نظام GAL4-UAS ثنائي الأطراف هو العمود الفقري لتوصيف وظيفي للجينات في الكائن الحي نموذج الحشرات Drosophila melanogaster1،2،3. لاستخدام نظام GAL4-UAS ، يتم عبور خطوط السائق المعدلة وراثيا ، والتي تعبر عن عامل نسخ الخميرة GAL4 تحت سيطرة تسلسل تنظيمي ، مع خطوط المستجيب التي تحمل جينا مهما أو بناء تداخل الحمض النووي الريبي (RNAI) الذي يتحكم فيه تسلسل تنشيط المنبع (UAS) المعترف به من قبل GAL4. تعبر ذرية هذا الصليب عن تحويل الاهتمام بنمط ندواتي يمليه المروج الذي يتحكم في تعبير GAL4 (الشكل 1). يمكن تقييم الأنماط الظاهرية التي تظهرها ذرية الصلبان المستجيبة للسائق لتوضيح وظيفة الجينات المرشحة. على الرغم من أن D. melanogaster قد استخدمت لفحص الجينات من الكائنات الحية الأخرى4,5,6,7, وقد تم تكييف نظام GAL4-UAS الآن لاستخدامها في الحشرات ذات الأهمية الطبية والزراعية لتوفير تحليل مباشر في الأنواع ذات الأهمية 8,9,10,11,12,13,14.
وفي بعوضة الملاريا الأفريقية، أنوفيليس غامبيا، تم اختبار نظام GAL4-UAS لأول مرة عن طريق خط الخلية المشترك transfection9. تم فحص العديد من البنى للكفاءة في تركيبات مختلفة ثنائية ووجدت أن 14 UAS المتكررة جنبا إلى جنب تكملها intron اصطناعية صغيرة (UAS-14i) عرض أوسع نطاق من إمكانات التنشيط عند استخدامها مع لوحة من السائقين GAL4. لإثبات في وظائف الجسم الحي، ثم استخدمت هذه البنى لإنشاء خطين منفصلين المعدلة وراثيا An. غامبيا بواسطة PiggyBac transformation8: خط سائق يحمل GAL4 يقودها مروج محدد midgut، وخط المستجيب التي تحتوي على كل من لوسيفيراز وتعزيز الجينات البروتين الفلوري الأصفر (eYFP) تحت تنظيم تسلسل UAS. وأشار نشاط لوسيفيراز محددة الأمعاء والفلورسينس في ذرية أن النظام كان فعالا في Anopheles. ومنذ ذلك الحين، تم إنشاء خطوط للسائق تعبر عن المتحولات في الأنسجة الأخرى الهامة لقدرة النواقل ومقاومة المبيدات الحشرية، بما في ذلك oenocytes15 و hemocytes16، وفي نمط قريب من كل مكان10. كما تم إنشاء العديد من خطوط UAS لتقصي الجينات التي يعتقد أنها تشارك في عملية التمثيل الغذائي وعزل مقاومة المبيدات الحشرية بوساطة ، وتركيب الهيدروكربونات الخصية ووضع علامات فلورية على أنواع مختلفة من الخلايا والأنسجة (الجدول 1). بالنسبة لخطوط المستجيب ، يتم الآن تنفيذ التكامل الموجه من الموقع للمتحول من قبل ΦC31 الكاسيت المحفز 17،18 لإصلاح السياق الجينومي للجينات المنظمة ل UAS. وبهذه الطريقة، يتم تطبيع التعبير المتحول فيما يتعلق بموقع الإدراج الجينومي، مما يسمح بإجراء مقارنة أكثر دقة للآثار الظاهرية للجينات المرشحة المختلفة.
تم تصميم خطوط المستجيب التي تم إنشاؤها حتى الآن إما للتعبير عن المتحول إما عند مستويات مرتفعة أو للحد من التعبير الجيني من خلال تداخل الحمض النووي الريبي (RNAAi). عادة ما يتم دمج استنساخ cDNA في تسلسل UAS لتوليد البلازميدات التعبيرية المناسبة ، ولكن التسلسلات الجينومية الكاملة ممكنة أيضا على افتراض أنها ليست كبيرة جدا للاستنساخ. لتوليد بناء إسكات، استخدمنا ثلاث طرق مختلفة للحصول على تسلسل مقلوب جنبا إلى جنب مناسبة التي تشكل دبوس الشعر dsRNA الذي يحفز RNAI. وشملت هذه PCR الانصهار، PCR غير المتماثلة والتوليف التجاري لبنى دبوس الشعر. ومن الشائع في كل طريقة إدراج تسلسل إنتروني بين التسلسلات المقلوبة لتوفير استقرار الاستنساخ. وقد تم تطوير البلازميدات المستجيبة التي يمكن إدخال جين من الفائدة / بناء RNAi15. هذه البلازميدات تحمل أيضا مواقع ATTB ΦC31 المطلوبة لRMCE (الموصوفة في ورقة أدولفي المصاحبة JoVE التي تصف تقنية RCME بالتفصيل). تتضمن هذه المخطوطة بروتوكولات تغطي الخطوات المهمة المطلوبة عند اختيار التسلسل لإدراجه في إحدى هذه البلازميدات للإفراط في التعبير. بالإضافة إلى ذلك، يتم وصف ويتضح بروتوكولين لإنشاء بناء دبوس الشعر RNAi.
عند إنشاء خطوط جديدة، وتحديد الأفراد المعدلة وراثيا نادرة أمر بالغ الأهمية للتكاثر من لإنشاء وصيانة المستعمرات المعدلة وراثيا. والأهم من ذلك بالنسبة لنظام GAL4-UAS هناك ضرورة للتمييز بين خطوط المستجيب والسائق لإنشاء الصلبان وتحديد ذرية الفردية التي تحمل كلا المتحولين. ويتحقق ذلك باستخدام جينات مختلفة مهيمنة للعلامات القابلة للاختيار مرتبطة بمقايس السائق والمستجيب. الأكثر شيوعا هذه هي الجينات علامة الفلورسنت التي يمكن تمييزها بوضوح باستخدام المرشحات البصرية (على سبيل المثال، eYFP، eCFP، dsRed). من المهم أن يتم التعبير عن العلامات في نمط ندواتي معروف وموثوق به لأن هذا يجعل تحديد التشوهات والتلوث أسهل. يتم تنظيم التعبير الجيني لعلامة الفلورسنت بشكل روتيني من قبل المروج الاصطناعي 3xP3 ، والذي يسبب تعبيرا محددا للعين والبطين في جميع مراحل التنمية الغامبية An. يتم تضمين علامات الفلورسنت التي تسيطر عليها 3xP3 في جميع plasmids التحول الموصوفة في هذه المقالة. يتم تضمين بروتوكول يفصل الأساليب الشائعة المستخدمة لفحص خطوط الفلورسنت An. غامبيا PUPAe GAL4-UAS هنا.
أحد العناصر الرئيسية لنظام GAL4-UAS هو ضرورة عبور خطوط السائق والمستجيب المميزة بشكل متفاوت. للقيام بذلك يجب فصل الذكور والإناث من كل خط قبل التزاوج. الكبار يمكن تمييزها بسهولة عن طريق البصر، ومع ذلك، لإنشاء الصلبان الوراثية فمن المعقول لفصل بين الجنسين قبل ظهور الكبار لضمان أن التزاوج لم يحدث. والفرق العام في الحجم بين الذكور والإناث An. gambiae pupae متغير جدا بحيث لا يمكن أن يكون طريقة فعالة ويمكن الاعتماد عليها لتحديد نوع الجنس20. وبدلا من ذلك، توفر الاختلافات المورفولوجية الواضحة في الأعضاء التناسلية الخارجية أساسا موثوقا به لممارسة الجنس في أن غامبيا. في هذه المقالة، ونحن نصف طريقة يمكن الاعتماد عليها لممارسة الجنس An. الغامبية الخوادر لإعداد الصلبان المناسبة.

الشكل 1 - التمثيل التخطيطي لعملية استخدام نظام GAL4-UAS ثنائي الأطراف في أنوفيليس غامبيا. (أ) يتم تصوير المكونات الرئيسية لمتجه مثال (pSL-attB-UAS14-gyp [3xp3-eYFP]) ، مع تفصيل مواقع التقييد المتاحة (EcoRI و NheI و XhoI و NcoI) داخل مواقع الاستنساخ المتعددة المناسبة للاستخدام لإدراج بناء دبوس الشعر أو تسلسل الترميز لجين الاهتمام. كما يصور هيكل خط الإرساء. (ب) توضح خطوة العبور استخدام الذكور من خط السائق (تحمل سائق GAL4 من قبل مروج للاهتمام وeCFP يقودها المروج 3xP3) والإناث من خط المستجيب (تحمل جين الاهتمام أو بناء دبوس الشعر التي يسيطر عليها مروج UAS وعلامة eYFP التي يسيطر عليها المروج 3xP3). (ج) تمثيل تخطيطي ل GAL4 يقود التعبير عن جين الاهتمام بذرية الصليب في B وقائمة ببعض الأنماط الظاهرية النموذجية التي يتم تقييمها. الاختصارات: موقع استنساخ متعدد (MCS)، تبادل كاسيت بوساطة إعادة دمج (RMCE)، تسلسل المنشط المنبع (UAS)، البروتين الفلوري الأصفر المعزز (eYFP)، بروتين فلوري سماوي معزز (eCFP). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
إن استخدام الصلبان هو الذي يوفر الطبيعة الثنائية لنظام GAL4-UAS، الذي له مزايا متميزة على النهج الخطية الأكثر. فعلى سبيل المثال، يمكن تقييم توليفات من خطوط السائق والمستجيب أكثر بكثير مما يمكن أن يكون ممكنا إذا كان لا بد من إنشاء خط جديد معدل وراثيا وصيانته لكل تركيبة من مجموعات المروجين/الجينات. والأهم من ذلك، أنه يسمح بتحليل الجينات التي تنتج الأنماط الظاهرية القاتلة أو العقيمة عندما يكون تعبيرها مضطربا والتي يصعب إنشاؤها / صيانتها في نظام خطي. ويمكن أن تظهر هذه الأنماط الظاهرية الفتاكة في جميع مراحل النمو، اعتمادا على وظيفة الجينات والتعبير الصدغي، ولكن غالبا ما يلاحظ أثناء النمو الجنيني. يتطلب تصور نمو جنين البعوض إزالة المشيمة المبهمة التي تغطي البيض. بعد الأساليب الموصوفة في Trpiš (1970)21 وكايزر وآخرون (2014)22، نقوم بوصف البروتوكولات التي نستخدمها لإصلاح الأجنة، مع الحفاظ على السلامة الهيكلية، والتبييض لمسح الإندوشوريون الذي يسمح بالتصور والتصوير المجهريين.