هنا، نقدم بروتوكولات للتربية وخنفساء المتوسطة الجرثومية، Dermestes المبقعة (د المبقعة) في المختبر. نحن أيضا مشاركة بروتوكولات لرني الجنينية والوالدين وطرق تحليل الظواهر الجنينية لدراسة وظيفة الجينات في هذه الأنواع.
مقالة منهجية
هنا، نقدم بروتوكولات للتربية وخنفساء المتوسطة الجرثومية، Dermestes المبقعة (د المبقعة) في المختبر. نحن أيضا مشاركة بروتوكولات لرني الجنينية والوالدين وطرق تحليل الظواهر الجنينية لدراسة وظيفة الجينات في هذه الأنواع.
أثار التقدم في علم الجينوم إمكانية استكشاف التنوع البيولوجي على نطاق غير مسبوق. ومع ذلك ، لن يكون التسلسل وحده مفيدا بدون أدوات لدراسة وظيفة الجينات. وبالتالي ، فإن تطوير ومشاركة البروتوكولات التفصيلية لإنشاء أنظمة نموذجية جديدة في المختبرات ، وأدوات إجراء الدراسات الوظيفية ، أمر بالغ الأهمية للاستفادة من قوة علم الجينوم. غمدية الأجنحة (الخنافس) هي أكبر مجموعة من الحشرات وتحتل تقريبا جميع أنواع الموائل على هذا الكوكب. بالإضافة إلى توفير نماذج مثالية للبحث الأساسي ، يمكن أن يكون لدراسات الخنافس تأثيرات على مكافحة الآفات لأنها غالبا ما تكون آفات للأسر والزراعة والصناعات الغذائية. يتم تقديم بروتوكولات مفصلة لتربية وصيانة مستعمرات المختبر D. maculatus وإجراء تداخل بوساطة dsRNA في D. maculatus. يتم وصف كل من إجراءات RNAi الجنينية والأبوية - بما في ذلك إعداد الجهاز والتحضير والحقن والتعافي بعد الحقن. يتم أيضا تقديم طرق لتحليل الأنماط الظاهرية الجنينية ، بما في ذلك الجدوى ، وعيوب الزخرفة في اليرقات المفرغة ، ومستحضرات البشرة لليرقات غير المفرغة. هذه المقايسات ، جنبا إلى جنب مع التهجين في الموقع والتلوين المناعي للعلامات الجزيئية ، تجعل D. maculatus نظاما نموذجيا يمكن الوصول إليه للبحوث الأساسية والتطبيقية. كما أنها توفر معلومات مفيدة لوضع إجراءات في أنظمة نماذج الحشرات الناشئة الأخرى.
في عام 1998، وذكرت النار وميلو أن RNA المزدوج تقطعت بهم السبل (الرنا المزدوج الجديلة) يمكن أن تحدث تثبيط وظيفة الجينات في انواع معينة ايليجانس 1. وقد سمي هذا الرد الناجمة عن الرنا المزدوج الجديلة تدخل الحمض النووي الريبي (رني)، وتقارير عن هذا إسكات الجينات بوساطة رني يجب الحفاظ على الحيوانات والنباتات والفطريات 2-7. في النباتات وبعض الحيوانات، وظائف رني للنظام، وهذا يعني أن التأثير يمكن أن تنتشر إلى خلايا أخرى / الأنسجة حيث لا يتم إدخال الرنا المزدوج الجديلة مباشرة (إعادة النظر في 10/8). وحقق العلماء استخدام هذا الرد رني الخلوية المحلية من خلال تصميم dsRNAs لاستهداف الجينات في المصالح، وبالتالي هدم وظيفة الجينات دون التلاعب مباشرة الجينوم (إعادة النظر في 11-14).
رني هو أداة قوية للدراسات وظيفية بسبب المزايا التالية. أولا، حتى مع الحد الأدنى من المعلومات تسلسل الجينات، والجين يمكن المستهدفة باستخدام رني. وهذا أمر مهم خاصة بالنسبة للشارعudies من الكائنات غير النموذجية تفتقر إلى بيانات الجينوم أو transcriptomic. ثانيا، في الكائنات الحية حيث الاستجابة رني هي المنهجية بقوة، ضربة قاضية الجينات بوساطة رني لا يمكن أن يؤديها في أي مرحلة تنموية تقريبا. هذه الميزة مفيدة جدا لدراسة وظيفة الجينات عديد المظاهر. ثالثا، في بعض الحالات، انتشرت آثار رني إلى الغدد التناسلية وذرية، مثل ذلك مع مراعاة الظواهر في ذرية 15،16. هذه الظاهرة، والمعروفة باسم الوالدين رني (pRNAi)، هو مفيد خاصة للجينات تؤثر على نمو الأجنة، والعديد من ذرية المنتجة من قبل أحد الوالدين حقن واحد يمكن فحص دون التلاعب المباشر من البيض. لهذه الأسباب، pRNAi هو الأسلوب المفضل. ومع ذلك، إذا pRNAi غير فعال، على سبيل المثال عن الجينات اللازمة لمراحل تكوين البويضات، ثم الجنينية رني (eRNAi) يجب أن تستخدم. رابعا، رني يمكن استخدامه لتوليد ما يعادل سلسلة أليلية في أن كمية الرنا المزدوج الجديلة تسليمها يمكن أن تختلف على نطاق ولإنتاج ضعيف إلى عيوب قوية. مثل هذا التدرج من الظواهر يمكن أن تكون مفيدة لفهم وظيفة الجينات عندما تشارك الجينات في عملية معقدة و / أو فقدان كامل للوظيفة غير قاتلة. خامسا، تسليم الرنا المزدوج الجديلة من السهل والممكن بصفة عامة، وخاصة في الحيوانات تظهر ردود رني النظامية قوية. ويمكن إدخال الرنا المزدوج الجديلة بواسطة حقن مكروي 1،5، والتغذية / ابتلاع 17،18، تمرغ، 19،20 وفيروس / بوساطة البكتيريا تسليم 21،22. سادسا، خلافا لبعض الجينات أساليب الاستهداف / والتحرير، وليس هناك حاجة للكشف عن الكائنات الحية التي تحمل طفرة أو لتنفيذ الصلبان الوراثية لتوليد الزيجوت المتماثلة الألائل عند استخدام رني. ولذلك، بالمقارنة مع العديد من التقنيات الأخرى لدراسة وظيفة الجين، رني هو سريعة وغير مكلفة، ويمكن تطبيقها للشاشات واسعة النطاق 23-25.
الأداة المساعدة واسعة من رني توفر الوسائل اللازمة لتنفيذ الدراسات الفنية في مجموعة واسعة من الكائنات الحية، وتوسيع نطاق الأنواع المتاحة للدراسة beyonد نظم نموذج التقليدية التي وضعت أدوات الوراثية. على سبيل المثال، هناك حاجة لدراسات استخدام أنظمة غير النموذجية لإعطاء نظرة ثاقبة لتطور الجينات وشبكات الجينات من خلال مقارنة وظائف orthologs من الأنواع التي تمثل انماط التنمية المختلفة أو اظهار معالم شكلية متميزة 26-29. وهذه الأنواع من الدراسات توفير فهم أفضل للتنوع البيولوجي، مع آثار لبحث كلا التطبيقية والأساسية.
كونها أكبر مجموعة الحيوانات على كوكب الأرض، وتوفر الحشرات فرصة عظيمة لاستكشاف آليات التنوع الكامن. بالإضافة إلى ذلك، الحشرات عموما صغيرة، لها دورة حياة قصيرة، وخصوبة عالية، وسهلة الخلفي في المختبر. في العقدين الماضيين، تم تطبيقه بنجاح رني في الحشرات التي تغطي أوامر، بما في ذلك ذوات الجناحين (الذباب الحقيقي) 5، وقشريات الجناح (الفراشات والعث) 30، مغمدات (الخنافس) 16،31، غشائية الأجنحة (sawfالأكاذيب والدبابير والنمل والنحل) 32، نصفيات الجناح (البق الحقيقي)، Isoptera (النمل الأبيض) 34، Blattodea (الصراصير) 35، مستقيمات الأجنحة (الصراصير والجنادب والجراد، وkatydids) 36 و Phthiraptera (القمل) 37. وقد وفرت التطبيق الناجح لرني البيانات الوظيفية للدراسات الزخرفة في مرحلة التطور الجنيني المبكر (الأمامي الخلفي محور 32، الظهري البطني محور 28، وتجزئة 26،38)، تحديد الجنس 39،40، كيتين / بشرة الحيوي 41، إكديسون إشارات 42، السلوك الاجتماعي 43، وأكثر من ذلك. طرق رني تطويرها لأنواع الحشرات المختلفة قد تكون ذات فائدة إضافية في أنها من المحتمل أن تكون مفيدة لمكافحة الآفات (إعادة النظر في 44-46). آثار رني سيكون الجينات المحددة، فضلا عن الأنواع الخاصة، طالما يتم اختيار المناطق غير المحفوظة للاستهداف. لأنواع الحشرات النافعة مثل النحل ودودة القز، واستهداف الجينات الحيوية للبقاءالفيروسات أو الطفيليات للسيطرة على العدوى قد توفر استراتيجية جديدة لحماية هذه الأنواع 47،48.
Dermestes المبقعة (د المبقعة)، والاسم الشائع اخفاء خنفساء، وتوزع في جميع أنحاء العالم باستثناء القارة القطبية الجنوبية. كما حشرة كاملة الانسلاخ، وتشمل دورة حياة د. المبقعة الجنينية، اليرقات، العذراء، ومراحل الكبار (الشكل 1). لأنها تتغذى على اللحم، ويستخدم د. المبقعة في المتاحف لأصبح هيكل الحيوانات النافقة، ويمكن أن علماء الحشرات في الطب الشرعي استخدامها لتقدير وقت الوفاة 49،50. د. المبقعة يتغذى على المنتجات الحيوانية بما في ذلك الجثث واللحوم المجففة، والجبن، والشرانق / شرانق من الحشرات الأخرى، وبالتالي يسبب ضررا للأسر، المواد الغذائية المخزنة، والحرير، والجبن، وصناعات اللحوم 51،52. يمكن تطبيق رني في هذا خنفساء توفير وسيلة فعالة وصديقة للبيئة لتقليل أثرها الاقتصادي. وقد استخدمت لدينا مختبر د. المبقعة باعتباره م جديدمركز Odel الحشرات لدراسة تجزئة 53. بالإضافة إلى كونها قابلة للتربية مختبر، D. المبقعة هو من مصلحة للبحوث الأساسية كما هو مطور المتوسطة الجرثومية، مما يجعل من الأنواع المفيدة لدراسة الانتقال بين القصير والتنمية الجرثومية منذ فترة طويلة.

الشكل 1: دورة الحياة من د. المبقعة. الصور دال المبقعة في مراحل الحياة المختلفة، كما هو محدد. دورة الحياة من البيض إلى الكبار يأخذ ثلاثة أسابيع عند 30 درجة مئوية لكن أطول في درجات حرارة منخفضة. (A، F) الأجنة وضعت حديثا هي بيضاء للضوء الأصفر والبيضاوي، وحوالي 1.5 ملم في الطول. التخلق يأخذ ~ 55 ساعة على 30 درجة مئوية. (B، C و G) يرقات ديك المشارب اللون الغامق ومغطاة setae. اليرقات تذهب من خلال عدة أطوار اعتمادا على البيئة وطولها يمكن أن تمتد إلى أكثر من 1 سم. (D، H) (E، I) بعد فترة وجيزة من eclosion، يظهر تصبغ الظلام على الجسم خنفساء الكبار. يمكن للبالغين ترقى إلى عدة أشهر، واحدة من الإناث يمكن أن تضع مئات من الأجنة خلال حياتها. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
في وقت سابق، وأظهرت لنا أن رني فعالة فى اسقاط وظيفة الجين في D. المبقعة 53. هنا يتم تقاسم خبرتنا تربية المستعمرات D. المبقعة في المختبر جنبا إلى جنب مع بروتوكولات خطوة بخطوة لكلا الجنينية أبوي ورني انشاء والحقن، والرعاية بعد الحقن، وتحليل المظهري. ضربة قاضية وتحليل أساليب الجينات بوساطة الرنا المزدوج الجديلة قدم هنا لا توفر فقط معلومات مفصلة عن معالجة المسائل في D. المبقعة، ولكن أيضا لها أهمية المحتملة FOص تطبيق رني في غير النموذجية خنفساء / أنواع الحشرات الأخرى.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. تربية دال المبقعة
ملاحظة: تم تشكيل لمستعمرة تربية D. المبقعة حتى في المختبر المؤلفين باستخدام البالغين واليرقات شراؤها تجاريا. تم التحقق من هوية الأنواع باستخدام الحمض النووي المتوازية 53.

الشكل 2: د. المبقعة مختبر مستعمرة. وأظهرت صورة نموذجية D. المبقعة الحشرات القفص. وتنتشر نجارة الخشب للسماح للالخنافس تخفي. وأضاف القط الغذاء في طبق بيتري صغير أو وزنها القارب. يتم وضع الستايروفوم في قفص كملاذ آمن لليرقات العمر النهائية لتخدر تصبح خادرة. القفص المبين هنا هو 30.5 × 19 س 20.3 سم 3 و يضم بضع مئات من يرقات، عذارى، والكبار. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
مجموعة 2. الأجنة
3. إعداد الرنا المزدوج الجديلة
4. جمعية Microinjector وMicromanipulator
ملاحظة: انظر الشكل 3.
5. الجنينية رني
ويبين الشكل 4 مخطط دال المبقعة الجنينية رني: ملاحظة.
6. رني الوالدين
7. تحليل المظهري بعد رني
ملاحظة: عند 30 درجة مئوية، فإنه يأخذ ~ 55 ساعة لفقس البيض 50.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وقد استخدم مختبر المؤلفين تكنولوجيا رني لدراسة تطور وظيفي من الجينات التي تنظم تجزئة في الحشرات 53،55. في حين تتم تجزئة كل الحشرات، ويبدو أن الجينات التي تنظم هذه العملية قد اختلفت خلال الإشعاعات الحشرات 26،38،56-63. حددت شاشات الوراثية في ذبابة الفاكهة مجموعة من تسعة جينات تجزئة الزوج القاعدة التي هي المسؤولة عن تشجيع تشكيل قطاعات الهيئة 64-70. هنا، ortholog من واحد من هذه الجينات، وإرفاقها (د...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
في حين تم وضع عدد قليل من النظم نموذج متطورة (الفئران والذباب والديدان) خلال القرن ال 20، وشهد القرن الحادي و21 موجة من أنظمة الحيوانات الجديدة التي يجري تطويرها في المختبرات في جميع أنحاء العالم. هذه النظم الجديدة تسمح للعلماء لمعالجة المقارنة، أسئلة التطورية التي لا يمكن بحثها فقط باستخدام نظم نموذج "القياسية". هذا نشر نماذج جديدة يتطلب التطور السريع للطرق لزراعة المختبر، وتحديد الجينات، والنهج الوظيفية في الأنواع الجديدة. هنا، قدمت إجر...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
نشكر الدكتورة أليسون هيفر ويونغ لو على إعداد جهاز الحقن المجهري ومشاركة معرفتهما وخبرتهما التي لا تقدر بثمن مع الحمض النووي الريبي للحشرات. تم دعم هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة (R01GM113230 إلى LP).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| Dermestes maculatus< / em> الخنافس الحية | مختبرنا أو كارولينا للإمدادات البيولوجية | #144168 | تم التحقق من سلالة المختبر الخاصة بنا عن طريق الترميز الشريطي COI ؛ لا يمكن استبعاد اختلاف السلالة من كارولينا |
| القطط الرطب | مع المرق. يمكن الشراء من معظم أغذية الأليفة ومحلات البقالة | ||
| طعام الجاف | Purina Puppy Chow | يمكن شراؤه من معظم متاجر أغذية الأليفة والبقالة | |
| قفص الحشرات (حجم متوسط ، 30.5 × 19 × 20.3 سم) Exo | Terra | PT2260 | لصيانة المستعمرة. يمكن استخدام قفص أكبر إذا لزم الأمر |
| قفص الحشرات (حجم صغير ، 17.8 × 10.2 × 12.7 سم) | Exo Terra | PT2250 | لجمع الأجنة |
| طبق بتري | VWR | 89038-968 | |
| كرة قطنية | فيشر | 22-456-883 | |
| طقم نسخ Megascript T7 | Fisher | AM1334 | ل 40 تفاعلا |
| مضخة هوائية | WPI | PV830 | |
| حامل الشعيرات الدموية | WPI | ||
| Micromanipulator | NARISHIGE | MN-151 | |
| ورق ترشيح أسود (90 مم) | VWR | 28342-010 | |
| تلوين الطعام (أخضر) | ماكورميك | ||
| البورسليكات الشعرية الزجاجية | هيلجنبرغ | 1406119 | |
| مجتذب إبرة (مجتذب الماصة الدقيقة) شركة | Sutter Instrument Co. | P-97 | |
| شريحة زجاجية مجهرية | قسم علوم الحياة العالمية | 41351157 | |
| فيلم الختم (Parafilm M) | فيشر | 13-374-12 | |
| نموذج 801 حقنة (10 & nbsp; ومايكرو. ل) | إبرة هاميلتون | 7642-01 | |
| (مقياس 32) ؛ | هاميلتون | 7762-05 | |
| حل التثبيت (بامبل) | BioQuip Products، Inc. | 1184C | سامة ، يجب التعامل معها في ملقط غطاء الدخان |
| (DUMONT # 5) | أدوات العلوم الدقيقة | 11252-30 | |
| زلة الغطاء (24 × 50 مم ، رقم 1.5) | Globe Scientific | 1415-15 | |
| Eppendorf Femtotips طرف ماصة Microloader | فيشر | E5242956003 | |
| تشريح الفحص المجهري لحقن الأجنة | Leica | M420 | |
| تشريح المجهر لتصور النمط الظاهري لليرقات | Zeiss | SteREO Discover. V12 | |
| DIC المجهر | Zeiss | AXIO Imager. م1 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن