本文介绍了一种详细且高效的RNA原位杂交实验方案,特别适用于检测昆虫触角中低水平表达的气味受体(OR)基因及其他基因,所用探针为地高辛(DIG)标记或生物素标记的探针。
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本文介绍了一种详细且高效的RNA原位杂交实验方案,特别适用于检测昆虫触角中低水平表达的气味受体(OR)基因及其他基因,所用探针为地高辛(DIG)标记或生物素标记的探针。
昆虫已进化出复杂的嗅觉感受系统,用于感知外源性化学信号。这些化学信号由触角上毛发状结构——化学感受器中的嗅觉受体神经元(ORNs)转导。在ORNs的细胞膜上,气味受体(ORs)被认为参与了气味编码过程。因此,鉴定定位于ORNs中的基因对于识别OR基因至关重要,并为进一步功能研究提供基础。 原位 研究。特定基因的RNA表达水平 或昆虫触角中的表达量极低,且昆虫组织的组织学保存具有挑战性。因此,利用RNA难以将嗅觉受体定位于特定类型的感器 原位 杂交。在本文中,一种详细且高效的方法用于RNA 原位 一种特别针对昆虫低表达OR基因的杂交实验方案被引入。此外,一种特异的OR 通过双色荧光实验鉴定出该基因 原位 使用共表达受体基因的杂交实验 Orco,作为标记物。
昆虫的触角是最主要的化学感受器官,其表面分布着许多毛发状结构——称为嗅觉感器(sensilla),这些感器由嗅觉感受神经元(Olfactory Receptor Neurons, ORNs)支配。在昆虫ORNs的细胞膜上,表达着一类含有七个跨膜结构域的蛋白质——气味受体(Odorant Receptors, ORs),它们与一种共受体(ORco)结合形成异源多聚体,发挥气味分子门控离子通道的功能1,2,3。不同的ORs可响应不同类型的化学化合物组合4,5,6。
蝗虫(Locusts)飞蝗主要依靠嗅觉线索来触发重要行为7蝗虫气味受体(ORs)是理解分子嗅觉机制的关键因素。通过RNA将特定的蝗虫OR基因定位到形态学上特定类型感器的神经元中 原位 杂交(RNA原位杂交)是探索嗅觉受体(ORs)功能的第一步。
RNA原位杂交(RNA ISH)利用标记的互补RNA探针,在组织切片、细胞或整体封片中测量并定位特定的RNA序列,从而提供有关生理过程和疾病发病机制的信息。in situ杂交中广泛使用地高辛标记(DIG标记)和生物素标记的RNA探针。通过SP6和T7 RNA聚合酶进行in vitro转录,可制备用地高辛-11-UTP或生物素-16-UTP标记的RNA探针。DIG和生物素标记的RNA探针具有以下优点:非放射性、安全、稳定、高灵敏度、高特异性,并且可通过PCR和in vitro转录轻松制备。DIG和生物素标记的RNA探针均可进行显色和荧光检测。DIG标记的RNA探针可用抗地高辛碱性磷酸酶(AP)偶联抗体进行检测,该抗体可通过光学显微镜结合高灵敏度化学发光底物氯化硝基四氮唑蓝/5-溴-4-氯-3-吲哚基磷酸甲苯胺盐(NBT/BCIP)显色,或通过共聚焦显微镜结合2-羟基-3-萘甲酸-2'-苯基苯胺磷酸盐(HNPP)与4-氯-2-甲基苯基重氮半锌氯化物盐(Fast Red)显色。生物素标记的RNA探针可用抗生物素链霉亲和素辣根过氧化物酶(HRP)偶联抗体进行检测,并通过共聚焦显微镜结合荧光素酪酰胺显色。因此,可利用DIG和生物素标记的RNA探针在同一组织切片中进行双色荧光in situ杂交,以同时检测两个靶基因。
使用DIG和/或生物素标记探针进行RNA原位杂交(ISH)已成功用于定位与嗅觉相关基因,例如OR、离子型受体、气味结合蛋白和感觉神经元膜蛋白,这些研究涉及的昆虫触角包括但不限于黑腹果蝇Drosophila melanogaster、冈比亚按蚊Anopheles gambiae、飞蝗L. migratoria以及沙漠蝗Schistocera gregaria8,9,10,11,12,13,14,15,16。然而,在对昆虫气味受体(OR)进行RNA原位杂交时存在两个主要挑战:(1)OR基因(ORco除外)表达水平较低,且仅在少数细胞中表达,使得信号检测极为困难;(2)昆虫组织的组织学保存较难,需在保持组织形态完整的同时尽可能降低背景噪声。本文提供了一套详细且高效的RNA原位杂交实验方案,用于定位昆虫触角中的OR基因,涵盖显色检测和酪胺信号放大(TSA)检测两种方法。
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注意:为减少RNA降解,需使用经湿热灭菌(121 °C,60分钟)的蒸馏水配制溶液,并对相关材料进行湿热灭菌处理。
1. RNA 原位杂交反义与正义探针的制备
2. 冷冻切片的制备
3. 固定切片
4. 杂交
5. 染色
6. 观察
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通过显色检测,在每张成虫触角切片中,仅有少量触角细胞被DIG标记的LmigOR1和LmigOR2反义探针标记(图3)。对连续切片进行RNA原位杂交以定位LmigOR1和LmigOR2,结果显示表达这两个基因的触角细胞位于表达LmigORco的嗅觉神经元簇中,表明推测的LmigOR1和LmigOR2确实表达于嗅觉神经元(ORN)中(图4a-4d)。偶尔可观察到被标记的树突样结构(图4e-4f)。LmigOR1和LmigOR2均定位于刺形感器中的神经元(图5a-5b),但在单个感器中二者并不共表达,表明它们存在于不同类型的刺形感器亚型中(<...
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由于除ORco以外的OR基因表达水平极低,且昆虫触角组织切片难以保存,因此对昆虫触角中的OR基因进行RNA原位杂交(RNA ISH)以定位其表达具有较大难度。此外,TSA检测也十分困难。为解决这些问题,应采取以下措施:选择刚蜕皮成虫期的蝗虫触角,其触角角质层较薄且柔软,可在载玻片上较好地保持形态结构;将冷冻样品切成12 µm厚的切片;使用高灵敏度和高特异性的生物素(biotin)和地高辛(DIG)标记探针;在多个步骤中使用Tween-20和Triton X-100等去污剂以降低背景信号;在TSA检测中,相对于低表达基因,高表达基因应使用biotin-16-UTP进行标记;载玻片应尽快观察,因为荧光信号会迅速淬灭。
DIG和生物素标记探针相较于放射性探针具有更长的保存期限、更高的信噪比以及更优的细胞分辨率18,19本文所述方案相较于整体装片法具有一些优势 原位 杂交。该方案可轻松确定基因在细胞水平上的定位,但难以用于研究基因分布模式...
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作者无任何披露内容或其他利益冲突。
本研究由国家自然科学基金(编号:31472037)资助。 本文提及的商品名称或商业产品仅用于提供具体信息,不构成推荐。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 材料 | |||
| 2×TSINGKETM Master Mix | TSINGKE, 中国 | TSE004 | |
| 无RNase的H2O | TIANGEN, 中国 | RT121-02 | |
| REGULAR AGAROSE G-10 | BIOWEST, 西班牙 | 91622 | |
| 结合缓冲液 | TIANgel Midi 纯化试剂盒, TIANGEN, 中国 | DP209-02 | |
| 平衡缓冲液 | TIANgel Midi 纯化试剂盒, TIANGEN, 中国 | DP209-02 | |
| 洗涤液 | TIANgel Midi 纯化试剂盒, TIANGEN, 中国 | DP209-02 | |
| T载体 | Promega, 美国 | A362A | |
| T4 DNA连接酶 | Promega, 美国 | M180A | |
| Escherichia coli DH5α | TIANGEN, 中国 | CB101 | |
| 氨苄青霉素 | Sigma, 美国 | A-6140 | |
| 异丙基 β-D-1-硫代半乳糖吡喃糖苷 | Inalco, 美国 | 1758-1400 | |
| 5-溴-4-氯-3-吲哚基-β-D-半乳糖吡喃糖苷 | SBS Genetech, 中国 | GX1-500 | |
| Nco I | BioLabs, 美国新英格兰 | R0193S | |
| Spe I | BioLabs, 美国新英格兰 | R0133M | |
| DIG RNA标记试剂盒 | Roche, 瑞士 | 11175025910 | |
| 生物素RNA标记试剂盒 | Roche, 瑞士 | 11685597910 | |
| DNase | DIG RNA标记试剂盒, Roche, 瑞士 | 11175025910 | |
| LiCl | 国药集团, 中国 | 10012718 | |
| 乙醇 | 国药集团, 中国 | 10009257 | |
| 乙酸 | 北京化学试剂公司, 中国 | 10000292 | |
| Tissue-Tek O.C.T. 包埋剂 | Sakura Finetek Europe, Zoeterwoude, 荷兰 | 4583 | |
| 载玻片 | 天津金昊扬生物科技有限公司, 中国 | FISH0010 | |
| HCl | 国药集团, 中国 | 80070591 | |
| Millex | Millipore, 美国 | SLGP033RS | |
| Tween 20 | AMRESCO, 美国 | 0777-500ML | |
| 硝基蓝四氮唑氯化物 / 5-溴-4-氯-3-吲哚基磷酸-甲苯胺盐 | Roche, 瑞士 | 11175041910 | |
| 甘油 | 国药集团, 中国 | 10010618 | |
| 名称 | 公司 | 货号 | 备注 |
| 溶液 | |||
| 1×Tris-乙酸-EDTA | Sigma, 美国 | V900483-1KG | 0.04 mol/L Tris-碱 |
| 1×Tris-乙酸-EDTA | 北京化学试剂公司, 中国 | 10000292 | 0.12% 乙酸 |
| 1×Tris-乙酸-EDTA | Sigma, 美国 | 03677 | 乙二胺四乙酸二钠盐 (EDTA) |
| LB (Luria-Bertani) 液体培养基 | 国药集团, 中国 | 10019392 | 10 g/L NaCl |
| LB (Luria-Bertani) 液体培养基 | MERCK, 德国 | VM335231 | 10 g/L 酪蛋白胨 (胰蛋白胨) |
| LB (Luria-Bertani) 液体培养基 | MERCK, 德国 | VM361526 | 5 g/L 酵母提取物 |
| LB固体培养基平板 | 国药集团, 中国 | 10019392 | 10 g/L NaCl |
| LB固体培养基平板 | MERCK, 德国 | VM335231 | 10 g/L 酪蛋白胨 (胰蛋白胨) |
| LB固体培养基平板 | MERCK, 德国 | VM361526 | 5 g/L 酵母提取物 |
| LB固体培养基平板 | WISENT ING, 加拿大 | 800-010-CG | 15 g/L 细菌级琼脂 |
| 10×磷酸盐缓冲液 (PBS, pH 7.1) | 国药集团, 中国 | 10019392 | 8.5% NaCl |
| 10×磷酸盐缓冲液 (PBS, pH 7.1) | Sigma, 美国 | V900041-500G | 14 mM KH2PO4 |
| 10×磷酸盐缓冲液 (PBS, pH 7.1) | Sigma, 美国 | V900268-500G | 80 mM Na2HPO4 |
| 10×Tris缓冲盐溶液 (TBS, pH 7.5) | Sigma, 美国 | V900483-1KG | 1 M Tris-碱 |
| 10×Tris缓冲盐溶液 (TBS, pH 7.5) | 国药集团, 中国 | 10019392 | 1.5 M NaCl |
| 检测缓冲液 (DAP) 显色检测 pH 9.5 TSA检测 pH 8.0 | Sigma, 美国 | V900483-1KG | 100 mM Tris-碱 |
| 检测缓冲液 (DAP) 显色检测 pH 9.5 TSA检测 pH 8.0 | 国药集团, 中国 | 10019392 | 100 mM NaCl |
| 检测缓冲液 (DAP) 显色检测 pH 9.5 TSA检测 pH 8.0 | Sigma, 美国 | V900020-500G | 50 mM MgCl2·6H2O |
| 20×柠檬酸钠-盐水 (pH 7.0) | 国药集团, 中国 | 10019392 | 3 M NaCl |
| 20×柠檬酸钠-盐水 (pH 7.0) | Sigma, 美国 | V900095-500G | 0.3 M 柠檬酸钠 |
| 4% 多聚甲醛溶液 (PFA, pH 9.5) | Sigma, 美国 | V900894-100G | 4% 多聚甲醛 |
| 碳酸钠缓冲液 | Sigma, 美国 | V900182-500G | 0.1 M NaHCO3 |
| 碳酸钠缓冲液 (pH 10.2) | Sigma, 美国 | V900182-500G | 80 mM NaHCO3 |
| 碳酸钠缓冲液 (pH 10.2) | Sigma, 美国 | S7795-500G | 120 mM Na2CO3 |
| 甲酰胺溶液 (pH 10.2) | MPBIO, 美国 | FORMD002 | 50% 去离子甲酰胺 |
| 甲酰胺溶液 (pH 10.2) | 5×柠檬酸钠-盐水 | ||
| TBS中的封闭缓冲液 | Roche, 瑞士 | 11175041910 | 1% Blot |
| TBS中的封闭缓冲液 | AMRESCO, 美国 | 0694-500ML | 0.03% Triton X-100 |
| TBS中的封闭缓冲液 | 1×Tris缓冲盐溶液 | ||
| 碱性磷酸酶溶液 | Roche, 瑞士 | 11175041910 | 1.5 U/mL 抗地高辛碱性磷酸酶偶联抗体 |
| 碱性磷酸酶溶液 | TBS中的封闭缓冲液 | ||
| 碱性磷酸酶/辣根过氧化物酶溶液 | Roche, 瑞士 | 11175041910 | 1.5 U/mL 抗地高辛碱性磷酸酶偶联抗体 |
| 碱性磷酸酶/辣根过氧化物酶溶液 | TSA试剂盒, Perkin Elmer, 美国 | NEL701A001KT | 1% 抗生物素链霉亲和素辣根过氧化物酶偶联抗体 |
| 碱性磷酸酶/辣根过氧化物酶溶液 | TBS中的封闭缓冲液 | ||
| 杂交缓冲液 | MPBIO, 美国 | FORMD002 | 50% 去离子甲酰胺 |
| 杂交缓冲液 | 2×柠檬酸钠-盐水 | ||
| 杂交缓冲液 | Sigma, 美国 | D8906-50G | 10% 硫酸葡聚糖 |
| 杂交缓冲液 | invitrogen, 美国 | AM7119 | 20 µg/mL 酵母t-RNA |
| 杂交缓冲液 | Sigma, 美国 | D3159-10G | 0.2 mg/mL 沙丁鱼精子DNA |
| 2-羟基-3-萘甲酸-2'-苯基苯胺磷酸盐/4-氯-2-甲基苯基重氮半锌氯化物底物 | Roche, 瑞士 | 11758888001 | 1% 2-羟基-3-萘甲酸-2'-苯基苯胺磷酸盐 (10 mg/mL) |
| 2-羟基-3-萘甲酸-2'-苯基苯胺磷酸盐/4-氯-2-甲基苯基重氮半锌氯化物底物 | Roche, 瑞士 | 11758888001 | 1% 4-氯-2-甲基苯基重氮半锌氯化物 (25 mg/mL) |
| 2-羟基-3-萘甲酸-2'-苯基苯胺磷酸盐/4-氯-2-甲基苯基重氮半锌氯化物底物 | 检测缓冲液 | ||
| 酪胺信号放大底物 | TSA试剂盒, Perkin Elmer, 美国 | NEL701A001KT | 2% 荧光素-酪胺 |
| 酪胺信号放大底物 | TSA试剂盒, Perkin Elmer, 美国 | NEL701A001KT | 扩增稀释液 |
| 名称 | 公司 | 货号 | 备注 |
| 仪器 | |||
| 冷冻切片机 | Leica, Nussloch, 德国 | Jung CM300 冷冻切片机 | |
| 分光光度计 | Thermo SCIENTIFIC, 美国 | NANODROP 2000 | |
| 光学显微镜 | Olympus, 东京, 日本 | Olympus IX71显微镜 | |
| 共聚焦显微镜 | Olympus, 东京, 日本 | Olympus BX45共聚焦显微镜 |
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