RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
تدمير خلايا معينة في الجنين هو أداة قوية لدراسة التفاعلات الخلوية المشاركة في مصير الخلية. يصف هذا البروتوكول تقنيات الاستئصال بالليزر للخلايا المستهدفة في الجنين المبكر للطحالب البنية Saccharina latissima.
في Saccharina latissima، يتطور الجنين كورقة خلية أحادية الطبقات تسمى الصفيحة أو الشفرة. من السهل ملاحظة كل خلية جنينية ، ويمكن تمييزها بسهولة عن جيرانها ، ويمكن استهدافها بشكل فردي. لعقود من الزمان ، تم استخدام الاستئصال بالليزر لدراسة تطور الجنين. هنا ، تم تطوير بروتوكول للاستئصال بالليزر الخاص بالخلايا للأجنة المبكرة للطحالب البنية S. latissima. يتضمن العمل المعروض: (1) إعداد أجنة السكرينا ، مع وصف للمعلمات الحرجة ، بما في ذلك ظروف الزرع ، (2) إعدادات الاستئصال بالليزر ، و (3) مراقبة النمو اللاحق للجنين المشعع باستخدام المجهر بفاصل زمني. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توفير تفاصيل حول الظروف المثلى لنقل الأجنة من منصة التصوير إلى المختبر ، والتي يمكن أن تؤثر بشكل عميق على تطور الجنين اللاحق. الطحالب التي تنتمي إلى رتبة Laminariales تعرض أنماط تكوين جنيني مشابهة ل Saccharina ؛ وبالتالي يمكن نقل هذا البروتوكول بسهولة إلى أنواع أخرى في هذا التصنيف.
تم استخدام الاستئصال بالليزر لعقود لدراسة تطور الجنين. إن تشعيع خلايا الجنين بشعاع ليزر يجعل من الممكن مراقبة إمكانات التجدد وتعديل سلالة الخلية أثناء تكوين الجنين والتحقيق في تأثير الاستئصال المستهدف على انقسام الخلايا ومصير الخلية. الكائنات الحية النموذجية المستخدمة في طرق الاستئصال بالليزر هي عادة ، مثل الحشرات 1,2 ، والديدان الخيطية3,4 ، والفقاريات5,6 ، وأحيانا النباتات 7,8. بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام نهج الاستئصال الدقيق بالليزر على الطحالب البنية Fucus في عامي 1994 و 1998 لإثبات دور جدار الخلية في الاستقطاب الضوئي للجنين المبكر 9,10.
تنتمي الطحالب البنية إلى مجموعة Stramenopiles ، التي تباعدت في جذر شجرة حقيقية النواة منذ 1.6 مليار سنة. ونتيجة لذلك ، فهي مستقلة من الناحية الفيلولوجية عن الكائنات الحية متعددة الخلايا الأخرى ، مثل الحيوانات والنباتات11. ينتمي Saccharina latissima إلى رتبة Laminariales ، والمعروفة أكثر باسم عشب البحر ، وهي من بين أكبر الكائنات الحية على وجه الأرض ، حيث تصل أحجامها إلى أكثر من 30 مترا. Saccharina sp. هي أعشاب بحرية كبيرة تستخدم للعديد من التطبيقات مثل الأغذية والأعلاف ، ويتم استخراج السكريات المتعددة لاستخدامها في الصناعات الزراعية والدوائية والتجميلية في جميع أنحاء العالم12 ، 13. وتتطلب زراعته، وخاصة في آسيا ومؤخرا في أوروبا، إعداد الأجنة في المفرخات قبل إطلاق الأحداث في البحر المفتوح. مثل جميع عشب البحر ، لديها دورة حياة ثنائية الطور تتكون من مرحلة أمشاج مجهرية ، تنمو خلالها أمشاج فردية وتنتج أمشاج للإخصاب ، ومرحلة بوغية مجهرية ثنائية الصبغيات ، حيث تتطور شفرة مستوية كبيرة من ثباتها المرتبط بقاع البحر أو الصخور. يطلق البوغي جراثيم فردية عند النضج ، وبالتالي يكمل دورة الحياة 14،15،16.
يقدم S. latissima بعض الميزات المورفولوجية المثيرة للاهتمام17. يتطور جنينها كورقة مستوية أحادية الطبقات15،18،19 قبل الحصول على بنية متعددة الطبقات تتزامن مع ظهور أنواع مختلفة من الأنسجة. بالإضافة إلى ذلك ، Laminariales هي واحدة من الأصناف الوحيدة من الطحالب البنية التي تظل أجنتها مرتبطة بأنسجتها الأمومية (Desmarestiales و Sporochnales تفعل15 أيضا). توفر هذه الميزة الفرصة لدراسة دور أنسجة الأمهات في هذه العملية التنموية ومقارنة آليات مراقبة الأم في الطحالب البنية مع تلك الموجودة في الحيوانات والنباتات.
تقدم هذه المقالة أول بروتوكول كامل للاستئصال بالليزر في جنين عشب البحر المبكر. ينتج عن هذا البروتوكول الذي يتضمن تقنية نبضات الأشعة فوق البنفسجية NS تدميرا محددا لخلايا الجنين الفردية لدراسة أدوار كل منها أثناء تكوين الجنين. يوفر هذا الإجراء نهجا موثوقا به للتحقيق في تفاعلات الخلايا ومصير الخلايا أثناء التكوين الجنيني في Laminariales.
1. إنتاج Saccharina latissima gametophytes
2. تجزئة وتحريض تكوين البويضات
3. الحصول على صورة لاختيار الأجنة للاستئصال ومراقبة النمو اللاحق
4. معايرة الليزر
5. الاستئصال بالليزر
6. مراقبة نمو الأجنة المشععة
ملاحظة: تتم المراقبة على مدار عدة أيام.
نمت النباتات المشيمية من S. latissima ، وتم تحفيز تكوين الأمشاج لإنتاج الزيجوت والأجنة. بعد اثني عشر يوما من تحريض تكوين الأمشاج ، خضعت الأجنة للاستئصال بالليزر. هنا ، تهدف التجربة إلى تقييم دور خلايا محددة في التطور الشامل لأجنة S. latissima. تم استهداف الخلية الأكثر قمية ، والخلايا القاعدية الأكثر ، والخلايا المتوسطة. بعد مسح البلاط ، تم تحديد طبق بتري بأكمله (الشكل 2 أ) ، وهو جنين مثير للاهتمام ، كمرشح مناسب للتصوير بالليزر (الشكل 2 ب). تم اختيار خلية معينة من هذا الجنين واستهدافها وتصويرها باستخدام شعاع ليزر نابض بالأشعة فوق البنفسجية بحد أقصى 40 ميكروواط من طاقة الليزر (المقابلة ل 45٪ من الطاقة القصوى للمعدات المستخدمة هنا) لمدة 1 مللي ثانية (الفيلم 1). أطلقت الخلية محتوياتها (البلاستيدات الخضراء والسيتوبلازم). ومن المثير للاهتمام أن الخلايا المجاورة استجابت لانفجار الخلية المشععة عن طريق التوسع في الفضاء بين الخلايا. وسجل موضع الأجنة المشععة للرصد اللاحق على مدى 10 أيام (الشكل 3). استمرت معظم الأجنة المشععة في التطور ولكنها أظهرت تغييرا في النمو (شكل الجنين). يجب إجراء تحليل مفصل للتغيرات المورفولوجية قبل أن تعزى وظيفة محددة إلى كل خلية مشععة في التحكم في آلية النمو الشاملة.
في المقابل ، تم اختبار الأجنة باستخدام معلمات ليزر أخرى (على سبيل المثال ، 33 مللي ثانية لمدة التصوير من 60٪ -80٪ من طاقة الليزر. الفيلم 2) سرعان ما أظهر علامات الإجهاد الشديد مثل تبييض الخلايا أو تلاشيها أو تغيرات الشكل (التقريب). ماتت جميع الأجنة تقريبا التي تم إطلاق النار عليها بهذه الطريقة في غضون خمسة أيام بعد التجربة (الشكل 4).

الشكل 1: صورة فوتوغرافية لإعداد مجهر الاستئصال بالليزر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 2: مسح البلاط المشروح لطبق بتري كامل. (أ) مسح البلاط لطبق بتري بأكمله المستخدم في الاستئصال بالليزر. تم استخدام PMT الإرسال للحصول على مسح برايتفيلد. بمجرد تحديد موقع الجنين محل الاهتمام ، ينقر المستخدم على موضع الجنين في فحص البلاط ، ويضع البرنامج المرحلة مباشرة فوق الجنين. (ب) يمكن بعد ذلك شرح مسح البلاط على وجه التحديد لتحديد موقع الجنين في الخطوات اللاحقة ، لتتبع الجنين ومراقبته. هنا ، تظهر الصورة جنينا متصلا بالجزء السفلي من طبق بتري ، والذي يمكن تحديد موقعه بسهولة باستخدام ليزر 561 نانومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: السلسلة الزمنية لجنين S. latissima المتنامي بعد التشعيع. يظهر هذا في الفيلم 1. لم يقم الاستئصال بالليزر للخلية الأكثر قمية في الجنين بتبييض الخلايا المجاورة للجنين. استمروا في النمو والانقسام ، وشكلوا جنينا طبيعيا بعد بضعة أيام. تم التقاط الصور كل 24 ساعة ، بعد 2-9 أيام من الاستئصال. شريط المقياس هو 50 ميكرومتر وهو نفسه لجميع الصور. D2-D9 يتوافق مع اليوم-2 إلى اليوم-9. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: السلسلة الزمنية لموت جنين S. latissima بعد الاستئصال بالليزر باستخدام معلمات دون المستوى الأمثل. يمكن أن يؤدي التعرض المفرط لتشعيع الليزر بسهولة إلى ارتفاع معدلات وفاة الجنين المستهدف وكذلك الأجنة المجاورة. يتم عرض سلسلة زمنية من لقطة الجنين في الفيلم 2 ، مع الإشارة إلى الوقت بعد الاستئصال فوق كل صورة (3-6 أيام بعد الاستئصال). شريط المقياس هو 30 ميكرومتر وينطبق على كل صورة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الفيلم 1: الاستئصال بالليزر للخلية الأكثر قمية لجنين 8 خلايا من S. latissima. تم تعديل التركيز أولا على الجنين المختار من بين باقة من النباتات البوغية Saccharina (في مجالات مختلفة ، أولا واسعة ، ثم ضيقة). ثم تم إطلاق النار على الخلية الأكثر قمية من الجنين باستخدام 45٪ من طاقة الليزر لمدة 1 مللي ثانية. انفجرت الخلية القمية بسرعة وأطلقت محتوياتها. الخلايا المجاورة ، التي تحررت من تورغور الخلية المنفجرة ، ملأت المساحة الفارغة. بعد 5 دقائق ، توقفت الخلية ومحتوياتها عن الحركة ووصلت إلى حالة من التوازن. تم تسريع الفيلم 4 مرات (من 1 صورة لكل 632 مللي ثانية إلى 6 إطارات في الثانية). ويبين الشكل 3 متابعة تطور الجنين. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الفيلم.
الفيلم 2: تبييض كبير للخلايا المجاورة لخلية انفجار ناتجة عن إعدادات ليزر دون المستوى الأمثل. أدى استخدام قوة ليزر تبلغ 60٪ -80٪ لمدة 1 مللي ثانية أو قوة ليزر بنسبة 45٪ ل 10 مللي ثانية إلى تبييض كبير للخلايا المجاورة ومعدل بقاء أقل بكثير. يجب ألا تتسبب الإعدادات المستخدمة في الليزر في تبييض أو تلف جزئي للخلايا المجاورة. تم الحصول على أفضل النتائج عن طريق تقليل قوة و / أو مدة نبضة الليزر ، واستهداف النقطة البعيدة عن الخلايا المجاورة. هنا ، يتمإطلاق النار على الخلية الأكثر قمية لجنين 4 خلايا من S. latissima (80٪ من طاقة الليزر ، 1 مللي ثانية) (عرض جانبي / علوي). يمكن ملاحظة الإفراط في تبييض الخلايا السفلية والجانبية بسهولة. يظهر التطور اللاحق للجنين في الشكل 4. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الفيلم.
الشكل التكميلي 1: مخطط انسيابي تخطيطي للبروتوكول بأكمله. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تدمير خلايا معينة في الجنين هو أداة قوية لدراسة التفاعلات الخلوية المشاركة في مصير الخلية. يصف هذا البروتوكول تقنيات الاستئصال بالليزر للخلايا المستهدفة في الجنين المبكر للطحالب البنية Saccharina latissima.
يتم تمويل منحة الدكتوراه من S.B. من قبل Region Bretagne (رقم منحة ARED COH20020) وجامعة السوربون. يتم تمويل منحة الدكتوراه I.T.is من قبل Region Bretagne (رقم منحة ARED COH18020) وجامعة NMBU النرويجية. وقد تلقى هذا المشروع دعما ماليا من المركز الوطني للبحث العلمي من خلال برامج MITI المتعددة التخصصات. MRic هي عضو في البنية التحتية الوطنية France-BioImaging التي تدعمها الوكالة الوطنية الفرنسية للبحوث (ANR-10-INBS-04).
| طبق بتري ذو قاع زجاجي 25 مم | NEST | 801001 | |
| مياه البحر المعقمة | - | تم جمعها في الخارج بالقرب من عوامة آستان (48 درجة ؛ 44.934 شمالا 003 درجة ؛ 57.702 غربا) بالقرب من روسكوف ، فرنسا ، على عمق 20 مترا. | |
| مكشطة الخلية | MED 2 | 83.3951 | |
| مصفاة الخلية 40 & م | Corning / Falcon | 352340 | |
| خزانات الثقافة | Snijders خزانة نمو النبات العلمي ECD01 | أي علامة تجارية أخرى مناسبة بشرط أن يتم التحكم في شدة الضوء والفترة الضوئية ودرجة الحرارة. | |
| LSM 880 مجهر زايس متحد البؤر | الفحص المجهري كارل زايس ، جينا ، ألمانيا | تم إجراء الاستئصال والتصوير باستخدام مدقات بيليه ذات الهدف المائي 40x / 1.2 | |
| Sigma Aldrich | Z359947 | Blue Polypropylene (قابل للتعقيم) | |
| Provasoli | - | وصفة متوفرة هنا: http://www.sb-roscoff.fr/sites/www.sb-roscoff.fr/files/documents/station-biologique-roscoff-preparation-du-provasoli-2040.pdf | |
| ليزر نابض 355 (UGA-42 Caliburn 355/25) Rapp | OptoElectronic ، Wedel ، ألمانيا | ||
| مشرط | باراماونت | PDSS 11 | |
| برنامج SysCon | Rapp OptoElectronic ، Wedel ، ألمانيا | برنامج تشغيل الليزر | |
| ZEN | الفحص المجهري Carl Zeiss, جينا, برنامج التصوير الألماني | , يستخدم جنبا إلى جنب مع برنامج SysCon; إصدار أسود 2.3 |