方法文章

使用实验方案 果蝇 作为实验室毒性测试的无脊椎动物模型系统

DOI：

10.3791/57450

⸱

2018年7月10日

 , 
1Communities for Building Active STEM Engagement, Colorado State University-Pueblo, 2Department of Biology, Colorado State University-Pueblo

本文内容

摘要

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本文提供了一种详细的实验方案，用于使果蝇属（Drosophila）物种暴露于污染物中，旨在研究暴露对不同发育阶段及多代个体多种表型输出的影响。

摘要

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涌现特性及外部因素（尤其是种群水平和生态系统水平的相互作用）在调节生态学重要终点方面发挥着重要作用，尽管这些因素在毒理学研究中很少被考虑。D. melanogaster 正逐渐成为研究毒物对行为、神经及遗传影响的毒理学模型，仅举几例而言。更重要的是，Drosophila 属的物种可被用作一个模型系统，以整合涌现特性，并在 毒理学研究中回答具有生态相关性的问题。本文旨在提供一种实验方案，用于将Drosophila 属物种暴露于污染物中，作为研究多种表型输出和生态相关问题的模型系统。更具体地说，该方案可用于：1）关联多个生物学组织层次，理解毒物对个体和种群适合度的影响；2）检测不同发育阶段暴露下毒物的影响；3）检验污染物的跨代及进化效应；4）同时检测多种污染物和应激因子。

引言

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每年，化学工业都会推出约1000种新化学品1,2；然而，其中仅有极小部分在投放市场前经过了环境影响测试2,3。尽管大规模环境灾难并不常见，但人类和野生动物对多种污染物的亚致死性及慢性暴露却十分普遍4,5。生态毒理学与环境毒理学长期以来的研究重点是测试致死性、单一化学品暴露、急性暴露以及暴露后的生理效应，以此作为衡量污染物对生物体存活影响的手段6,7,8,9,10。尽管目前动物实验正逐步转向更符合伦理且非侵入性的方法，但现有方法仍存在局限性，因为发育过程、涌现特性以及外部因素（如种群水平和生态系统水平的相互作用）在调控生态相关终点效应中发挥着重要作用8。因此，亟需发展能够在不牺牲野生动物和/或脊椎动物的前提下，整合更....

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方案

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以下实验方案用于在毒素可通过口服摄入的情况下，将Drosophila属物种饲养于受污染的培养基上；使用Drosophila模型还可实现其他形式的暴露11,15,16,26。本方案中所述方法此前已被Hirsch et al.19 以及Peterson et al.23,24,25 报道过。

1. 建立库存种群 黑腹果蝇 在研究实验室中

  1. 设置一个环境可控的培养箱（或小型房间）用于饲养 Drosophila 种群，根据测试物种的偏好设定恒定的温度、光暗周期和湿度。
    注意：首选的环境条件将因所选研究物种的原生生态而异。例如，D. melanogaster 原产于撒哈拉以南非洲27，通常在 25 ....

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结果

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通过口服暴露 果蝇 在整个发育过程中暴露于污染物，可通过暴露实验来检验各种毒理学问题 果蝇 在不同生物学组织水平上的结果。本节展示了使用本方案在先前已发表论文中获得的代表性结果23,24特别是，该方案此前已被用于评估铅（Pb）在暴露当代表型个体及其子一代后代中的积累、消除和隔离情况。23；并研究积累效应在配偶选择中的意义24.

表1 和 图4 展示了使用本方案测定Pb在F0 和 F1 两代中积累与消除情况的代表性结果。

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讨论

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黑腹果蝇 由于基因和通路在物种间具有高度保守性，该模型已被确立为研究多种生物过程的有力工具 D. melanogaster 和人类13,14出于与医学科学研究中作为强大模型相同的理由 果蝇 已成为研究人为污染对多种毒理学终点影响的合适模型系统。多家实验室已成功采用 D. melanogaster 作为研究多种化合物（包括重金属）的模型系统11,16,18-25,37,38,39,<.......

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披露

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作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

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本出版物获得了美国教育部资助（波多黎各奖项号：P031C160025-17，项目名称：84.031C），由科罗拉多州立大学普韦布洛分校（CSU-Pueblo）“社区推动主动参与STEM教育计划”（C-BASE）执行。我们感谢《当代动物学》（Current Zoology）和爱思唯尔（Elsevier）授权使用先前发表论文中的代表性结果，同时感谢JoVE编辑部为我们提供发表本实验方案的机会。我们还要感谢C-BASE项目、布莱恩·范登赫厄维尔博士（C-BASE及科罗拉多州立大学普韦布洛分校生物系）、科罗拉多州立大学普韦布洛分校生物系、托马斯·格拉齐亚诺、伯纳德·波西本迪特博士（斯基德莫尔学院生物系）以及克莱尔·瓦里安·拉莫斯博士（科罗拉多州立大学普韦布洛分校生物系）所提供的支持与协助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
Carolina Biological Instant Drosophila 培养基配方 4-24Carolina Biological173204
果蝇小管，窄型（聚苯乙烯），聚苯乙烯，超大量装，每单位 1000 个Genesee Scientific32-116SB用于存放果蝇
窄型塑料小管用 Flugs 密封盖，适用于小管和瓶子Genesee Scientific49-102用于存放果蝇
纸板托盘，仅托盘，窄型Genesee Scientific32-124用于整理果蝇群体
纸板托盘，仅分隔板，窄型Genesee Scientific32-126用于整理果蝇群体
Thermo Scientific Nalgene 方形广口高密度聚乙烯瓶（带盖）Fischer Scientific03-312D适用于污染物的储存
Thermo Scientific Nalgene 彩色编码低密度聚乙烯洗瓶Fischer Scientific03-409-17C适用于污染物的储存
Eppendorf Repeater M4 手持式手动移液器分配器Fischer Scientific14-287-150用于制备培养基
Combitips Advanced 移液器吸头 - 标准型，Eppendorf 品质吸头Fischer Scientific13-683-708用于制备培养基
Flypad，标准尺寸（8.1 × 11.6 cm）Genesee Scientific59-114用于麻醉果蝇
Flystuff 脚踏阀Genesee Scientific59-121用于麻醉果蝇
绿色软管（每单位连续一英尺）Genesee Scientific59-124G用于麻醉果蝇
矿物油，轻质，白色，高纯度级，500 mL 高密度聚乙烯瓶装VWR97064-130用于制作果蝇处理容器（morgue）
玻璃锥形瓶套装 - 三种规格 - 50、150 和 250 mL，Karter Scientific 214U2Walmart不适用用于制作果蝇处理容器（morgue）
BGSET5 玻璃烧杯套装，共 5 个Walmart
近交系或野生型 Drosophila 品系印第安纳大学 Drosophila 资源中心https://bdsc.indiana.edu
野生型 Drosophila 种群加州大学圣地亚哥分校 Drosophila 资源中心https://stockcenter.ucsd.edu/info/welcome.php

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Postel, S. Defusing the Toxics Threat: Controlling Pesticides and Industrial Waste. , Worldwatch Institute. Washington, DC. (1987).
  2. Vitousek, P. M., Mooney, H. A., Lubchenco, J., Melillo, J. M. Human domination of earth's ecosystems. Science. 277, 494-499 (1997).
  3. United Nations Environment Program (UNEP).

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