蓝鳉的实验室饲养可进行规模化扩展 ,利用与标准斑马鱼饲养设施相同的基础设施,在集中式水过滤系统中高效地饲养数千尾个体。本文详细列出了一套标准化操作流程,以实现蓝鳉的高效维护。
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蓝鳉的实验室饲养可进行规模化扩展 ,利用与标准斑马鱼饲养设施相同的基础设施,在集中式水过滤系统中高效地饲养数千尾个体。本文详细列出了一套标准化操作流程,以实现蓝鳉的高效维护。
实验用非模式实验室鱼类的养殖技术发展极大地受益于斑马鱼和青鳉等参考鱼类模型系统的建立。近年来,一种新兴的鱼类—— turquoise killifish(Nothobranchius furzeri)——因其独特的生物学特性而受到关注。Nothobranchius furzeri)已被越来越多从事衰老生物学和生态学研究的科研团队所采用。该物种在人工饲养条件下的寿命为4至8个月,是目前已知最短命的脊椎动物,使科学界能够在较短时间内测试各种实验性干预措施对衰老速率和预期寿命的影响。鉴于该物种具有独特的生物学特征,包括胚胎滞育、性成熟爆发式发展、显著的形态与行为上的性二型性,以及相对较短的成年寿命, 特设的 集约化养殖实践亟待发展。本方案介绍了一套关键的养殖措施,可实现 turquoise killifish 在实验室条件下的最佳饲养,从而推动科研界将该物种作为强有力的实验动物模型加以应用。
由于其寿命较短且生命周期迅速,青鳉鱼正迅速成为生物学中一个极具前景的新型模式生物1,2,3。该物种具有独特的硬骨鱼类生命周期,包括胚胎滞育、快速性成熟以及延长的生殖后生命阶段4,5。近年来的研究进展加深了我们对青鳉鱼在人工饲养及自然环境中生物学特性的理解6,7。青鳉鱼栖息于季节性淡水水体中,这些水体在津巴布韦和莫桑比克的非洲稀树草原雨季期间形成。在旱季,其胚胎以一种称为滞育的抗逆境生命阶段存活于干燥的泥土中,无需水环境 。
该物种的遗传图谱已经绘制完成8,9,且最近其基因组已被测序并完成组装10,11已培育出多种近交系实验鱼类品系,且该物种中已可应用转基因技术和基于CRISPR/Cas9的基因组编辑。 事实上的 推广 turquoise killifish 作为一种具有竞争力的实验室脊椎动物模型生物12,13,14.
尽管该物种的实验室方案已有文献发表15,但本方案旨在建立一套完整的实验操作指南,专门用于衰老与生存研究。本方案使已熟悉斑马鱼和青鳉鱼养殖的研究人员只需进行少量关键调整,即可掌握蓝鳉鱼的养殖技术。同时,本方案也为无鱼类养殖经验的研究人员 提供了建立健康蓝鳉鱼种群所需的基本技术工具。
鱼类在28 °C的循环水系统中饲养(参见水质参数),每天换水10 - 20%。推荐使用三种不同规格的水族箱:0.8 L、2.8 L和9.5 L。每个水族箱的水流速度保持恒定,为2 mL/s。
1. 试剂准备(材料中未包含)
注意:非洲 turquoise 鳉(Nothobranchius furzeri)可由已建立的实验室品系提供。这种一年生鳉鱼具有抗干燥的胚胎,可通过邮寄运输。运输时必须确保胚胎处于 8 - 30 °C 的温度范围内。
2. 繁殖
3. 胚胎培育
4. 孵化青鳉鱼
注意:青鳉鱼胚胎可在腐殖酸溶液中成功孵化14。
5. 幼鱼和成鱼的培育
6. 喂养
注意:实验室饲养的青鳉鱼可投喂卤虫(Artemia salina 无节幼体)和摇蚊(Chironomus spp. 幼虫)的混合饲料。青鳉鱼仔鱼仅投喂卤虫无节幼体。幼鱼和成鱼每天投喂两次卤虫和摇蚊(图2)。理想情况下,可每日多次投喂,超过本方案中所述的每日两次投喂频率。
7. 非洲鳉鱼实验室品系基因分型
注意:为了区分 turquoise killifish 的不同品系,并确定每个品系内的性别,可使用特定的遗传标记(微卫星标记)9(表1)。
8. 水质参数
注意:若实验目的为成体表型分析,则其生物饲养需在整个目标物种生命周期内保持高度稳定的饲养条件。因此,饲养 turquoise killifish 等水生生物时,必须严格控制水质参数。采用带有额外四步水过滤系统的循环水系统,可有效稳定水质参数,确保所有养殖缸在长时间内维持一致的水质条件。建议使用反渗透(RO)水配制系统用水,并添加商用海水盐和碳酸氢钠进行重构。
turquoise killifish 的正确饲养管理可使 GRZ 品系的中位生存期达到 12 - 18 周(例如 图 4A)。中位生存期的差异取决于饮食、喂食频率和饲养温度条件。饲养管理不当会导致生存曲线出现早期死亡率升高,以及随时间推移反复发生的生存率骤降,表现为多个拐点(图 4B)。

图1:代表性胚胎发育阶段及其对应的培养基质。(A) 新采集的胚胎,在28 °C培养箱中用亚甲蓝溶液进行培养。(B) 准备转移至固体培养基的胚胎,培养基可为滤纸或椰糠。(C) 即将孵化的胚胎,表现出典型的金黄色虹膜。比例尺等于1 mm。请点击此处查看该图的放大版本。

图 2:蓝鳉鱼孵化后发育的各个阶段。 请点击此处查看此图的放大版本。

图3:从第3阶段开始的鱼类编号标签示例。 请点击此处查看此图的放大版本。

图4:70条雄性青鳉鱼的代表性生存曲线。(A) 实验室饲养的青鳉鱼典型生存曲线。(B) 在最佳饲养条件(黑色)与不良饲养条件(红色和蓝色)下获得的生存曲线比较。红色虚线表示50%生存率,与生存曲线的交点对应中位寿命(在x轴上标示)。请点击此处查看该图的放大版本。
| ID | 正向引物 | 反向引物 | 片段大小范围 (bp) | ||
| *NfuSU0007 | GGCTAAGCCTTGCTGACAGA | CAGGGAGCTGAAAACCTCAG | 166 - 214 | ||
| *NfuSU0010 | CGCAGTCTGATCAAATCGTGT | TGTTTGAAGGTTCACATTCATTATC | 220 - 272 | ||
| NfuSU0016 | CATGGCTAAACCGTGATGAA | GAAGGACGCCAGCTATGAAG | 209 - 240 | ||
| NfuSU0022 | AACACAGCTCTCGTAAGGAGGTA | TTCAGACTTGTCTTACTACCATGTTT | 198 - 238 | ||
| NfuSU0027 | TCCAGCTGAATCGGTAATGA | AAACTCGAGGGTGCAATCTG | 164 - 226 | ||
| NfuSU0049 | CTGGACAAAGTGCCAATCAC | CTCCCACAGTCCCAAAACAT | 196 - 197 | ||
| NfuSU0050 | CCAGAATGAACAATACTCAGATCAA | GCAGCTTAGTTTAATGATATCACAATG | 252 - 295 | ||
| NfuSU0060 | CTAGCCACTCCCCTGGTTTA | CCGTCACGATGTGCTGATAC | 216 - 248 | ||
| NfuFLI0030 | CAGAAGCTAAAGGCCAGACG | GGGAAACAATAGGGAACCAC | 174 - 205 | ||
| *NfuFLI0091 | ACGCTGACTCTACCCAGTC | CTGCCTGCTACTGACAATG | 355 - 373 | ||
| *- 性别鉴定标记 | |||||
表1:菌株鉴定的基因分型引物。
我们介绍了一种蓝鳉鱼的实验室培养方案,包括胚胎采集、孵化以及成年鱼的饲养、繁殖和喂养。本方案特别针对以成年鱼为主要研究对象的实验室,尤其是开展衰老和寿命相关实验研究的实验室。蓝鳉鱼可在标准的斑马鱼养殖设施中进行培育;然而,蓝鳉鱼的饲养管理在某些重要方面与标准的斑马鱼护理有所不同16。这些调整包括从仅喂食卤虫的食谱早期过渡到添加富含蛋白质的血虫的混合食谱,以及胚胎孵化过程中的特定步骤,即经历液体孵化和干燥孵化两个阶段。
实验方案中的关键步骤包括:运输胚胎时需保持在 8 - 30 °C 的温度范围内。在繁殖过程中,繁殖力取决于投喂频率和食物质量,因此我们建议每个繁殖缸每天至少投喂两次,以提高胚胎产量(参见第 5.6 节)。进行胚胎漂白时,切勿延长胚胎在漂白液中的孵育时间,否则可能导致卵壳受损并增加胚胎死亡率。使用亚甲蓝孵育胚胎时,即将孵化的胚胎孵育时间不应超过 2 周,否则其活力将显著下降。孵化青鳉鱼时,较低温度的腐殖酸溶液有助于提高孵化率,且将胚胎完全浸没于溶液中可实现同步孵化。孵育期间若通气不足,会导致大量仔鱼无法充气鳔("腹滑型"表型,参见第 5.1 节注释)。
该繁殖方案的局限性包括使用了沙质基质,这会对集中过滤系统造成挑战,未来应采用其他替代方法。可能的替代方案包括使用斑马鱼繁殖缸。胚胎漂白可能导致卵壳发生显著的理化改变,从而影响卵壳生理功能及孵化成功率。胚胎持续暴露于亚甲蓝可能诱导成鱼生理上的长期变化。为存活队列研究而将成鱼饲养于单独水族箱中,可能对鱼类行为和健康产生负面影响。然而,在存活队列研究中采用群体饲养会因社会等级的建立以及雄性领地行为而引入显著的混杂因素,导致严格的等级支配关系。因此,我们认为在存活研究中将雄鱼隔离饲养是一种合理的折中方案。使用来源未经控制的活体食物喂养实验室中的鳉鱼种群,会带来寄生虫以及潜在致病微生物群落等外来污染的风险。未来应开发一种专门的无菌鱼类饲料。
未来对该方案的改进将集中于使用可控的非活体饲料,仍可在3至4周内完成性成熟。总之,本方案为广泛的科学界提供了便捷的蓝鳉实验室培养途径。
所有作者均声明不存在竞争性财务和非财务利益。
我们感谢Alessandro Cellerino、Tyrone Genade、Anne Brunet、Sabrina Sharp、Mickie Powell、Simone Keil、Yumi Kim、Patrick Smith、Kai Mathar以及马克斯·普朗克衰老生物学研究所Valenzano实验室的全体成员,多年来为当前鳉鱼饲养方案的各个部分做出了贡献。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| pH=7.0 的探针校准缓冲液 | Roth | A518.1 | 1L pH=7.0 缓冲液,用于校准水系统 pH 电极 |
| pH=4.0 的探针校准缓冲液 | Roth | P712.1 | 1L pH=4.0 缓冲液,用于校准水系统 pH 电极 |
| 电导率标准品 | VWR | 83607.260 | 500 mL 电导率标准品,1,413 µS/cm,用于校准水系统电导电极 |
| Easy Strips 6 合一测试条 | JBL | 2533900 | 用于测定系统水中余氯含量的试纸条 |
| 氨测试剂 | JBL | 2536500 | 用于测定系统水中氨含量的测试剂 |
| Red Sea 盐 | Red Sea | 22 kg 桶装 | |
| 碳酸氢钠 | VWR | 27780.360 | |
| 腐殖酸 | Sigma- Aldrich | 53680-50G | |
| 新型 HUFA 卤虫强化剂 | ZM Systems UK | 75g 瓶装 | |
| 亚甲蓝 | Roth | AE64.1 | |
| 过氧化氢溶液 | Sigma- Aldrich | 31642-1L | 30% (w/w) |
| 椰糠纤维 | Dragon | ZCS010 | |
| 沃特曼滤纸 | GE healthcare | 3030-690 | |
| 纯乙醇 | VWR | 20821.467 | 100% |
| 石英砂 | 本地宠物店 | ||
| 优质级卤虫卵 | Sanders | ||
| 血虫 | 本地经销商 | Poseidon Aquakultur 德国 | |
| dNTP 溶液混合物 | Biolabs | N04472 | 10 mM |
| Taq DNA 聚合酶 | Invitrogen | 18038-042 | 5 U/µL |
| PCR 10× 缓冲液 | Invitrogen | 18038-042 | |
| MgCl2 | Invitrogen | 18038-042 | 50 mM |
| NaOH | Sigma- Aldrich | S8045-500g | 50 mM |
| Tris-HCl 溶液,pH=8.0 | Sigma- Aldrich | T2694-1L | 1 M |
| 37% 盐酸 | Sigma- Aldrich | H1758-500mL | |
| 鱼缸 | Aquaneering | 容积:0.8 L、2.8 L、9.5 L;配备挡板、幼鱼滤网和盖子 | |
| 轨道摇床 | VWR | 89032-100 | 型号 5000 |
| 微生物培养箱 | Thermo Scientific, Heratherm | 50125882 | 型号 IMC18;用于液相保存胚胎,设定温度 t=27–28°C |
| 制冷培养箱 | Binder | 9020-0209 | 型号 KT115;用于固相保存胚胎,设定温度 t=27–28°C |
| 孵化培养箱 | Thermo Scientific, Heratherm | 51028114 | 型号 OGS180;用于胚胎孵化,设定温度 t=27–28°C |
| 体视显微镜 | Leica | 型号 M80 | |
| 繁殖砂/孵化盒 | Roth | 1598.1 | 1000 mL |
| 培养皿 | Sarstedt | 82.1473 | 92×16 mm |
| 50 mL 锥形管 | Sarstedt | 62.547.254 | |
| 15 mL 锥形管 | Sarstedt | 62.554.002 | |
| 一次性塑料巴斯德吸管 | Roth | EA71.1 | 2 mL;用于投喂血虫,或选择胚胎时剪去吸管尖端,开口直径为 3–4 mm |
| 血清移液管 | Sarstedt | 86.1689.001 | 50 mL |
| 注射器 | Henke Sass Wolf | 4100-000V0 | 10 mL |
| 金属筛网 | 孔径 <1 mm;用于收集胚胎 | ||
| 镊子 | Dumont | 0508-5/45-PO | 型号 5/45;用于转移胚胎 |
| 25 L 卤虫孵化器 | Aquaneering | ZHBS25 | 主用孵化器 |
| 500 mL 卤虫孵化器 | JBL | 6106100 | 型号 Artemio 1;备用孵化器 |
| 细网鱼网 | JBL | ||
| 砂杯 | VWR | BURK7102-5000 | 5000 mL |
| 卤虫分离杯 | VWR | BURK7102-2000 | 2000 mL |
| 塑料自封袋 | Roth | P279.2 | 用于存放死亡鱼类 |
| 移液器助吸器 | Integra | 155000 | 型号 Pipetboy acu2 |
| 封口膜 | P-Lab | P701605 | |
| 通气管 | www.zajac.de | AQ380 | 直径 4–6 mm |
| 1 L 玻璃瓶 | VWR | 215-1595 | |
| 2 L 玻璃瓶 | VWR | 215-1596 | |
| 500 mL 挤压瓶 | Roth | K665.1 | 用于投喂卤虫 |
| 120-μm 卤虫筛网 | Florida Aqua Farms | BB-PC2 | 用于收集卤虫/血虫 |
| 末端过滤袜 | Aquaneering | MFVB025C | 25-μm |
| 中央过滤鱼类饲养系统 | Aquaneering、Techniplast、Aquatic Habitats、Aqua Schwarz |
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