Produktion von haploiden Gameten (n) ist Schlüssel zum Generieren einer diploiden (2n) Zygote bei Befruchtung. Diese Reduzierung des Genoms ist während der Meiose mit zwei aufeinander folgenden Zellteilungen nach einer einzigen Genom Duplizierung erreicht. Haploid generieren Gameten, C. Elegans, wie bei den meisten anderen Metazoen trennen mütterlich und väterlich abgeleitet homologe in der first Division, während Schwester-Chromatiden aus jeder Homolog zu, in der zweiten Liga trennen. Eine Art und Weise das gesamte Genom Polyploidie entsteht in der Natur ist durch die Generierung von Gameten, die nicht auf die Hälfte ihrer Genomgröße während der Meiose.
Es ist bekannt seit über 50 Jahren die tetraploiden Nematoden C. Elegans sind lebensfähig und fruchtbar. Nigon23und späteren Madl und Herman22, generiert und eine Handvoll von C. Elegans tetraploiden durch meiotische Chromosomen Segregation stören identifiziert mit Hitzeschock Behandlungen und mit genetischen Markern, beziehungsweise. Eine einzige zusätzliche C. Briggsae tetraploide Sorte abgeleitet wurde, unter Verwendung dieses Protokolls über 30 Jahre später24. Diese tetraploiden wurden genutzt, um zu untersuchen, wie C. Elegans zu bestimmen, ob männlich oder zwittrig, wie Diploidie Wachstum und Größe reguliert zu werden und zu analysieren, Paarung und Synapsis Meiose25,26, 38 , 39 , 40. doch diese und andere Studien erfordern den Einsatz von spezifischen tetraploiden oder triploid Stämme durch die Schwierigkeiten bei der Generierung von tetraploiden Sorten durch diese Methode begrenzt waren.
Das hier beschriebene Protokoll ermöglicht die Erzeugung von stabilen voll 4A, 4 X und teilweise 4A, 3 X tetraploiden Caenorhabditis Nematoden Stämme aus einem initial diploiden genetischen Hintergrund oder ohne den Einsatz von genetischen Markern Chromosomen.
Tetraploidy ergeben sich durch mehr als ein Mechanismus in C. Elegans:
Madl und Herman vorgeschlagen, dass die tetraploiden Sorten, die sie wahrscheinlich generiert eine triploide Zwischenzustand abgeleitet. Ihre Stämme wurden durch Auswahl über mehrere Generationen hinweg oder über die vermeintliche Triploidie Mittelstufe mit diploiden Männchen22erhalten. Die Mängel im Chromosom Partitionierung in Rec-8 Mutanten, dass Anlass zu diploiden Eizellen und Spermien vorschlagen, ein weiterer möglichen Mechanismus durch den tetraploide Tiere mit dem Rec-8 RNAi Regelung27entstehen können.
Rec-8 RNAi behandelt Hermaphroditen könnte produzieren diploiden Oozyten und Spermatozyten, die tetraploide Tiere nach Befruchtung hervorrufen würde. Mit dieser Möglichkeit ist die Tatsache, dass einige der geklonten F2 Hermaphroditen führte zu stabile Lon-Stämme in der nächsten Generation, was darauf, dass hindeutet die geklonten Lon F2 Hermaphrodites wo bereits tetraploiden. An der Kreuzung-Regelung ist die erste Generation der Rec-8 RNAi behandelt Hermaphroditen mit unbehandelten Männchen gekreuzt. Diploide Spermatozyten könnte noch bei Männern entstehen, weil das Kreuz erfolgt in Anwesenheit von Bakterien, die mit dem Ausdruck Rec-8 DsRNA und somit Männchen Rec-8 RNAi während der Paarung für mindestens 3 Tage ausgesetzt sind. Daher könnte die Lon-Polyploids in der Umsetzungsprozesses Regelung auch von der Befruchtung der diploiden Oozyten durch diploide Spermien gebildet haben. Stabile tetraploide Sorten entstehen aus beiden Befruchtung zwischen diploiden Gameten oder kreuzende triploide Tiere mit Eizellen von Variablen Diploidie mit diploiden Tieren haploide Spermien produzieren.
Wichtige Überlegungen:
Selbst-im Vergleich zu gegenseitigen Befruchtung Regelungen:
Das Schema der Düngung selbst Rec-8 RNAi behandelt F1 Hermaphroditen und das Schema mit Überquerung des behandelten Hermaphroditen mit beiden unbehandelten Männern führte zu 4A, 4 X und 4A, 3 X tetraploiden Sorten. Obwohl mehrere Polyploids von selbst befruchtende Regelung zunächst isoliert waren, mehr dieser polyploider Tiere waren steril und somit beide Regelungen sind ebenso effizient bei der Herstellung von tetraploiden stabile Stämme. Der Grund für den erhöhten Erfolg und Sterilität in der selbst befruchtende Regelung bleibt unbekannt. Obwohl beide Systeme ebenso effizient sind, ist das selbst befruchtende Schema einfacher, da sie nicht die Isolierung der Männchen für die Paarung erfordert. Darüber hinaus wird die Belastung von Interesse ineffizient oder defekt bei Paarung, wäre selbst befruchtende Regelung vorzuziehen. Die Umsetzungsprozesses Schema kann verwendet werden, zur Erzeugung von komplexen tetraploiden mit mehr als zwei Versionen eines einzigen Chromosoms.
Änderungen und Einschränkungen:
Derzeit beinhaltet dieses Protokolls Rec-8 RNAi-Behandlung durch die Fütterung der Bakterien mit dem Ausdruck DsRNA für das Rec-8 gen. So, dieses Protokoll in Caenorhabditis Arten unempfänglich für RNAi durch die Fütterung oder in Mutanten defekt bei Umwelt- oder systemische Ausbreitung der RNAi zwischen Geweben41,42,43funktioniert nicht. Möglicherweise könnte dieses Problem gelöst werden, durch die Einführung von RNAi Behandlung durch direkte Injektion von DsRNA Sehenswürdigkeiten direkt in die Keimbahn.
Triploide Tiere müssen generiert werden, durch die Kreuzung einer tetraploiden zu einem diploiden Tier, von der es abgeleitet wurde, weil diese Regelung keine stabile triploid Stämme44,45erzeugt wird. Nur 15 % der Eizellen zeugte von triploide Hatch, und ihre Nachkommen sind meist sterile Nachkommen durch Aneuploidie. Darüber hinaus neigen die wenigen Überlebenden fruchtbare Nachkommen, vollständig oder in der Nähe von diploiden innerhalb von ein paar Generationen sein. Dies ist wahrscheinlich, zumindest teilweise, weil die Eizellen sind teilweise Korrektur Trisomie durch Trennung von dem dritten Chromosom in der Polkörper in die erste meiotische Teilung.
Eine unüberwindliche Einschränkung dieses Protokolls ist, dass es nicht, zur Herstellung von tetraploiden von Mutanten, die Komponenten der RNAi-Maschinerie zu beeinflussen funktioniert, weil sie resistent gegen RNAi Behandlung46sind.
Fehlerbehebung:
REC-8 RNAi:
Ein paar Überlegungen sind ausschlaggebend für dieses Protokoll um erfolgreich zu sein. Die erste ist mit frischen IPTG und frisch zubereiteten IPTG NMG Platten für die Induktion von Rec-8 DsRNA Produktion in den Bakterien HT115 Bakterien tragen die Rec-8 (W02A2.6)-Klon. IPTG ist lichtempfindlich und es ist wichtig, Belichtung, Platten zu reduzieren. IPTG Platten können bis zu 1 Monat bei 4 ° C im Dunkeln gelagert werden. Zweitens ergab die Rec-8 (W02A2.6) RNAi HT115 Bakterienstämme aus der Ahringer Bibliothek (Kamath und Ahringer 2003) eine stärkere Rec-8 Phänotyp als andere verfügbare Rec-8 HT115 Klone.
Tetraploide Sorte Wartung:
Tetraploide Sorten wachsen sehr langsam und höchstens 50 Stammarten pro Generation47zu produzieren. Alle identifizierten tetraploide Sorten sind relativ stabil, aber sie können brechen und diploid bei (Jonathan Hodgkin persönliche Kommunikation und unsere unveröffentlichten Beobachtungen) betont. Daher ist es wichtig zu beachten, dass bei tetraploide Sorten, bei 25 ° C Hitze schockiert angebaut werden, verhungert, oder eingefroren und aufgetaut, sie schnell auf Diploidie, zurücksetzen können so ist es wichtig, weiterhin die Lon-Tiere zu holen, wenn diese Stämme Auftauen oder wenn Freilegung dieser Stämme zu stressigen Bedingungen, die sie wiederherstellen verursachen kann.
Mögliche Anwendungen:
Untersuchung des Effekts oder die Rolle des gesamten Genoms Polyploidization in Evolution, Zellzyklus, Genexpression und Entwicklung in mehrzelligen Organismen hat sich auf Vergleiche zwischen gestützt: Zellen in einem Organismus, die verschiedenen Diploidie, dieselbe Zelle enthalten Typen in die eng Arten mit verschiedenen Diploidie oder Arten, die Polyploidization aus evolutionärer Ereignisse und physische Isolierung3,5,6,7,8 unterzogen haben ,11,18,19,20,48,49,50. Obwohl tetraploiden von Zebrafisch und Maus-Modellsystemen abgeleitet werden können, sind ihre Nachkommen steril oder anders tödliche16,17. Darüber hinaus diese Modellsystemen haben lange Lebensdauer im Vergleich zu C. Elegans und die verfügbaren Methoden zum generieren polyploider Tiere sind komplex und ineffiziente. C. Elegans Stämme durch diese Methode abgeleitet werden daher maßgeblich für die Förderung einer Untersuchung über die Auswirkungen und die Rollen des gesamten Genoms Polyploidie in mehrzelligen Organismen.
Da eine Triploidie aus einer tetraploiden abgeleitet werden kann, durch die Kreuzung der tetraploide, die ursprünglichen diploiden, bietet einen Vergleich zwischen diploiden, triploide und tetraploiden, die unterscheiden sich nur in der Anzahl der Kopien des Genoms, eine einzigartige und beispiellose Gelegenheit bewerten Sie gleichwertige Tiere/Organe/Zellen mit unterschiedlichen Genomgröße (oder gen-Dosis). Die Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit des hier beschriebenen Systems hat uns erlaubt, Dutzende von tetraploiden Sorten aus verschiedene genetische Hintergründe diploiden oder Karyotyp zu generieren. Einige dieser Stämme wurden bereits auf Abfrage Mechanismen der Paarung der Homologen Chromosomen und Synapsis während der Meiose27verwendet.
Wildtyp und Mutanten tetraploide Sorten tragen fluoreszierenden Marker bieten neue Wege des Untersuchungsausschusses zu verstehen, Beziehungen zwischen Genom Verhältnis von Größe und nukleare/Zytosol auf intrazelluläre/Mobilfunk/Orgel und ganze Tier Skalierung, gesamte Genom Polyploidization auf Anpassung, Artbildung, gen-Dosis und Ausdruck und Gewebe und Organ-Entwicklung. Neben dem Studium der biologischen Skalierung wird die Generation der tetraploiden Sorten deutlich weitere Abfragen der grundlegende biologische Fragestellungen extrazelluläre Signal, Genom Instabilität, Endoreduplikation, gesamte Genom Vervielfältigung, gen Dosierung, Anpassung an stress, Entwicklung von Resistenzen gegen Medikamente und Mechanismus Artbildung.