide 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

DNA samples dissolved in a buffer that contains EDTA After  purification,  DNA  samples  are  often  eluted  /  diluted  in  TE  buffer,  which contains  EDTA.    EDTA  chelates  Mg 2+  ions  leading  to  insufficient  Mg 2+  for  the reaction  to  proceed.    However  this  can  be  overcome  by  increasing  the  MgCl2  to compensate.    For  example,  if  the  DNA  samples  contain  1mM  EDTA,  in  a  4µl reaction, where the DNA samples account for 50% of the reaction volume, addition of extra Mg 2+  to the amount of 0.5mM will resolve the issue.  A greater problem is when  the  DNA  samples  have  been  diluted  such  that  they  contain  non‐uniform concentrations of EDTA.  In such a case, EDTA should be added to the NTC wells. 

Assay mix storage conditions Assays that have been subjected to multiple freeze/thaw cycles or otherwise stored incorrectly can lead to poor amplification in the subsequent reaction. 

It  is advisable to divide the mix into aliquots  to avoid multiple freeze/thaw cycles. Incorrect  storage,  or  multiple  free/thaw  cycles  will  negatively  affect  the performance of the assay. 

Aliquots of assay can be safely stored at 4°C for 1‐2 weeks, approximately 1 year at 

‐20°C or indefinitely at ‐80°C. 

Reaction Mix storage conditions As with assay mix storage, it is essential that the Reaction Mix is stored as directed. 

Amplification too fast  High DNA concentration If the reaction is proceeding too quickly, it may be an indication of too much DNA in the  reaction, causing samples  to amplify more  quickly  than expected.   To  resolve this,  dilute  the  DNA  samples  to  the  recommended  range  of  1‐40ng/µl  (as determined by Picogreen). 

Magnesium concentration Alternatively,  it may be  that  there  is  too much magnesium  in  the  reaction  for  the G/C  percentage  of  the  assay  being  genotyped.  Inclusion  of  5  ‐10% of DMSO will generally  rectify  this.  Alternatively  reduce  the  amount  of  DNA  in  the  reaction  or reduce the number of PCR cycles in the second phase from 26 to 20 (see the KASP genotyping manual), such that the total number of cycles becomes 30.

Page 9: KASP Manual

Troubleshooting guide 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

Scattered grouping of genotyping calls  Scattering of the genotyping groups can be caused by a variety of factors: 

Cross‐contamination between the DNA samples on the plate can cause genotypes to cluster outside the expected genotyping groups. 

Too much magnesium for the SNP being assayed is another factor that can lead to scattered grouping.  A reductive magnesium titration may resolve the issue. 

Poor DNA quality (and inconsistent quality across the plate) can lead to this effect. 

TempliPhi  WGA  DNA  used  as  the  template  DNA.    In  some  cases  scattered heterozygous groups can be seen with WGA amplified DNA.   Re‐WGA with a DOP based method may well  rectify  this,  such as  the KlearAmp product available  from KBioscience. 

Little / no separation of the hetero‐ and a homozygote group 

An  imbalance  in  the  allele‐specific  primers  can  result  in  the  heterozygous  group migrating  towards  one  of  the  homozygote  groups,  making  genotype  scoring difficult. 

Such an imbalance can occur for a variety of reasons: poor synthesis of one of the allele‐specific primers, accidental addition  of an  insufficient quantity  of  the allele‐ specific  primers  when  making  the  assay,  or  more  efficient  amplification  of  one allele‐specific primer compared to the other.  Regardless of cause, the problem can be ameliorated with an increase in the concentration of the alternate allele‐specific primer.  In the example shown on the left, allele‐specific primer 1 leads to the blue group, allele‐specific primer 2 giving  the  red group.    In  increase of around 40% of the AL‐spec 1 primer would cause the green heterozygous group to move to a more central location on the plot, allowing more confident scoring of the genotypes. 

Heterozygous group migrating to a much lower position (with respect to the homozygous groups) on 

the x‐ or y‐axis than expected 

The cluster plot shows an example of the effect that occurs when the assay aliquots are  thawed without  subsequent mixing  (or  not mixed  before  they  are  aliquoted) causing  the  forward  primers  to  saturate  the  fluorescent  quenching  system.    The effect  is  characterised  by  the  genotyping  clusters  seemingly  adopting  incorrect positions on the plot (despite often clustering well into groups). 

Whilst  mixing  the  assay  aliquots  after  thawing  and  before  use  is  strongly recommended for the reasons described, it is worth noting that the problem could also  have  occurred  when  assembling  the  assay  if  the  constituent  primers  were hydrated and then frozen /thawed without proper mixing. 

The  solution  to  the  problem  is  to  remake  the  assay  with  sufficient  mixing  of oligonucleotides

Page 10: KASP Manual

Troubleshooting guide 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

Heterozygous cluster too close to the origin  A  related problem to  that described above  is encountered when  the homozygous cluster positions appear to amplify correctly but the heterozygous group amplifies less than might be expected, remaining close to  the origin.   This  is also caused by the  forward  primers  saturating  the  quenching  system  and  can  be  resolved  by remaking the assay with a reduced concentration of both forward primers (instead of 12µM, try 8µM). 

Too many genotyping groups 

It  is possible  to  observe more  than  three clusters  in a genotyping plot. 

Multiple genotyping clusters  caused by  the presence of polymorphism(s) within primer binding site(s). In  diploid  organisms,  more  genotyping  clusters  can  be  observed  when  primers (forward or reverse) are designed such that they bind to a region containing other polymorphism(s).    Such  non‐target  polymorphism  causes  differential  PCR amplification  efficiencies,  making  confident  allocation  of  the  genotypes  less reliable.    In  the  example  shown,  the  reverse  primer  was  designed  in  a  region containing  another  polymorphism.  The  issue  can  be  resolved  by  re‐locating  the primer(s)  to  a  region  containing  no  polymorphisms,  if  one  is  available. Alternatively, a wobble base can be inserted in  the primer sequence at  the site of the neighbouring (non‐assayed) SNP. 

Duplicated diploid or polyploid genomes However, when assaying duplicated‐diploid plant genomes, up to five genotyping clusters are potentially possible and does not mean that the system is misreporting. 

Fewer genotyping groups than expected Some  assays  will  report  just  one  genotyping  cluster  (monomorphic  genotyping), which can  be a genuine  result  if  the population  being analysed contains  only one genotype  with  respect  to  the  (probably  low  frequency)  SNP  being  studied. However, monomorphic data can also occur because the SNP is not real. 

Another reason for one group appearing can be that the primers are hybridising to a homologous region in the genome.  Redesigning the assay to the opposite strand can often resolve this.

Page 11: KASP Manual

Troubleshooting guide 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

Some samples not amplifying at all 

This is characterised by some samples amplifying as expected, but some not amplifying at all, clustering instead around the origin. 

Inconsistent DNA quality / quantity 

If  some  of  the  samples  on  the  plate  are  of  a much  lower  concentration  and  /  or purity that the other samples, the observed effect may be seen due to some of the samples  amplifying  and  some  not.    This  is  more  likely  if  the  DNA  samples  being analysed on the same plate are from different sources. 

Arraying / dispensing 

This pattern can be seen  if  the arraying of  the DNA  into  the PCR plates was done carried out correctly (such that there is  little / no DNA in some wells supposed to contain it. 

Alternatively, poor dispensing of reaction mix into the wells could lead to the same effect.    This  possibility  can  be  checked  by  viewing  the  ROX  levels  in  each  of  the wells across the plate as this relates directly to the volume of the assay / reaction mix combination that was dispensed into the plate. 

Misreading of data  Even  if  the KASP genotyping  reaction has proceeded correctly,  the  resultant  data can still appear incorrect.  Possible causes are: 

Plate reader fault The plate reader may have developed a fault 

Incorrect plate positioning Check  that  the plate  is  inserted correctly  into  the  plate reader  (or  if not  correctly placed on a plate holder). 

Temperature of plate reading The  plate  reader  could  be  reading  at  an  elevated  temperature.    Because  of  the mechanism of action  of KASP  (see  the KASP genotyping manual), KASP  data must be  read  at  40degC  or  below  (ambient  temp  is  preferable).    Reading  data  at temperatures  higher  than  this will  dissociate  the  quencher‐bound  oligo  from  any remaining unincorporated fluor‐bound oligo and cause a meaningless signal. 

Genotyping groups too close together / merging  Specificity I Genotyping groups close together indicate that the specificity of the KASP reaction is  not  sufficient.    In  this  instance,  the  two  allele  specific  primers  are,  to  some extent, able to bind to each others’ sites and hence the genotyping cluster positions are  closer  to  each  other  than  they  should  be.    Experimentally  increasing  in  the annealing  /  extension  temperature  in  the  thermo‐cycling  program will  solve  this problem as it will force improved specificity.

Page 12: KASP Manual

Troubleshooting guide 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

One genotyping group in the top right hand area of the plot 

Specificity II Where only one the observed genotyping group appears, the problem is related to specificity.  In the case shown in the diagram, the assay is completely non‐specific, i.e. the allele‐specific primers are not able to bind specifically, causing a completely mixed fluorescent signal.  This situation requires a re‐design of the assay.  For complicated homologous genomic sequence please contact KBioscience as we are often able (with some work) to produce a working assay. 

Skewed positioning of genotyping groups Homology The  skewing  effect  is  caused  by  binding  of  the  KASP  primers  to  a  sequence homologous to the one intended for analysis.  If the KASP primers are able to bind elsewhere in the genome, amplification will occur there as well.  However, the SNP may well not exist at the alternate binding site(s) so the eventual signal output of the assay will be influenced, causing the skewed grouping effect. 

KASP primers binding in identical regions The problem occurs because the region being assayed is not unique in the genome. However,  small  sequence  differences  between  the  homologous  sites  often  exist. The solution  therefore  is  to  redesign  the assay  taking advantage  of any sequence differences between the desired region and the others, such that the 3’ end of the common (reverse primer) is unique to the region being analysed. KASP primers binding in similar regions The  KASP  primers  may  bind  in  very  similar  regions  in  the  genome  (rather  than identical  regions)  in which  case  the  issue  is  specificity  and  it  is  possible  that  the situation  could  also  be  resolved  by  simply  increasing  the  annealing  /  extension temperature. 

Alternatively, a two‐step solution can be used whereby an initial PCR is carried out to  specifically  amplify  the  region  of  interest,  prior  to  genotyping.    Providing  the primers chosen for  the initial PCR are known to uniquely amplify on the region of interest,  the  resultant  amplicon  from  the  initial  PCR  can  then  be  used  as  the template  DNA.    A  variety  of  experimental  dilutions  of  the  amplicon  DNA may  be required to find the best concentration to use.

Page 13: KASP Manual

 

 Appendix ‐ Related Products  

Ordering information can be 

found on our website 

 

 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

Reagents  KASP Reaction Mix  The patented KASP SNP genotyping system is a cost‐effective, homogeneous, FRET‐based genotyping system.  Coupled with the power of competitive, allele‐specific PCR, KASP offers a truly superior system for determination of SNP (or insertion / deletion) genotypes in your laboratory.    KASP 1536 Reaction Mix   KBioscience has developed a version of  KASP  Reaction Mix  optimised  for use with ultra  low volume 1536‐well plates.  KlearKall  KlearKall mastermixes  contain  KlearTaq DNA  polymerase  in  a highly optimised reaction buffer, along with dNTPs required to perform  both  general  and  real‐time  PCR  reactions.    KlearKall mastermix  compared  favourably  to  Applied  Biosystems’ TaqMan Mastermixes.  KlearTaq KlearTaq Hot Start DNA polymerase is a highly specific robust enzyme that can be used for many PCR applications.  KlearTaq is suitable for all PCR applications and is a direct replacement for all leading commercial Hot Start Taq polymerases.   KlearGene KlearGene is KBioscience’s proven, proprietary DNA purification chemistry, available now in kit form.    KlearGene Blood XL  KlearGene  Blood  XL  is  a  DNA purification  kit  for  use  with  blood volumes  of  1‐10ml.    The  kit  gives  the  highest DNA  yield  and purity on  the market, whilst being quick,  convenient and  cost effective.   KlearGene Miniplant  KlearGene  Miniplant  has  been developed  for  the  extraction  and purification of DNA from plant leaves or  seeds,  amenable  to  high throughput  /  automation.    The system  can  be  specified  in  either 

magnetic bead (96‐well) or spin‐through plate (96‐ or 384‐well) formats. 

  KlearAMP KlearAMP  is  KBiosience’s  chemistry  for  the  whole  genome amplification  (WGA)  of DNA,  using  the  primer  extension  pre‐amplification  (PEP).    This  robust  system  allows  approximately 500‐1000‐fold amplification of DNA mass.  

Instrumentation  SNPLine This  is  a  replicate  of  KBioscience’s  SNP genotyping  pipeline  in  a  customer’s  lab  to enable  high  throughput,  flexible  SNP genotyping.    SNPLine  can  be  specified  to your laboratory environment and in its basic form can generate around 50,000 genotypes per day.  It is fully configurable to allow throughputs as high as 500,000 genotypes a day.    

Plate sealers  Flexi‐seal The  Flexi‐seal  is  our  next‐generation thermal  plate  sealer.   We  have  taken  a fresh  look at the design of thermal plate sealers  and  re‐designed  the  instrument completely,  improving  on  pre‐existing designs.  K‐Seal The  K‐Seal  plate  sealer  is  a  low‐cost thermal  plate  sealer  and  KBioscience’s second  generation  product  for  this application.    The  K‐Seal,  seals  plates repeatably by electronically controlling  the heat, time and pressure at which the plate is  sealed  (unlike  standard manual  plate  sealers  where  these parameters  are  user‐controlled,  often  resulting  in  imperfect seals).  Fusion Laser Sealer KBioscience has developed an automated laser plate sealer that utilises the process of  transmission diode  laser welding.    It  is able  to  seal  virtually  any  plate  density from single tubes to 3456‐well plates.      

Page 14: KASP Manual

 

 Appendix ‐ Related Products  

Ordering information can be 

found on our website 

 

 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

 

Hydrocycler – Thermal Cycler The HydroCyclers are water bath based thermal cyclers for high‐throughput PCR applications.    HydroCycler  16 / 32 ‐ plate The HydroCycler  ensures both  rapid  thermal  transfer  and  the best  possible  well‐to‐well  /  plate‐to‐plate  uniformity.    The Hydrocycler 16‐ and 32‐plate  instruments are tried and tested, having been placed in many labs throughout the world.  Hydrocycler 4 The  HydroCycler  4  represents  a cost‐effective  alternative  to  the Biorad  Tetrad  four‐block  thermal cycler,  for  both  microtitre  plates and large volume Emulsion PCR. 

Software 

Kraken Kraken  is  KBioscience’s  dedicated Workflow  Manager  for  all genotyping,  sequencing  &  DNA extraction work.  Kraken has been developed  by  scientists  for scientists and coded accordingly.   KlusterKaller KlusterKaller  is  a  semi  automated calling software package for cluster‐based  genotyping  data.    It  has  the functionality of the genotype calling module  built  in  to  our  Kraken package.    It  may  be  used  with customer  genotyping  projects  or with KBioscience genotyping data.   SNPViewer SNPViewer  is  a  free‐of‐charge  tool for visualising your genotyping data.  This allows graphical viewing of the clusters that group the allele calls.   

   

 

Consumables  Microtitre plates for PCR KBioscience  offers  a  range  of 384‐  and  1536‐well  PCR  plates.  As  with  the  majority  of  our products the KBioscience range  of PCR plates are in routine daily use  in  our  Laboratory  Services division.     Seals KBioscience  offers  foils  and  films  for thermal, laser and adhesive sealers. 

  

Laboratory Services  Genotyping  KBioscience  offer  a  very competitively priced,  in‐house genotyping  service  based  on the  KASP  chemistry.         Assay design  KBioscience offers a genotyping assay design  service  (drawing on  its  long experience).   The service  is available at  two  levels, depending on cost:   KASP‐on‐Demand (KOD) KBioscience  will  design,  validate  and  (where  necessary) optimise assays for the customer.    KASP‐by‐Design (KBD) Same  service  as  KOD  but  reduced  cost  as  the  assay  is assembled without validation.  DNA extraction/ purification  KBioscience  offers  a  highly‐competitive  DNA  extraction  and purification  service  based  on  our proprietary  KlearGene  chemistry.  The KlearGene‐purified DNA is of the highest  quantity  /  quality  and  is rigorously quality‐control checked.   

Page 15: KASP Manual

 

 Appendix ‐ Related Products  

Ordering information can be 

found on our website 

 

 

KBioscience Ltd. Unit 7 Maple Park Essex Road Hoddesdon EN11 0EX UK Tel:  +44 (0) 1992 470757 Fax: +44 (0) 8700 511302 [email protected] www.kbioscience.co.uk 

    Whole Genome Amplification (WGA)  KBioscience  offers  a  service  to  carry  out whole genome  amplification  of  customers’  DNA  samples  using  a combination of our proprietary KlearAmp WGA chemistry and HydroCycler high‐throughput amplification.   Contact For more details or for technical assistance, please contact:  [email protected]   www.kbioscience.co.uk