本方案概述了对秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis)dauer幼虫进行大规模重力趋向性检测的方法。与基于培养皿的检测方法相比,该方案可更有效地检测重力趋向行为。
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本方案概述了对秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis)dauer幼虫进行大规模重力趋向性检测的方法。与基于培养皿的检测方法相比,该方案可更有效地检测重力趋向行为。
重力感知是一个重要但研究相对不足的过程。感知重力使动物能够导航周围环境并促进运动。此外,发生在哺乳动物内耳中的重力感知与听觉密切相关——因此,理解这一过程对听觉和前庭研究具有重要意义。目前已有一些模式生物的向地性检测方法,包括Drosophila。以往曾对单个线虫在溶液中沉降时的定向偏好进行过检测。然而,尚未有可靠且稳健的Caenorhabditis向地性检测方法被报道。本实验方案描述了一种可用于同时检测数百个Caenorhabditis滞育幼虫向地性的实验流程。这种大规模、长距离的检测方法可实现详细的数据采集,揭示在标准平板检测中可能被忽略的表型。通过将滞育幼虫在垂直方向上的运动与水平对照进行比较,以确保其方向性偏倚确实由重力引起。随后可在不同品系或实验条件下比较其向地性偏好。该方法可用于确定线虫向地性所需的分子、细胞及环境因素。
感知地球的引力对许多生物的方向定位、运动、协调和平衡至关重要。然而,与其他感觉相比,引力感知的分子机制和神经环路仍知之甚少。在动物中,引力感知会与其他刺激相互作用,并可能被其他刺激所压制,从而影响行为。视觉线索、本体感受反馈以及前庭信息可以整合,以形成动物相对于周围环境的身体意识1,2。相反,其他刺激的存在可以改变趋重性偏好3,4,5。因此,趋重性行为是研究引力感知以及理解神经系统复杂感觉整合与决策过程的理想模型。
秀丽隐杆线虫 是一种研究向重力性的特别有用模式生物,因其具有多型性的生活史周期。在发育过程中若暴露于热、拥挤或食物缺乏等胁迫因素下, 秀丽隐杆线虫 幼虫发育为耐久型幼虫(dauers),具有极强的抗逆性6。作为滞育幼虫,线虫会表现出特征性行为,例如摇摆(nictation),即线虫 "站立" 在尾部摆动头部,这可能有助于向更适宜的栖息地扩散7. 重力定向性测定 秀丽隐杆线虫 和 C. japonica 表明滞育幼虫具有负向趋地性,且这种行为在滞育幼虫中比在成虫中更易观察到8,9. 测试其他生物的向地性 秀丽隐杆线虫 菌株可能揭示向重性行为的自然变异。
利用向地性实验,已在Euglena、Drosophila、Ciona以及多种其他物种中表征了重力感知的机制3,10,11。与此同时,秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis)的向地性研究最初结果不一。一项关于C. elegans定向偏好的研究发现,线虫在溶液中倾向于头部朝下,提示其具有正向向地性偏好12。然而,尽管早期已发现C. japonica的dauer幼虫具有负向向地性8,但这种行为直到最近才在C. elegans中被描述9。在线虫中建立具有代表性的向地性实验面临若干挑战。Caenorhabditis菌株通常在琼脂平板上培养,因此行为学实验通常将琼脂平板纳入实验设计13,14,15。最早报道的Caenorhabditis向地性实验是将一个琼脂平板垂直竖立,与水平放置的对照平板呈90°角8。然而,在这些条件下,向地性行为并不总是稳定可靠。虽然成年线虫可在溶液中检测其定向偏好12,但这种方向偏好可能依赖于具体情境,当线虫处于爬行而非游动状态时,行为表现可能不同。此外,C. elegans对其他刺激(包括光和电磁场)也十分敏感16,17,这些因素会干扰其对重力的响应9。因此,开发一种能够屏蔽其他环境变量干扰的更新版向地性实验方法,对于解析该感觉过程的机制至关重要。
本实验方案描述了一种用于观察Caenorhabditis趋地性的检测方法。该实验装置部分基于一种用于研究神经肌肉完整性的方法18,19。使用标准方法培养并分离dauer幼虫20,随后将其注入由两个盛有琼脂的5 mL血清移液管制成的腔室中。这些腔室可垂直或水平放置,并置于黑暗的法拉第笼内12–24小时,以屏蔽光照和电磁场。记录每条线虫在腔室中的位置,并与参考品系(如C. elegans N2)的垂直趋性进行比较。
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本研究使用的菌株为C. elegans (N2) 和 C. briggsae (AF16)(见材料表)。每次检测均使用混合性别的滞育幼虫群体。
1. 反应室准备
2. 用琼脂填充小室
3. 分离滞育幼虫
4. 将滞育幼虫加入小室
5. 实验的运行与结果分析
注意:可在可能影响行为的各种条件下测试重力定向性9。
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比较不同物种间的重力趋向性
按照上述实验步骤,可将C. briggsae 休眠幼虫的重力趋向性与C. elegans的重力趋向性及水平对照组进行比较。C. briggsae 休眠幼虫的垂直分布(深红色)偏向于腔室顶部,大量线虫到达+7位置(图2A)。与水平对照组(青色)相比,后者中休眠幼虫在腔室中心周围呈近似钟形曲线分布,这一趋势表明其表现出负向重力趋向行为。这些数据可与在相同实验日期进行的C. elegans重力趋向性实验结果进行比较(图2B)。
采用Kruskal-Wallis检验,随后进行Dunn检验并使用Bonferroni校正进行多重比较,以确定各检测之间的显著性差异9,23。在本实验中,来自两个独立实验日的三个垂直装置中共计...
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与先前方法的比较
与趋化性不同,使用传统的琼脂平板实验设计无法可靠地观察到Caenorhabditis中的趋地性。标准培养皿的直径为150 mm,导致幼虫在任一方向上仅有75 mm的空间来表现趋地性偏好。尽管可以在溶液中检测C. elegans的方向偏好12,但该方法通量较低,因为线虫必须逐个进行分析。此外,悬浮在培养基中的线虫与在表面爬行的线虫,其趋地性偏好和行为可能存在差异。基于这些原因,我们开发了一种高通量、灵敏度更高的检测方法,可用于分析爬行或攀爬线虫的趋地性行为。由于C. elegans对光和电磁场敏感,而这两者均会干扰趋地性偏好9,因此这些实验必须在无光和无电磁刺激的条件下进行。如果使用自制的法拉第笼,建议检测其屏蔽效果并进行必要的加固。
本方案中描述的检测室长度约为 54 cm,置于法拉第笼内以屏蔽光线和电磁场。研究发现,采用"arena"来观察线虫的向地性行...
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作者声明无竞争利益。
本研究得到了美国国立卫生研究院向 JHR 提供的研究资助(#R01 5R01HD081266 和 #R01GM141493)。部分菌株由得到 NIH 研究基础设施项目办公室资助的 CGC(P40 OD010440)提供。我们感谢加州大学圣塔芭芭拉分校的 Pradeep Joshi 对本文编辑工作提供的建议。统计学咨询由加州大学圣塔芭芭拉分校 DATALAB 提供。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1% 十二烷基硫酸钠溶液 | 从去离子水中配制的10% (w/v) SDS 储存液 | ||
| 15 mL 离心管 | Falcon | 14-959-53A | |
| 3 mm 六角扳手 | 其他尺寸相似的金属工具也可使用 | ||
| 4% 琼脂在正常生长培养基(NGM)中 - 1 L | 高压灭菌前:3 g NaCl,40 g 琼脂,2.5 g 蛋白胨,2 g 葡萄糖,10 mL 尿嘧啶(2 mg/mL),500 μL-胆固醇(10 mg/mL),1 mL CaCl₂,962 mL 去离子水;高压灭菌后:24.5 mL 磷酸盐缓冲液,1 mL 1 MgSO₄(1 M),1 mL 链霉素(200 mg/mL) | ||
| 5 mL 血清学移液管 | Fisherbrand | S68228C | 聚苯乙烯,而非硼硅酸盐玻璃 |
| 60% 冷蔗糖溶液 | 60% 蔗糖(w/v)溶于去离子水中;通过过滤(0.45 μm)除菌 μm 滤膜)。置于 4℃ 保存 °C | ||
| AF16 C. briggsae 或其他实验品系 | 可从线虫遗传学中心(CGC)获取 | ||
| 本生灯 | |||
| 保鲜膜 | Fisherbrand | 22-305654 | |
| 临床离心机 | |||
| 一次性剃须刀片 | Fisherbrand | 12-640 | |
| 法拉第笼 | 可使用纸板和铝箔制作;30" L × 6" W × 26" H 或更大 | ||
| 记号笔 | Sharpie 或其他可在塑料上标记的品牌 | ||
| 标签胶带 | 卡罗来纳 | 215620 | |
| M9 缓冲液 | 22 mM KH2PO4,42 mM Na2HPO4,86 mM NaCl | ||
| N2 秀丽隐杆线虫 菌株 | 可从线虫遗传学中心(CGC)获取 | ||
| 含 OP50 的 NGM 平板 | 1.7% (w/v) 琼脂(NGM 中,参见描述:NGM 中 4% 琼脂)。接种 OP50 | ||
| 石蜡膜 | 贝米斯 | 13-374-10 | |
| 塑料砧板 | |||
| 钳子 | |||
| 旋转式垂直混合器 | BTLab 系统 | BT913 | 配备 22 x 15 mL 管架 |
| 血清移液器 | 康宁 | 357469 | |
| 体视显微镜 | Laxco | S2103LS100 | |
| 计数器 | ULINE | H-7350 | |
| 厚NGM/琼脂平板培养基 - 1 L | 参见NGM配方中的4%琼脂;将40 g琼脂替换为20 g琼脂 | ||
| 镊子 |
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