מוצג כאן פרוטוקול להעברת ננו-חלקיקים chitosan/dsRNA בזחלי בומביקס מורי תולעי משי כדי לגרום להשתקת גנים באמצעות בליעה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מוצג כאן פרוטוקול להעברת ננו-חלקיקים chitosan/dsRNA בזחלי בומביקס מורי תולעי משי כדי לגרום להשתקת גנים באמצעות בליעה.
תולעת המשי, Bombyx mori, היא חרק כלכלי חשוב עם אלפי שנות היסטוריה בסין. בינתיים, תולעת המשי היא חרק מודל של Lepidoptera עם הצטברות טובה של מחקר בסיסי. זהו גם החרק הראשון בלפידופטרה, שהגנום המלא שלו רוצף והורכב, מה שמספק בסיס מוצק למחקר תפקודי גנים. אף על פי שהתערבות RNA (RNAi) נמצאת בשימוש נרחב במחקר פונקציונלי של גנים הפוכים, היא עמידה בתולעי משי ובמינים אחרים של לפידופטרנים. מחקר מוצלח קודם הקשור ל-RNAi להעברת RNA דו-גדילי (dsRNA) בוצע באמצעות הזרקה בלבד. אספקת dsRNA באמצעות הזנה לעולם אינה מדווחת. במאמר זה, אנו מתארים הליכים שלב אחר שלב להכנת חלקיקי chitosan/dsRNA, אשר מוזנים לזחלי תולעי המשי על ידי בליעה. הפרוטוקול כולל (i) בחירת השלב הנכון של זחלי תולעי משי, (ii) סינתזה של dsRNA, (iii) הכנת ננו-חלקיקי chitosan/dsRNA, ו-(iv) הזנת זחלי תולעי המשי בננו-חלקיקים chitosan/dsRNA. מוצגות תוצאות מייצגות, כולל אישור שעתוק גנים ותצפית פנוטיפית. הזנת dsRNA היא טכניקה פשוטה עבור RNAi בזחלי תולעי משי. מכיוון שזחלי תולעי משי קלים לגידול וגדולים מספיק לתפעול, הוא מספק מודל טוב להדגמת RNAi זחל בחרקים. בנוסף, הפשטות של טכניקה זו מעוררת מעורבות רבה יותר של התלמידים במחקר, מה שהופך את זחלי תולעי המשי למערכת גנטית אידיאלית לשימוש במסגרת כיתתית.
תולעת המשי, Bombyx mori, היא חרק מבוית לפני יותר מ -5000 שנה בסין. בשל יכולתה לייצר משי, תולעת המשי היא חרק כלכלי חשוב בחקלאות ובחקלאות הסינית. תולעת המשי שנייה רק לזבוב הפירות כחרק המודל. כחרק מודל בלפידופטרה, תולעת המשי קלה לגידול, עם גודל גוף גדול והרבה מוטנטים. בינתיים, תולעת המשי היא החרק הלפידופטרני הראשון שהגנום המלא שלו מרוצף1. מאגרי מידע רבים המספקים מידע עבור גנום2, שעתוק3, תג רצף מבוטא (EST)4,RNA 5 שאינו מקודד ומיקרו-לוויין6 זמינים גם הם לציבור. העובדות הנ"ל הופכות את תולעת המשי למודל מושלם למחקר גנטי.
RNA interference (RNAi) הוא תהליך תאי שבו מולקולות RNA דו-גדילי (dsRNA) נקשרות ופורסות את הרנ"א השליח המשלים (mRNA), ובכך משיגות את אפקט ההשתקה של גן המטרה. מנגנון זה קיים באופן טבעי בחיידקים כדי להגן מפני פלישת וירוסים7. מאוחר יותר נמצא כי RNAi נשמר בבעלי חיים, צמחים ומיקרובים. בשל אפקט ההשתקה הספציפי לרצף החזק שלו, RNAi משמש במחקר בסיסי כדי לתפעל ביטוי גנים ולחקור תפקוד גנים. RNAi מושג באמצעות העברת dsRNA לתוך תאים.
בחרקים, ישנן שלוש דרכים נפוצות להעביר dsRNA, שהן מיקרו-הזרקה, האכלה והשריה8. כרגע, דיווחי RNAi מוצלחים בתולעי המשי באמצעות משלוח dsRNA עירום מתבצעים על ידי הזרקת dsRNA9. היתרונות של מיקרו-הזרקה הם העברה מיידית של dsRNA לתוך ההמולימפה ובקרת כמות dsRNA מדויקת. עם זאת, קיימים גם חסרונות מסוימים של מיקרו-הזרקה. לדוגמה, זה זמן רב, וזה דורש מכשירים עדינים. חשוב גם לייעל את מחטי ההזרקה, נפח ההזרקה וכמות ה-dsRNA. לכן, יש צורך בדרך חלופית להעביר dsRNA לתולעי משי. מכיוון שהשלד החיצוני של חרק הוא מחסום אטום למים העשוי מכיטין, כמעט ולא מדווחים על השריית זחלי חרקים להשגת RNAi, וזו אינה אפשרות טובה עבור RNAi בחרקים. הזנת dsRNA חוסכת עבודה, חסכונית וקלה לביצוע10. שיטה זו ישימה גם לבדיקת גנים בתפוקה גבוהה11. עם זאת, נמצא כי נוקלאז לא ספציפי של DNA/RNA, כלומר BmdsRNase, נמצא במיץ אמצע המעי ואמצע המעיים של זחלי תולעי המשי12. נוקלאז זה מוצג לעיכול dsRNA, רצוי13. לכן, הזנת dsRNA עירום לתולעת המשי כדי להשתיק את ביטוי הגן נראית קשה.
לאחרונה, dsRNA מוגן ננו-חלקיקים הוכח כחלופה טובה להגברת יעילות ה-RNAi על ידי הזנת14. צ'יטוזן הוא פולימר זול, לא רעיל ומתכלה, שניתן להכין על ידי דה-אצטילציה של כיטין, ביופולימר טבעי והשני בשכיחותו אחרי תאית15. מכיוון שקבוצת האמינו בצ'יטוזן טעונה חיובית וקבוצת הפוספט בעמוד השדרה של ה-dsRNA טעונה שלילית, ננו-חלקיקי הכיטוסן/dsRNA יכולים להיווצר על ידי הרכבה עצמית של פוליקטונים16. ננו-חלקיקי Chitosan/dsRNA יעילים בהשגת RNAi באמצעות הזנת זחלים ביתושים Aedes aegypti ו-Anopheles gambiae17, תולעת כותנה מנומרת Earias vittella18 וקרדית עכביש קרמין Tetranychus cinnabarinus19.
על מנת לפתח מתודולוגיה להעברת dsRNA על ידי הזנה בתולעי משי כדי להשיג יעילות RNAi מוצלחת, דוח זה מתמקד בתיאור הליכים שלב אחר שלב כיצד להכין את חלקיקי הצ'יטוזן/dsRNA ולהזין את הננו-חלקיקים לזחלי תולעי המשי. מתודולוגיה זו זולה יחסית, חוסכת עבודה וקלה לביצוע, וניתן להתאים אותה למחקרי השתקת גנים בחרקים אחרים. אנו שואפים לספק פרוטוקול קל יותר עבור שיטת העברת dsRNA Lepidopteran עם יעילות RNAi גבוהה יותר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. מיני תולעי משי וגידול
2. בחירת זחלי תולעי משי
3. סינתזה של dsRNA
4. הכנת ננו-חלקיקי chitosan/dsRNA
5. הזנת זחלי תולעי המשי בננו-חלקיקים chitosan/dsRNA
6. אישור השתקת גנים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כדי להעריך את יעילות ה-RNAi, נבחר לניתוח גן חיסוני המכוון ל-BmToll9-2 . הגן BmToll9-2 מאופיין היטב במעבדה, והשתקת גנים על ידי הזרקת dsRNA גורמת לזחלים קלים וקטנים יותר בפרסום האחרון שלנו20. כדי לאשר את יעילות ה-RNAi על ידי בליעה באמצעות ננו-חלקיקי chitosan/dsRNA, ננו-חלקיקי צ'יטוזן שימשו כבקרה, ו-dsRNA עירום הושווה באותו הזמן.
בהשוואה לקבוצת הביקורת, ננו-חלקיקי צ'יטוזן ללא dsRNA, dsRNA עירום המכוון לגן BmToll9-2 אינו מראה אפקט השתקה. הזנה של נ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שלב נכון חשוב לתצפית פנוטיפ RNAi, בהתאם לגנים הממוקדים. התוצאות הראשוניות שלנו הראו כי Toll9-2 מעורב בגידול של תולעת המשי. גודלם ומשקלם של זחלי תולעי המשי גדלים במהירות בכוכבהחמישי 21. לכן, זחלי הכוכבה-5 נבחרים כשלב לניסוי הזנת ננו-חלקיקי chitosan/dsRNA. ניתן גם לבחור את זחלי הכוכבה-3 אוה-4 לניסויי האכלה ולצפות בהבדלים ההתפתחותיים בכוכבה-5 . עם זאת, ניסויי הזנת ננו-חלקיקים דורשים הזנה רציפה מדי יום
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
מחקר זה מומן על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (31501898), תוכנית המדע והטכנולוגיה של גואנגזו (202102010465), פרויקט איכות ההוראה והרפורמה בהוראה בהשכלה הגבוהה בגואנגזו (2022JXGG057), ופרויקט המחקר של ועדת ההיגוי של הקורס המקוון הפתוח של אוניברסיטאות מחוז גואנגדונג (2022ZXKC381).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינור צנטריפוגה 1.5 מ"ל | F601620 סנגון | לתגובת dsRNA או ננו-חלקיקים | |
| 10 μ l פיפטה | אפנדורף | P13473G | לשאוב או להשעות נוזל |
| 100 μ l פיפטה | אפנדורף | Q12115G | לשאוב או להשעות נוזל |
| 2.5 μ l פיפטה | אפנדורף | P20777G | לשאוב או להשעות נוזל |
| 20 μ l פיפטה | Eppendorf | H19229E | לשאוב או להשעות נוזל |
| 200 μ l פיפטה | אפנדורף | H20588E | לשאיבה או השעיה מחדש של נוזל |
| 6 בארות שקופות TC שטופלו צלחות מרובות | Costar | 3516 | לגידול תולעי משי בנפרד |
| חומצה אצטית | אלאדין | A116165 | להכנת TAE |
| Agarose M | BBI Life Sciences | A610013 | לאלקטרופוזיס ג'ל אגרוז |
| איזון אנליטי | Sartorius | BSA224S | למשקל מרכיבים |
| צנטריפוגה | Sartorius | Centrisart A-14C | לצנטריפוגה ליצירת dsRNA או ננו-חלקיקים |
| Chitosan | Sigma-Aldrich | C3646 | לשילוב עם dsRNA להכנת ננו-חלקיקים |
| EDTA | Sangon | A500895 | להכנת TAE |
| אתנול | אלאדין | E130059 | לייצור TAE, או למשקעי dsRNA |
| מקפיא | סימנס | iQ300 | לאחסון dsRNA או ננו-חלקיקים |
| GoTaq Green Master Mix | Promega | M712 | לתגובת PCR |
| GoTaq qPCR Master Mix | Promega | A6002 | לתגובת qRT-PCR |
| איזופרופנול | I112011 אלאדין | למשקעי dsRNA | |
| NanoDrop מיקרונפח UV-Vis ספקטרופוטומטר | ThermoFisher | One | לקביעת ריכוז מד ה-pH dsRNA |
| Sartorius | PB-10 | להכנת מאגרים | |
| SanPrep טור PCR ערכת טיהור מוצר | סנגון | B518141 | לטיהור מוצר PCR |
| נתרן אצטט | Sigma-Aldrich | S2889 | להכנת 100 מ"מ מאגר נתרן אצטט |
| נתרן סולפט | סיגמא-אולדריץ' | 239313 | לייצר 100 מ"מ נתרן גופרתי מאגר |
| T7 RiboMAX Express RNAi System | Promega | P1700 | לסינתזת dsRNA |
| ThermoMixer | Eppendorf | C | לייצור dsRNA או חימום ננו-חלקיקים |
| Tris | Sangon | A501492 | לייצור TAE |
| Vortex | IKA | Vortex 3 | להכנת ננו-חלקיקי צ'יטוזן/dsRNA |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.