Qui, introduciamo un metodo dettagliato di ammollo dell'interferenza dell'RNA in Bursaphelenchus xylophilus per facilitare lo studio delle funzioni geniche.
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Articolo metodologico
Qui, introduciamo un metodo dettagliato di ammollo dell'interferenza dell'RNA in Bursaphelenchus xylophilus per facilitare lo studio delle funzioni geniche.
Il nematode del pino, Bursaphelenchus xylophilus, è una delle specie invasive più distruttive in tutto il mondo, causando l'avvizzimento e la morte finale dei pini. Nonostante il riconoscimento della loro importanza economica e ambientale, è stato finora impossibile studiare le funzioni genetiche dettagliate dei nematodi parassiti delle piante (PPN) utilizzando la genetica convenzionale e i metodi transgenici. Tuttavia, come tecnologia di genetica inversa, l'interferenza dell'RNA (RNAi) facilita lo studio dei geni funzionali dei nematodi, incluso B. xylophilus.
Questo articolo delinea un nuovo protocollo per l'RNAi del gene ppm-1 in B. xylophilus, che è stato segnalato per svolgere ruoli cruciali nello sviluppo e nella riproduzione di altri nematodi patogeni. Per l'RNAi, il promotore T7 è stato collegato al 5′-terminale del frammento bersaglio mediante reazione a catena della polimerasi (PCR) e l'RNA a doppio filamento (dsRNA) è stato sintetizzato mediante trascrizione in vitro . Successivamente, la consegna del dsRNA è stata realizzata immergendo i nematodi in una soluzione di dsRNA mescolata con neurostimolanti sintetici. I giovani sincronizzati di B. xylophilus (circa 20.000 individui) sono stati lavati e immersi in dsRNA (0,8 μg/ml) nel tampone di ammollo per 24 ore al buio a 25 °C.
La stessa quantità di nematodi è stata posta in un tampone di ammollo senza dsRNA come controllo. Nel frattempo, un'altra quantità identica di nematodi è stata posta in un tampone di ammollo con il gene della proteina fluorescente verde (gfp) dsRNA come controllo. Dopo l'immersione, il livello di espressione delle trascrizioni target è stato determinato utilizzando la PCR quantitativa in tempo reale. Gli effetti dell'RNAi sono stati poi confermati utilizzando l'osservazione microscopica dei fenotipi e un confronto delle dimensioni corporee degli adulti tra i gruppi. L'attuale protocollo può aiutare a far progredire la ricerca per comprendere meglio le funzioni dei geni di B. xylophilus e di altri nematodi parassiti verso lo sviluppo di strategie di controllo attraverso l'ingegneria genetica.
I nematodi parassiti delle piante (PPN) sono una minaccia continua per la sicurezza alimentare e gli ecosistemi forestali. Causano circa 100 miliardi di dollari di perdite economiche ogni anno1, i più problematici dei quali sono principalmente i nematodi a nodo radicale, i nematodi a cisti e i nematodi di pino. Il nematode del pino, Bursaphelenchus xylophilus, è un nematode endoparassitario migratore, che è l'agente patogeno causale della malattia dell'avvizzimento del pino2. Ha causato gravi danni alle foreste di pini in tutto il mondo3. Usando la terminologia di Van Megen et al.4, B. xylophilus è un membro dei Parasitaphelenchidae e appartiene al clade 10, mentre la maggior parte degli altri principali parassiti delle piante appartengono al clade 12.
Come parassita vegetale indipendente e recentemente evoluto, B. xylophilus è un modello attraente per studi comparativi. Ad oggi, ci sono state ricerche sostanziali sui nematodi a nodo radicale e sui nematodi a cisti appartenenti al clade 12, che sono endoparassiti sedentari obbligati e sono alcuni dei nematodi più intensamente studiati. Tuttavia, condurre ulteriori ricerche in questo importante settore comporta una grande sfida: la funzione dei geni del parassitismo è un collo di bottiglia della ricerca. Gli studi funzionali generalmente includono esperimenti di espressione ectopica e knockdown / out, ma si basano su protocolli di trasformazione genetica efficaci per il nematode. Di conseguenza, la genetica inversa nei PPN si basa quasi esclusivamente sul silenziamento genico da parte dell'RNAi.
L'RNAi, un meccanismo ampiamente presente nelle cellule eucariotiche, silenzia l'espressione genica introducendo RNA a doppio filamento (dsRNA)5. Ad oggi, il meccanismo di silenziamento genico posttrascrizionale indotto dal dsRNA è stato trovato in tutti gli eucarioti studiati e la tecnologia RNAi, come strumento di ricerca sulla genomica funzionale e altre applicazioni, si è sviluppata rapidamente in molti organismi. Dalla scoperta del meccanismo RNAi in Caenorhabditis elegans nel 19986, le tecniche RNAi sono diventate metodi efficaci per identificare la funzione genica dei nematodi e sono proposte come un nuovo modo per controllare efficacemente i nematodi patogeni7.
L'RNAi è tecnicamente facile: può essere sufficiente immergere i giovani nel dsRNA; Tuttavia, l'efficacia e la riproducibilità di questo approccio variano ampiamente con le specie di nematodi e il gene bersaglio8. Il silenziamento di 20 geni coinvolti nelle vie RNAi del nematode nodo radicale, Meloidogyne incognita, è stato studiato utilizzando lunghi dsRNA come trigger, con conseguente risposte diverse, tra cui un aumento e nessun cambiamento nell'espressione di alcuni geni9. Questi risultati mostrano che i geni bersaglio possono rispondere al knockdown dell'RNAi in modo diverso, rendendo necessaria una valutazione esaustiva della loro idoneità come bersagli per il controllo dei nematodi tramite RNAi. Tuttavia, c'è attualmente una scarsità di ricerca sulla biologia dello sviluppo e della riproduzione di B. xylophilus.
Come continuazione del precedente lavoro10,11,12,13, descriviamo qui un protocollo per applicare RNAi per studiare la funzione del gene ppm-1 di B. xylophilus, compresa la sintesi di dsRNA, l'ammollo neurostimolante sintetico e il rilevamento della reazione a catena della polimerasi quantitativa (qPCR). Le conoscenze acquisite da questo approccio sperimentale contribuiranno probabilmente notevolmente alla comprensione dei sistemi biologici di base e alla prevenzione della malattia dell'avvizzimento del pino.
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Lo studio è stato approvato dal consiglio per la sperimentazione animale della Zhejiang Agricultural & Forestry University. L'isolato di B. xylophilus NXY61 è stato originariamente estratto da un Pinus massoniana malato nell'area di Ningbo della provincia di Zhejiang, Cina11.
1. Clonazione genica
NOTA: Vedere la tabella dei materiali per i dettagli sui primer utilizzati in questo protocollo.
2. Sintesi di dsRNA
3. RNAi mediante ammollo
4. Rilevamento qPCR
5. Valutare la lunghezza corporea degli adulti nematodi dopo RNAi
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Analisi dell'espressione ppm-1 di B. xylophilus dopo RNAi
Il livello di espressione relativa del gene ppm-1 di B. xylophilus imbevuto di dsRNA GFP e di quello imbevuto di dsRNA del gene bersaglio era rispettivamente 0,92 e 0,52 (il livello di espressione genica ppm-1 del gruppo di controllo trattato con ddH2O era impostato su 1) (Figura 1). Pertanto,...
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Sebbene la storia della vita e l'ambiente parassitario di B. xylophilus siano diversi da quelli di altri nematodi, c'è stata una ricerca limitata sulla patogenesi molecolare di questo patogeno vegetale. Nonostante i grandi progressi compiuti nell'applicazione della tecnologia di modifica del genoma CRISPR / Cas9 in C. elegans e altri nematodi, solo la tecnologia RNAi applicata a B. xylophilus è stata pubblicata fino ad oggi17. RNAi è uno degli strumenti più potenti dispo...
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Non sono stati dichiarati conflitti di interesse.
Questa ricerca è stata finanziata dalla National Natural Science Foundation of China (31870637, 31200487) e finanziata congiuntamente dal Zhejiang Key Research Plan (2019C02024, LGN22C160004).
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Imbuto Baermann | n/a | n/a | per isolare i nematodi |
| Beacon Designer 7.9 | Shanghai Kangyusheng Information Technology Co. | n/a | per progettare primer qPCR |
| Botrytis cinerea | n/a | n/a | come alimento per i nematodi |
| Bursaphelenchus xylophilus | n/a | n/a | il suo numero era NXY61 ed era stato originariamente estratto da Pinus massoniana malato a Ningbo, provincia di Zhejiang, Cina. |
| Incubatore a temperatura costante | Shanghai Jing Hong Laboratory Instrument Co. | H1703544 | A Cultur Nematodi |
| Apparecchiature di elettroforesi | Laboratori Bio-Rad | 1704466 | per ottenere l'analisi elettroforetica |
| Etanolo, 75% | Sinopharm Chemical Reagent Co. | 80176961 | estrarre l'RNA |
| Premix Ex Taq Polimerasi | Takara Bio Inc. | RR030A | per PCR |
| Premix Ex Taq Polimerasi | Takara Bio Inc. | RR390A | per PCR |
| Imager gel | LongGene Scientific Instruments Co. | LG2020 | rendere visibili le bande degli acidi nucleici |
| GraphPad Prism 8 | GraphPad Prism | n/a | analizzare i dati e fare i dati |
| Centrifuga ad alta velocità | Hangzhou Allsheng Instruments Co. | AS0813000 | centrifuga |
| Molatore di tessuto ad alto flusso | Bertin | estrarre l'RNA | |
| Software ImageJ | Istituti Nazionali di Salute | n/a | per misurare le lunghezze del corpo |
| Alcool isopropilico | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co. | L1909022 | estrarre l'RNA |
| Microscopio Leica DM4B | Leica Microsystems Inc. | per osservare i nematodi | |
| Perle magnetiche | Aoran Science Technology Co. | 150010C | estrarre l'RNA |
| Kit di trascrizione ad alta resa MEGAscript T7 | Thermo Fisher Scientific Inc. | AM1333 | per sintetizzare dsRNA in vitro |
| Spettrofotometro NanoDrop ND-2000 | Thermo Fisher Scientific Inc. | NanoDrop 2000/2000C | analizzare la qualità del dsRNA |
| Amplificatore PCR | Bio-Rad Life Medical Products Co. | 1851148 | per amplificare la sequenza degli acidi nucleici |
| Piastre di Petri | n/a | n/a | A Cultur Nematodi |
| Vettore facile pGEM-T | Promega Corporation | A1360 | per la clonazione |
| Patata Destrosio Agar (Medio) | n/a | n/a | to cultur Botrytis cinerea |
| Kit reagente Prime Script RT con gomma gDNA | Takara Bio Inc. | RR047B | a cDNA sintetico |
| Primer Premier 5.0 | PREMIER Biosoft | n/a | progettare primer per PCR |
| Primer: PPM-1-F/R | Tsingke Biotechnology Co. | n/a | F: 5'-GATGCGAAGTTGCCAATCATTCT -3'; R: 5'- CCAGATCCAGTCCACCATACACC -3 |
| q-ppm-1-F/R | Tsingke Biotechnology Co. | n/a | F: 5'-CATCCGAATGGCAATACAG-3'; R: 5'-ATTATTCCTCAGCGTTAGC-3' |
| Thermal cycler in tempo reale qTOWER 2.2 | Analytique Jena Instruments (Beijing) Co. | per la qPCR | |
| Tavolo che scuote | Shanghai Zhicheng Analytical Instrument Manufacturing Co. | per immergere i nematodi | |
| Microscopio stereoscopico | Chongqing Optec Instrument Co. | 1814120 | per osservare i nematodi |
| T7-GFP-F/R | Tsingke Biotechnology Co. | n/a | F: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAAA GGAAGAACTTTTCAC-3'; R: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGCTG TTACAAACTCAAGAAGG-3' |
| Promotore T7 | Tsingke Biotechnology Co. | n/a | TAATACGACTCACTATAGGG |
| Kit di estrazione del DNA in gel di agarosio Takara MiniBEST | Takara Bio Inc. | 9762 | per recuperare il DNA |
| TaKaRa TB Green Premix Ex Taq (Tli RNaseH Plus) | Takara Bio Inc. | RR820A | per la qPCR |
| tricloroetano | Shanghai LingFeng Chemical Reagent Co. | estrarre l'RNA | |
| Reagente Trizol | Thermo Fisher Scientific Inc. | 15596026 | reagente totale di estrazione di RNA, per estrarre RNA |
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This corrects the article 10.3791/63645-v