15
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

KASP Manual

Embed Size (px)

Citation preview

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)  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

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 

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).  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

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 

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 (10ul final volume) or 384‐well reaction volume (5ul 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,  KASP  fluorescently‐ labelled oligos can be made with most fluorescent dyes to customer specification. 

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 

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  KBioscience  for a free‐of‐charge  validation  kit.    The  following  procedures  will determine whether the plate reader, PCR machine and process flow 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  fluors representing  the  three  observable  genotyping  groups.    The  tubes are  labelled  ‘FAM’,  ‘CF  560’  and  ‘FAM  /  CF  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 KASP‐genotyped samples correctly. 

Determining correct functionality of the thermocycler for the KASP chemistry Please  follow  the  procedures  set  out  in  the  KASP  SNP Genotyping Manual  V3.0.    The  KASP  validation  kit  also  contains  a  plate  of  44 DNA samples (25ul) and 4 no‐template controls (NTCs) in wells C11, C12, D11 and D12.  If the validation DNA is to be used in liquid form, 

25ul of water  (dd or RO)  should be added  to  the NTC wells;  this  is not necessary if the DNA is to be dried down. 

Also included in the kit are two (50µl) aliquots of test assays in 2‐D barcoded  tubes  labelled  ’assay  1’  and  ‘assay  2’.   When  genotyped with the test assays, the validation DNA samples will give rise to the three  observable  genotyping  groups,  respectively  FAM (homozygotes), CAL Fluor Orange 560 (homozygotes) and FAM / CAL Fluor Orange 560 (heterozygotes). 

Successful  completion  of  these  tests  demonstrates  that  the  plate reader, thermocycler and process flow are 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