Desarrollo y reproducción del pez cebra

Zebrafish Reproduction and Development

JoVE Science Education
Biology II: Mouse, Zebrafish, and Chick

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JoVE Science Education Biology II: Mouse, Zebrafish, and Chick

Zebrafish Reproduction and Development

4.7: Development and Reproduction of the Laboratory Mouse

4.15: Zebrafish Microinjection Techniques

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08:07 min

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April 30, 2023

Overview

El pez cebra (Danio rerio) se ha convertido en un popular modelo para estudiar genética y Biología del desarrollo. La transparencia de estos animales en las primeras etapas del desarrollo permite la visualización directa de la morfogénesis de tejidos a nivel celular. Además, el pez cebra son susceptibles a la manipulación genética, permitiendo a los investigadores a determinar el efecto de la expresión génica en el desarrollo de un vertebrado con un alto grado de similitud genética con los seres humanos.

Este video ofrece una breve descripción de las fases principales del desarrollo del pez cebra, con especial énfasis en la primeras 24 horas post fecundación (hpf). La discusión comienza con un cigoto que consta de una sola célula o blastómero, encima de una bola grande de yema de huevo. Escote de la blastómera se muestra a continuación para producir un embrión que contiene miles de células en cuestión de horas. Luego, los dramáticos movimientos celulares conocidos como epiboly y gastrulación se explican, revelando Cómo contribuyen a la remodelación de una masa de células en un embrión de movimiento con un corazón que late en sólo 1 día. La presentación sigue el desarrollo del embrión a través de la fase de eclosión, cuando se convierten en natación, alimentación de larvas. Consideraciones importantes para el cuidado de las larvas se incorporan, incluyendo una breve revisión de cómo se crían peces a la edad adulta en una instalación dedicada, conocida como el vivero. Por último, el vídeo concluye con algunas técnicas comunes utilizadas para el estudio de desarrollo embrionario, demostrando cómo el pez cebra se utilizan para ayudarnos a entender mejor la enfermedad y el desarrollo humano.

Procedure

Embriones de pez cebra tienen muchas características que los hacen un modelo favorito entre los biólogos del desarrollo. Su rápido, externo desarrollo y transparencia hace que únicamente adecuados para visualización. Además, los embriones son susceptibles de manipulación física y genética, permitiendo a los investigadores aparte burlan las señales de control de procesos de desarrollo. Este video va sobre el ciclo de vida del pez cebra, primeras etapas del desarrollo embrionario, cría de peces a la edad adulta y destacar algunas técnicas que se aprovechan de desarrollar embriones de pez cebra.

En primer lugar, vamos a ir sobre los pasos básicos en el desarrollo del pez cebra.

El ciclo de vida del pez cebra se divide en cuatro períodos principales: embrión, larva, juvenil y adulto. El ciclo de vida completo del huevo fertilizado al adulto es una rápida 90 días.

Desarrollo temprano se produce a un ritmo rápido pero predecible cuando los embriones se elevan a 28 ° C. Como resultado, etapas pueden definirse como el número de horas o días post fertilización (comúnmente abreviada como hpf o PD). Sin embargo, si la temperatura de incubación es aumentada o disminuida, etapas pueden ser más exactamente identificadas por características morfológicas. Por este método, las primeras 24 horas se dividen en cinco fases: cigoto, escote, blástula, gástrula y segmentación. La fase de pharyngula abarca las siguientes 24 horas hasta que los embriones eclosionan en larvas.

Ahora que usted está familiarizado con las grandes etapas del desarrollo del pez cebra, vamos las primeras 24 horas en más detalle.

El ciclo de vida del pez cebra comienza con un óvulo fecundado. Este cigoto tiene algunas estructuras importantes, incluyendo la membrana protectora que rodea el embrión llamado corión y la yema que aporta nutrientes para el desarrollo embrionario hasta que el pez puede alimentarse. Poco después de la fertilización, el citoplasma se mueve hacia un polo del huevo inflado de una sola célula llamada el blastodisc.

Durante el período de la hendidura, el blastodisc se divide para formar los blastómeros, que siguen a las divisiones de célula rápidas y sincronizadas con el no crecimiento de la célula.

Estas divisiones rápidas son posibles porque el RNA depositado en el huevo por la madre se utiliza para hacer las proteínas funcionamiento dentro de los blastómeros, eliminando la necesidad de síntesis de ARN. Durante el periodo de la blástula, el embrión comienza a hacer su propio ARN, alargando así el ciclo celular. Este período también incluye el principio de un movimiento dramático de células sobre la superficie de la yema, conocida como epiboly.

Cuando las células han avanzado para cubrir aproximadamente la mitad de la yema del período de la gástrula se inicia. Este período se nombra para un tipo diferente de movimiento, conocida como gastrulación, en la cual células migran bajo el frente de la célula avance. El resultado es tres capas distintas de células, llamadas las capas germinales, incluyendo el endodermo, mesodermo y ectodermo. Las células en cada una de estas tres capas tienen destinos muy diferentes: el ectodermo da origen a epidermis y sistema nervioso, el endodermo forma el intestino y el mesodermo genera músculo, hueso y vasculatura.

Por 12 hpf, el mesodermo comienza a dividirse en a somitas, que son segmentos de tejido a lo largo del tronco que más tarde se convertirá en músculo. Aunque el número de somitas define las etapas individuales en este período de segmentación, hay mucho más que eso va en durante sus 10 horas de duración. Por sólo 24 horas post fertilización los embriones son activos y tienen incluso un corazón que late!

Ha recorrido un largo camino en un día, pero el trabajo del embrión aún no está hecho! Los embriones continúan desarrollándose dentro de sus chorions hasta que eclosionan en larvas en aproximadamente 3 días post fecundación. Mientras rápidamente agotando los almacenes de la energía de la yema de huevo, las larvas pronto desarrollan estructuras especializadas para la natación, como la vejiga natatoria: un órgano lleno de gas que controla la flotabilidad. Después de 7 dpf, peces jóvenes o “fry”, son completamente móviles y buscar comida!

¿Listo para adoptar un pez? Usted necesita un vivero para levantar sus crías hasta la edad adulta. No, no es así. Las larvas se colocan en tanques con poco o ningún intercambio de agua para empezar, y aumentar el flujo de agua como los peces mejoran su habilidad para cazar y nadar. Las larvas se alimentan generalmente una combinación de alimento seco rehidratado y microorganismos como el paramecio, a maximizar las tasas de crecimiento. Después de 2-3 meses en el vivero, los peces alcanzan la edad adulta, completando el ciclo de vida.

Ahora que hemos visto algunas de las principales etapas de desarrollo del pez cebra, echemos un vistazo a algunas técnicas utilizadas para el estudio de estos pasos.

El pequeño tamaño y transparencia de los embriones de pez cebra los hace susceptibles de RNA hibridación in situ. Esta técnica utiliza una molécula de ARN marcada complementaria a un ARNm de interés, para visualizar la expresión de genes a lo largo de todo el organismo. Cambios en la expresión génica en el tiempo y en determinados órganos se observan fácilmente y proporcionan información a los procesos de desarrollo.

Además, el desarrollo externo de los embriones de pez cebra les hace susceptibles de trasplante de la célula. Células de embriones tempranos fluorescencia marcadas pueden ser trasplantadas en embriones de host sin etiqueta y realiza un seguimiento en el tiempo. Este método permite a los investigadores a examinar cómo las interacciones de la célula contribuyen a la función del órgano, así como visualizar fácilmente movimientos celulares in vivo.

Finalmente, porque los embriones de pez cebra son fácilmente genéticamente manipulados por microinyección, los investigadores pueden examinar el papel de genes específicos durante el desarrollo a partir de la etapa de una célula. Por ejemplo, para estudiar el efecto de la pérdida de la función de un gen, pez cebra puede ser inyectado con morfolinos, que son oligonucleótidos antisentido diseñados para bloquear la expresión de la proteína. Detección de peces inyectados para fenotipos del desarrollo, tales como cambios en el conjunto de vasos sanguíneos, proporciona la penetración en el control genético de complejos procesos de desarrollo.

Sólo has visto video de Zeus sobre el desarrollo del pez cebra. Este video describe el ciclo de vida del pez cebra, había cubierto las etapas de desarrollo temprano del pez cebra y puso de relieve la potencia del pez cebra como herramienta en Biología del desarrollo. ¡Gracias por ver!

Transcript

Zebrafish embryos have many characteristics that make them a favorite model among developmental biologists. Their rapid, external development and transparency make them uniquely suited to visualization. Additionally, embryos are amenable to both physical and genetic manipulations, allowing researchers to tease apart the signals controlling developmental processes. This video will go over the zebrafish life cycle, early stages of embryo development, raising fish to adulthood, and highlight some techniques that take advantage of developing zebrafish embryos.

First, let’s go over the basic steps in zebrafish development.

The zebrafish lifecycle is divided into four major periods: Embryo, larva, juvenile, and adult. The full life cycle from fertilized egg to adult is a quick 90 days.

Early development occurs at a rapid, but predictable rate when the embryos are raised at 28 °C. As a result, stages can be defined as the number of hours or days post fertilization (more commonly abbreviated as hpf or dpf). However, if the incubation temperature is increased or decreased, stages can be more accurately identified by morphological features. By this method, the first 24 hours are divided into five phases: Zygote, cleavage, blastula, gastrula, and segmentation. The pharyngula phase encompasses the next 24 hours until the embryos hatch into larvae.

Now that you’re familiar with the major stages of zebrafish development, let’s go over the first 24 hours in more detail.

The zebrafish life cycle begins with a fertilized egg. This zygote has a few important structures, including the protective membrane surrounding the embryo called the chorion and the yolk that provides nutrients for embryonic development until the fish can feed itself. Shortly after fertilization, cytoplasm moves toward one pole of the egg inflating a single cell called the blastodisc.

During the cleavage period, the blastodisc divides to form the blastomeres, which continue to undergo rapid, synchronized cell divisions with no cell growth.

These rapid divisions are possible because RNA deposited in the egg by the mother is used to make the proteins functioning within the blastomeres, eliminating the need for RNA synthesis. During the blastula period, the embryo begins to make its own RNA, thus lengthening the cell cycle. This period also includes the beginning of a dramatic movement of cells over the surface of the yolk, known as epiboly.

When the cells have advanced to cover about half of the yolk the gastrula period begins. This period is named for a different kind of movement, known as gastrulation, in which cells migrate under the advancing cell front. The result is three distinct layers of cells called the germ layers, including the endoderm, mesoderm, and ectoderm. Cells in each of these three layers have very different fates: The ectoderm gives rise to epidermis and nervous system, the endoderm forms the gut, and the mesoderm generates muscle, bone, and vasculature.

By 12 hpf, the mesoderm begins to divide into somites, which are tissue segments along the trunk that will later become muscle. Although the number of somites defines the individual stages in this segmentation period, there’s a lot more than that going on during it’s 10 hour duration. By just 24 hours post fertilization, the embryos are active and even have a beating heart!

It’s come a long way in just one day, but the embryo’s work is not yet done! The embryos continue to develop within their chorions until they hatch into larvae at about 3 days post fertilization. While rapidly depleting the energy stores of the yolk, the larvae soon develop specialized structures for swimming, like the swim bladder: A gas-filled organ that controls buoyancy. After 7 dpf, the young fish, or “fry”, are fully mobile and looking for food!

Ready to adopt a fish? You’ll need a nursery to raise your fry to adulthood. No, not quite like that. Larvae are placed into tanks with little to no water exchange to start, and increasing water flow as the fish improve their ability to hunt and swim. Larvae are usually fed a combination of rehydrated dry food and microorganisms, such as paramecia, to maximize growth rates. After 2-3 months in the nursery, the fish reach adulthood, completing the lifecycle.

Now that we’ve seen some of the major stages of zebrafish development, let’s look at some techniques used to study these steps.

The small size and transparency of zebrafish embryos makes them amenable to RNA in situ hybridization. This technique uses a labeled RNA molecule complementary to an mRNA of interest, to visualize gene expression throughout the entire organism. Changes in gene expression over time and in specific organs are easily observed and provide insight to developmental processes.

Additionally, the external development of zebrafish embryos makes them amenable to cell transplantation. Cells from fluorescently labeled early embryos can be transplanted into unlabeled host embryos, and tracked over time. This method allows researchers to examine how cell interactions contribute to organ function as well as to easily visualize cell movements in vivo.

Finally, because zebrafish embryos are easily genetically manipulated by microinjection, researchers can examine the role of specific genes during development starting from the one-cell stage. For example, to study the effect of loss of function of a gene, zebrafish can be injected with morpholinos, which are antisense oligonucleotides designed to block protein expression. Screening injected fish for developmental phenotypes, such as changes in the assembly of blood vessels, provides insight into the genetic control of complex developmental processes.

You’ve just watched JoVE’s video on zebrafish development. This video outlined the zebrafish lifecycle, covered the stages of early zebrafish development, and highlighted the power of the zebrafish as a tool in developmental biology. Thanks for watching!

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