מבחן פרוטופריתציה מכמת תגובות פוטופרידמיות ב-Neurospora crassa על ידי מדידת היווצרות פרוטופריתציה במחזורי אור–חושך מוגדרים. שיטה מבוססת לוחות זו מספקת גישה פשוטה וניתנת להרחבה להשוואת תגובות התפתחותיות התלויות באור-מחזור בין תנאים ניסיוניים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מבחן פרוטופריתציה מכמת תגובות פוטופרידמיות ב-Neurospora crassa על ידי מדידת היווצרות פרוטופריתציה במחזורי אור–חושך מוגדרים. שיטה מבוססת לוחות זו מספקת גישה פשוטה וניתנת להרחבה להשוואת תגובות התפתחותיות התלויות באור-מחזור בין תנאים ניסיוניים.
Neurospora crassa היא אורגניזם מודל מבוסס היטב לחקר תזמון ביולוגי והתפתחות מבוקרת על ידי אור. מבחן פרוטופריתציה (PPA) הוא שיטת דימות מבוססת לוחות לכימות תגובות פוטופריתציות על ידי מדידת היווצרות פרוטופריתציה כתוצאה התפתחותית. מטרת הפרוטוקול היא לספק זרימת עבודה ניתנת לשחזור וניתנת להרחבה להערכת האופן שבו מחזורי אור–חושך מוגדרים משפיעים על התפתחות המין של פטריות. במבחן זה, תרביות פטריות מגודלות על מדיום חציאה סינתטי בתנאי פוטופריד מבוקרים, ולאחר מכן מוסרת באופן סטנדרטי של קונידיות שטחיות לשיפור הוויזואליזציה. פרוטופריתציות נמדדות על ידי ספירה ידנית מבוססת תמונה, וספירות ממוצעות לכל לוח משמשות להשוואות סטטיסטיות בין תנאי פוטו-פרד. בניגוד לגישות קודמות, ה-PPA משלבת תנאי תרבית סטנדרטיים, חשיפה מבוקרת לפוטו-פרוויד, ודימות מבוסס רבעים, כדי לאפשר השוואות כמותיות שחוזרות בין זנים. תהליך עבודה זה חורג מעבר לפרוטוקול בסיסי על ידי הקמת מסגרת עקבית וניתנת להרחבה למדידת פלט התפתחותי התלויי פוטו-פרוייד בתנאים ניסיוניים מוגדרים. השיטה דורשת כשבוע מהחיסון ועד הניתוח וניתן ליישם אותה על מספר זנים בתנאי סביבה מוגדרים. ה-PPA מספק פלטפורמה פשוטה ונגישה לניתוח השוואתי של התפתחות תלויה בפוטפריד בפטריות בתנאי מעבדה מבוקרים.
מבחן הפרוטופריתציה (PPA) מכמת תגובות פוטופריודיות בפטרייה Neurospora crassa. אורגניזמים רבים מודדים את אורך היום והלילה כדי לתאם תהליכים ביולוגיים בתופעה הידועה בשם פוטופריודיזם 1,2,3,4,5,6,7,8. במבחן זה, התפתחות המבנה המיני הנשי, הפרוטופריתציום, משמשת כפוקסי מדיד התלוי באור לתגובה פוטופורידית. למרות שפוטופריודיזם מאופיין היטב בצמחים באמצעות ניסויים בשעות הלילה3, קיימות פחות גישות סטנדרטיות לכימות תגובות פוטופריודיות באאוקריוטים לא-פוטוסינתטיים כמו פטריות. N. crassa מספקת מערכת מודלים נוחה למטרה זו בזכות הגנטיקה המוגדרת היטב ומסלולי ההתפתחות המגיבים לאור. ויסות תזמון הרבייה התלוי באור-מחזור נצפתה בין אורגניזמים 1,2,3,4,5,6,7,8, מה שתומך ברלוונטיות של תגובות פיזיולוגיות מונעות אור; עם זאת, מחקרים מכניים בפטריות נותרו מוגבלים בשל היעדר בדיקות שכפולות.
פרוטופריתציה הן מבני מין נשיים מוקדמים ב-N. crassa. הם נובעים מאסקוגוניה, שמפתחת טריכוגינים מפותלים המתחברים עם היפאות או קונידיות מסוג9 ההפוך. לאחר האיחוד, גרעינים מהבן הזוג "הזכר" נכנסים לפרוטופריטציום. מספר הפרוטופריתציה המיוצר מוסדר עונתית ומושרה באורבעוצמה 10. ויסות פוטופורידיות הוא מרכזי באקולוגיה, כרונוביולוגיה ופיזיולוגיה של פטריות, מכיוון שתהליכים רבים מבוקרי שעון תלויים באור. האור משפיע על מסלולים גנטיים רבים, כולל קולטני אור, קינאזות ומנגנוני העברת אור הקשורים להתפתחות המינית11. פרוטופריתציה מתאימה למדידת פלט פוטופרוידי, משום שקל לראות אותן במיקרוסקופ ומגיבות ברגישות לאור.
למרות חשיבות הפוטופריתציה בפטריות, קיימות מעט מאוד בדיקות סטנדרטיות וניתנות לשחזור כדי לכמת את ייצור הפרוטופריתציה במחזורי אור מבוקרים. בדיקה מבוססת פלטות בעל תפוקה בינונית היא בעלת ערך משום שפטריות הן אורגניזמים מודליים זולים וקל לתחזוקה, ומאפשרים ניתוח שיטתי של התפתחות מינית ותפקוד גנים המושרה על ידי אור. רוב מחקרי הפוטופריודיזם התמקדו בצמחים, בעוד שמסגרות כמותיות מקבילות למערכות פטריות נשארות מוגבלות. באורגניזמים אחרים, כולל חרקים, תופעות התלויות באור כמו דיאפוזה מאופיינות היטב7, אך חסרות גישות דומות בפטריות. פער זה מגביל השוואה שחזורית של תגובות פוטופריודיות בין זנים ותנאים ניסיוניים.
ה-PPA מבוסס על מחקר משנת 2004 שמדד את ייצור הפרוטופריתציה לאורך אורכי יום הולכים וגדלים, מחושך קבוע לאור קבוע, במוטנט הרצועה (bd) (ras-1bd), ששימש במחקרים צירקדיים 4,12. שינויים תלויים בפוטפריד בייצור פרוטופריתציה נצפו ברקע זה. זרימת העבודה הנוכחית מתאימה ומרחיבה גישה זו באמצעות זן הייחוס FGSC 2489, המקושר לריצוף גנום מלא ולמשאבי הדחפה13,14. המבחן מכמת את המספר הממוצע של פרוטופריטתציה שנוצרה תחת פוטופרדיות מוגדרות לאורך שבוע אחד כמדד לתגובה פוטופריודית. גישה זו מתקנת את תנאי התרבית, הדמיה והכמות, ומאפשרת השוואה שחוזרת בין תנאים ניסיוניים וזנים. התקדמויות מתודולוגיות מרכזיות כוללות תנאי תרבית סטנדרטיים מבוססי פלטות, פרמטרים מוגדרים לחשיפה לפוטופרדיה, הדמיה מבוססת רבעים, ותהליך כימות שניתן לשחזר.
פרוטוקול זה מכמת תגובות פוטופריודיות ב-N. crassa על ידי מדידת היווצרות פרוטופריתציה לאחר חשיפה למחזורי אור–חושך מוגדרים. לכל מצב פוטופריודי, נעשה שימוש בארבעה רפליקטים ביולוגיים, שכל אחד מהם מורכב מלוח חצייה סינתטי (SC) מחוסן באופן עצמאי. ארבע תמונות נאספות בכל לוח וממוצעות ליצירת ערך יחיד לכל שכפול ביולוגי לניתוח סטטיסטי. הלוחות מודגרים במשך שבעה ימים במחזורי פוטו-מדוד מכוילים (למשל, מחזורי אור–חושך של 12 שעות או 8 שעות ו-16 שעות).
מתאם נתונים ממוקם בתוך תא הגידול כדי לרשום באופן רציף את עוצמת האור, הטמפרטורה והלחות, ובכך לאמת תנאי סביבה יציבים. עוצמת האור נשמרת מעל 1,000 לוקס, כאשר רמות נמוכות יותר מפחיתות את ייצור הפרוטופריתציה. תאורה מופרזת נמנעת כדי למנוע עלייה בטמפרטורת התא והשפעות תרמיות מבלבלות. לאחר הדגירה, המאקרוקונידיות מוסרות בעדינות באמצעות מגבת נייר רטובה רוויה ב-70% אתנול. ארבעה רבעים במרווחים שווים בהיקף כל לוח מצולמים בהגדלה של 40× באמצעות מיקרוסקופ סטריאו תחת תאורת שדה בהיר. פרוטופריתציות נספרות ידנית באמצעות חבילת עיבוד תמונה, וספירות ממוצעות לכל לוח משמשת להשוואות סטטיסטיות בין פוטופרקיורדים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הריאגנטים, התוכנה והציוד בהם משתמשים מופיעים בטבלת החומרים.
1. הכנת מדיה וחומרים
(זמן משוער: 1–1.5 שעות פעילות פעילות; קירור בלילה אופציונלי)
2. חיסון לוחות
(זמן משוער: 15–30 דקות לכל סט צלחות)
3. הגדרת טיפול באור
(זמן משוער: 10 דקות הקמה + דגירה של 7 ימים)
4. ניטור והכנת לוחיות להדמיה
(זמן משוער: 15–20 דקות לכל צלחת)
5. דימות פרוטופריתציה
(זמן משוער: 5 דקות לכל צלחת)
6. כימות וניתוח נתונים
(זמן משוער: 10–20 דקות לכל לוח לספירה; 15–25 דקות לניתוח)
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לאחר חיסון בזן מסוג פראי, הקונידיות כיסו את פני השטח של SC בתוך 36–48 שעות. לאחר 7 ימים של חשיפה לפוטו-פריד, נוצרה שכבת קונידיאלית צפופה והוסרה באמצעות מגבת נייר רטובה רוויה ב-70% אתנול (איור 1). שלב זה חשף את הפרוטופריתציה התחתונה מבלי לשבש את המבנה שלהן. במיקרוסקופיה, הפרוטופריתציה הופיעו כמבנים כהים ועגולים המפוזרים על פני הלוח. מבנים אלו הציגו מורפולוגיה כדורית והיו ניתנים להבחנה מההיפים הסובבים. בתוך לוח, פרוטופריתציות היו בדרך כלל אחידות בגודלן, והתפוצה שלהן השתנתה בהתאם לתנאי הפוטופרי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מטרת ה-PPA היא להשתמש בהתפתחות המינית בפטריות כתחליף לקביעת האם אורגניזם תופס תקופת אור מסוימת. על ידי כימות המספר הממוצע של פרוטופריתציה הנוצרת במחזורי אור שונים, ניתן להעריך ולהשוות תגובות פוטופרידמיות בין תנאים. בהתאם לתצפיות קודמות 4,16, N. crassa מציג ייצור פרוטופריתציה גבוה יותר בתקופות אור דמויות שוויון משקל, בעוד שתנאי יום קצרים מניבים פחות מבנים (איור 2). מבחן זה מספק שיטה לבחינת תג...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים מתחרים.
המחברים מודים לקתרין מיינזה, מיו תינזר הטין אונג, איי טינזר טין אונג ומורגן ברטלסון על תמיכתם, עזרתם ותרומתם לפרויקט זה. המחברים גם מודים למחלקה לביולוגיה באוניברסיטת רטגרס–קמדן ולמרכז לביולוגיה חישובית ואינטגרטיבית (CCIB) על מתן תמיכה מוסדית, מתקני מחקר ומשאבים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| אגר | BD | 90000-786 | עבור מדיה מעבר סינתטית/מינימלית |
| להבת מבער אלכוהול | Wards | 470346-104 | להסטריליזציה של לולאה חיבור |
| סולפט ברזל אמוניום הקסה-הידרט | Supelco | FX0245-1 | עבור מדיה מעבר סינתטית/מינימלית |
| אמוניום חנקתי (NH4NO3) | BeanTown Chemical | BT134170-250G | עבור מדיה מינימלית |
| אוטוקלב | VWR International | 76683-456 | להסטריליזציה של זכוכית וחומרי תרבית |
| ארון בטיחות ביולוגי | ThermoFischer Scientific | 1323TS | להפחתת זיהום של הצלחות, והמעבדה. |
| ביוטין | VWR | 97061-444 | עבור מדיה מעבר סינתטית |
| חומצת בור (H3BO3) | Electron Microscopy Sciences | 100503-696 | עבור מדיה מעבר סינתטית/מינימלית |
| סידן כלורי (CaCl2) | AVANTOR PERFORMANCE MATERIAL LLC | JT1311-1 | עבור מדיה מעבר סינתטית |
| סידן כלורי די-הידרט (CaCl2·2H2O) | Sigma-Aldrich | 223506-25G | עבור מדיה מינימלית |
| חומצה ציטרית מונוהידרט (C6H8O7·H2O) | Sigma-Aldrich | 1002440500 | עבור מדיה מעבר סינתטית/מינימלית |
| סולפט נחושת פנטה-הידרט (CuSO4·5H2O H2O) | BeanTown Chemical | BT121245-1KG | עבור מדיה מעבר סינתטית/מינימלית |
| אתנול | Decon Labs | 71001-754 | משמש להסרת קונדיות ממשטח הצלחת ולהסטריליזציה של לולאה חיבור |
| FIJI/ImageJ | המכונים הלאומיים לבריאות (NIH) | N/A | לניתוח תמונות/ספירה |
| כפפות | SW Safety Solutions | 76382-944 | לבטיחות |
| GraphPad Prism | GraphPad Software, LLC | N/A | לביצוע בדיקות סטטיסטיות ויצירת דיאגרמות |
| תא גידול | Caron Products & Services | 6320 & 6340 Series | ניתן לתכנות למחזורי פוטו-פריוד |
| מרשם נתונים HOBO | Onset Computer Corporation | MX2202 | להקלטת עוצמת האור וטמפרטורה |
| לולאת חיבור | VWR International | 10806-354 | להעברת חומר פטרייתי לצלחות פטרי |
| מגנזיום סולפט הפטה-הידרט (MgSO4·7H2O) | BeanTown Chemical | BT145380-1KG | עבור מדיה מעבר סינתטית/מינימלית |
| סולפט מנגן מונו-הידרט (MnSO4·H2O H2O) | Sigma-Aldrich | 1059410250 | עבור מדיה מעבר סינתטית/מינימלית |
| מיקרוסקופ (Leica S6 D Greenough Stereo Microscope) | Leica Microsystems | 10446297 | לצילום |
| Neurospora crassa FGSC 2489 | Fungal Genetics Stock Center | 74-OR23-1VA, JCM19069 | זן פטריות |
| מגבות נייר | Kimberly-Clark Professional, Scott ו-Kleenex | 6666114 | למזיגת מדיה |
| מרקר קבוע | Sharpie | 30072 | לתיוג צלחות |
| צלחות פטרי | VWR International | 25384-164 | להצגת מדיה מעבר סינתטית |
| פיפטות | VWR International | 75816-090 | למזיגת מדיה |
| אשלגן די-הידרוגן פוספט (KH2PO4) | BeanTown Chemical | BT225070-500G | עבור מדיה מעבר סינתטית/מינימלית |
| אשלגן חנקתי (KNO3) | Sigma-Aldrich | 221295-100G | עבור מדיה מעבר סינתטית |
| צינורות בדיקה זכוכית חד-פעמיים קטנים | VWR International | 470211-698 | לגידול ראשוני של זן פטריות |
| נתרן כלורי (NaCl) | VWR International | BDH9286-500G | עבור מדיה מעבר סינתטית |
| נתרן ציטראט די-הידרט (Na3C6H5O7·2H2O) | VWR | 97061-008 | עבור מדיה מינימלית |
| נתרן מוליבדט די-הידרט (Na2MoO4·2H2O) | Supelco | 1.06524.1000 | עבור מדיה מעבר סינתטית/מינימלית |
| סוכרוז | VWR International | BDH9308-500G | עבור מדיה מעבר סינתטית/מינימלית |
| סולפט אבץ הפטה-הידרט (ZnSO4·7H2O) | BeanTown Chemical | BT122545-500G | עבור מדיה מעבר סינתטית/מינימלית |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.