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I rapidi progressi nelle tecnologie di sequenziamento di nuova generazione (NGS) stanno fornendo interessanti opportunità per sondare le basi molecolari di un'ampia gamma di adattamenti ecologici geneticamente complessi in un'ampia varietà di organismi non modello 1-3. Questo approccio è estremamente potente perché stabilisce una base per studi di genomica funzionale e di popolazione di organismi con una storia ecologica o evolutiva particolarmente interessante e/o ben descritta, nonché di organismi di interesse pratico, come parassiti agricoli e vettori di malattie. Pertanto, le tecnologie NGS stanno portando a rapidi progressi nel campo dell'ecologia e hanno il potenziale per affrontare problemi come la comprensione delle basi meccanicistiche delle risposte biologiche ai rapidi cambiamenti climatici contemporanei4, la diffusione di specie invasive5 e le interazioni ospite-patogeno6,7.
Lo straordinario potenziale delle tecnologie NGS per affrontare questioni di base e applicate in ecologia e biologia evolutiva è in parte dovuto al fatto che questi approcci possono essere applicati a qualsiasi organismo a un costo moderato che è fattibile per la maggior parte dei laboratori di ricerca. Inoltre, questi approcci forniscono informazioni sull'intero genoma senza la necessità di risorse genetiche a priori come un chip di microarray o una sequenza genomica completa. Tuttavia, per massimizzare la produttività degli esperimenti NGS è necessario considerare attentamente il disegno sperimentale, comprese questioni come i tempi di sviluppo e la specificità tissutale del campionamento dell'RNA. Inoltre, le competenze tecniche necessarie per analizzare le enormi quantità di dati prodotti da questi esperimenti, spesso fino a diverse centinaia di milioni di sequenze di DNA, hanno rappresentato una sfida particolare e hanno limitato l'implementazione diffusa degli approcci NGS.
Recenti studi RNA-Seq sulle basi trascrizionali della diapausa nella zanzara invasiva e importante dal punto di vista medico Aedes albopictus forniscono un utile esempio di alcuni dei protocolli sperimentali che possono essere impiegati per applicare con successo la tecnologia NGS allo studio delle basi molecolari di un complesso adattamento ecologico in un organismo non modello 8-10. A. albopictus è una specie altamente invasiva originaria dell'Asia, ma che ha recentemente invaso il Nord America, il Sud America, l'Europa e l'Africa11,12. Come molti insetti temperati, le popolazioni temperate di A. albopictus sopravvivono durante l'inverno entrando in un tipo di dormienza denominata diapausa fotoperiodica. In A. albopictus, l'esposizione di femmine pupali e adulte a giornate brevi (autunnali) porta alla produzione di uova in diapausa in cui lo sviluppo embriologico è completato, ma la larva di farato all'interno del corion dell'uovo entra in un arresto dello sviluppo che rende l'uovo refrattario allo stimolo di schiusa15-17. Le uova in diapausa sono più resistenti all'essiccazione5,18 e contengono più lipidi totali19 rispetto alle uova non in diapausa. La diapausa fotoperiodica in A. albopictus è quindi una plasticità fenotipica adattativa controllata dalla madre, essenziale per sopravvivere alle dure condizioni invernali in ambienti temperati. Nonostante il significato ecologico ben compreso della diapausa fotoperiodica in un'ampia gamma di insetti20,21, le basi molecolari di questo adattamento cruciale non sono ben caratterizzate in nessun insetto22. In organismi come A. albopictus che subiscono una diapausa embrionale allo stadio larvale del farato, rimane una sfida particolarmente convincente capire come il segnale fotoperiodico ricevuto dalla madre venga trasmesso alla prole e persista nel corso dello sviluppo embrionale per causare l'arresto allo stadio larvale del farato.
Questo protocollo descrive l'allevamento delle zanzare, il disegno sperimentale e le analisi bioinformatiche per esperimenti NGS (sequenziamento del trascrittoma) eseguiti per chiarire i componenti trascrizionali della diapausa fotoperiodica in A. albopictus. Questo protocollo può essere utilizzato per ulteriori studi sulla diapausa in A. albopictus, può essere adattato per studiare la diapausa in altre specie strettamente correlate come altre zanzare aedine che subiscono diapausa delle uova23, ed è anche più in generale rilevante per l'impiego di approcci NGS per studiare le basi trascrizionali di qualsiasi adattamento complesso in qualsiasi insetto.