Qui viene presentato un protocollo per la somministrazione di nanoparticelle di chitosano/dsRNA nelle larve di Bombyx mori del baco da seta per indurre il silenziamento genico attraverso l'ingestione.
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Articolo metodologico
Qui viene presentato un protocollo per la somministrazione di nanoparticelle di chitosano/dsRNA nelle larve di Bombyx mori del baco da seta per indurre il silenziamento genico attraverso l'ingestione.
Il baco da seta, Bombyx mori, è un importante insetto economico con migliaia di anni di storia in Cina. Nel frattempo, il baco da seta è l'insetto modello dei lepidotteri con un buon accumulo di ricerche di base. È anche il primo insetto nei lepidotteri con il suo genoma completo sequenziato e assemblato, che fornisce una solida base per lo studio della funzionalità genica. Sebbene l'interferenza dell'RNA (RNAi) sia ampiamente utilizzata nello studio funzionale dei geni inversi, è refrattaria nei bachi da seta e in altre specie di lepidotteri. Precedenti ricerche di successo relative all'RNAi per fornire RNA a doppio filamento (dsRNA) sono state eseguite solo attraverso l'iniezione. La somministrazione di dsRNA attraverso l'alimentazione non viene mai riportata. In questo articolo, descriviamo le procedure passo dopo passo per preparare le nanoparticelle di chitosano/dsRNA, che vengono somministrate alle larve del baco da seta mediante ingestione. Il protocollo include (i) la selezione dello stadio corretto delle larve del baco da seta, (ii) la sintesi del dsRNA, (iii) la preparazione delle nanoparticelle di chitosano/dsRNA e (iv) l'alimentazione delle larve del baco da seta con nanoparticelle di chitosano/dsRNA. Vengono presentati risultati rappresentativi, tra cui la conferma del trascritto genico e l'osservazione del fenotipo. L'alimentazione del dsRNA è una tecnica semplice per l'RNAi nelle larve del baco da seta. Poiché le larve del baco da seta sono facili da allevare e abbastanza grandi da poter essere utilizzate, fornisce un buon modello per dimostrare l'RNAi larvale negli insetti. Inoltre, la semplicità di questa tecnica stimola un maggiore coinvolgimento degli studenti nella ricerca, rendendo le larve del baco da seta un sistema genetico ideale per l'uso in classe.
Il baco da seta, Bombyx mori, è un insetto addomesticato più di 5000 anni fa in Cina. Grazie alla sua capacità di produrre seta, il baco da seta è un importante insetto economico nell'agricoltura e nella sericoltura cinesi. Il baco da seta è secondo solo al moscerino della frutta come insetto modello. Come insetto modello nei lepidotteri, il baco da seta è facile da allevare, con un corpo di grandi dimensioni e molti mutanti. Nel frattempo, il baco da seta è il primo insetto lepidottero con il suo genoma completo sequenziato1. Sono inoltre disponibili al pubblico molti database che forniscono informazioni per il genoma2, il trascrittoma3, il tag di sequenza espresso (EST)4, l'RNA5 non codificante e il microsatellite6 . I fatti di cui sopra rendono il baco da seta un modello perfetto per la ricerca genetica.
L'interferenza dell'RNA (RNAi) è un processo cellulare in cui le molecole di RNA a doppio filamento (dsRNA) si legano e tagliano l'RNA messaggero complementare (mRNA), ottenendo così l'effetto di silenziamento del gene bersaglio. Questo meccanismo è naturalmente presente nei batteri per difendersi dall'invasione dei virus7. Successivamente, si è scoperto che l'RNAi è conservato negli animali, nelle piante e nei microbi. Grazie al suo potente effetto di silenziamento sequenza-specifico, l'RNAi viene utilizzato nella ricerca fondamentale per manipolare l'espressione genica e studiare la funzione genica. L'RNAi si ottiene attraverso la consegna di dsRNA nelle cellule.
Negli insetti, ci sono tre modi comuni per fornire il dsRNA, che sono la microiniezione, l'alimentazione e l'ammollo8. Al momento, i rapporti di RNAi di successo nei bachi da seta attraverso la somministrazione di dsRNA nudi sono condotti mediante iniezione di dsRNA9. I vantaggi della microiniezione sono la somministrazione immediata di dsRNA nell'emolinfa e il controllo preciso della quantità di dsRNA. Tuttavia, esistono anche alcuni svantaggi della microiniezione. Ad esempio, richiede molto tempo e dispositivi delicati. È anche importante ottimizzare gli aghi per iniezione, il volume di iniezione e la quantità di dsRNA. Pertanto, diventa necessario un modo alternativo per veicolare il dsRNA ai bachi da seta. Poiché l'esoscheletro di un insetto è una barriera a tenuta stagna fatta di chitina, l'ammollo delle larve di insetti per ottenere l'RNAi è raramente segnalato, il che non è una buona opzione per l'RNAi negli insetti. L'alimentazione del dsRNA è a risparmio di manodopera, economica e facile da eseguire10. Questo metodo è applicabile anche per lo screening genico ad alto rendimento11. Tuttavia, si è scoperto che una nucleasi non specifica per DNA/RNA, vale a dire la BmdsRNasi, è presente nell'intestino medio e nel succo dell'intestino medio delle larve del baco da seta12. Questa nucleasi ha dimostrato di digerire il dsRNA, preferibilmente13. Pertanto, somministrare dsRNA nudo al baco da seta per silenziare l'espressione genica sembra essere difficile.
Recentemente, il dsRNA schermato con nanoparticelle si è dimostrato una buona alternativa per aumentare l'efficienza dell'RNAi alimentando14. Il chitosano è un polimero economico, non tossico e biodegradabile, che può essere preparato mediante deacetilazione della chitina, un biopolimero presente in natura e il secondo più abbondante dopo la cellulosa15. Poiché il gruppo amminico nel chitosano è caricato positivamente e il gruppo fosfato sulla spina dorsale del dsRNA è caricato negativamente, le nanoparticelle di chitosano/dsRNA potrebbero essere formate dall'autoassemblaggio di policationi16. Le nanoparticelle di chitosano/dsRNA sono efficaci nel raggiungere l'RNAi attraverso l'alimentazione larvale nelle zanzare Aedes aegypti e Anopheles gambiae17, nel verme macchiato di cotone Earias vittella18 e nel ragnetto carminio Tetranychus cinnabarinus19.
Al fine di sviluppare una metodologia per la somministrazione di dsRNA mediante l'alimentazione dei bachi da seta per ottenere un'efficienza RNAi di successo, questo rapporto si concentra sulla descrizione delle procedure passo-passo su come preparare le nanoparticelle di chitosano/dsRNA e alimentare le nanoparticelle alle larve del baco da seta. Questa metodologia è relativamente economica, fa risparmiare manodopera ed è facile da seguire, e può essere adattata per studi di silenziamento genico in altri insetti. Il nostro obiettivo è quello di fornire un protocollo più semplice per il metodo di somministrazione del dsRNA dei lepidotteri con una maggiore efficienza dell'RNAi.
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1. Specie di bachi da seta e allevamento
2. Selezione delle larve di baco da seta
3. Sintesi del dsRNA
4. Preparazione delle nanoparticelle di chitosano/dsRNA
5. Nutrire le larve del baco da seta con nanoparticelle di chitosano/dsRNA
6. Conferma del silenziamento genico
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Per valutare l'efficienza dell'RNAi, è stato scelto per l'analisi un gene immunitario che ha come bersaglio BmToll9-2 . Il gene BmToll9-2 è ben caratterizzato in laboratorio e il silenziamento genico mediante iniezione di dsRNA si traduce in larve più leggere e più piccole nella nostra recente pubblicazione20. Per confermare l'efficacia dell'RNAi mediante ingestione attraverso nanoparticelle di chitosano/dsRNA, sono state utilizzate nanoparticelle di chitosano come controllo e al...
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Uno stadio corretto è importante per l'osservazione del fenotipo dell'RNAi, a seconda dei geni bersaglio. I nostri risultati preliminari hanno mostrato che Toll9-2 è coinvolto nella crescita del baco da seta. Le dimensioni e il peso delle larve del baco da seta aumentano rapidamente al 5° stadio 21. Pertanto, le larve del 5° stadio sono selezionate come fase per l'esperimento di alimentazione di nanoparticelle di chitosano/dsRNA. È a...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo studio è stato finanziato dalla National Natural Science Foundation of China (31501898), dal Science and Technology Program di Guangzhou (202102010465), dal Guangzhou Higher Education Teaching Quality and Teaching Reform Project (2022JXGG057) e dal progetto di ricerca del Comitato direttivo per i corsi online aperti delle università provinciali del Guangdong (2022ZXKC381).
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Provetta da centrifuga da 1,5 mL | Sangon | F601620 | per la reazione di dsRNA o nanoparticelle |
| 10 μ l. pipetta | Eppendorf | P13473G | per aspirare o risospendere il liquido |
| 100 μ l. pipetta | Eppendorf | Q12115G | per aspirare o risospendere il liquido |
| 2,5 μ l. pipetta | Eppendorf | P20777G | per aspirare o risospendere il liquido |
| 20 μ l. pipetta | Eppendorf | H19229E | per aspirare o risospendere il liquido |
| 200 μ l. pipetta | Eppendorf | H20588E | per aspirare o risospendere liquidi |
| 6 pozzetti Piastre a pozzetti multipli trasparenti trattate con TC Costar | 3516 | per l'allevamento di bachi da seta singolarmente | |
| Acido acetico | A116165 di Aladino | per fare TAE | |
| Agarosio M | BBI Life Sciences | per l'elettrofosi su gel di agarosio | |
| Bilancia analitica | Sartorius | BSA224S | al peso ingredienti |
| Centrifuga | Sartorius | Centrisart A-14C | per centrifugare per formare dsRNA o nanoparticelle |
| Chitosan | Sigma-Aldrich | C3646 | per combinare con dsRNA per la preparazione di nanoparticelle |
| EDTA | Sangon | A500895 | per fare TAE |
| Etanolo | Aladino | E130059 | per fare TAE, o per la precipitazione di dsRNA |
| Congelatore | Siemens | iQ300 | per immagazzinare dsRNA o nanoparticelle |
| GoTaq Green Master Mix | Promega | M712 | per la reazione PCR |
| GoTaq qPCR Master Mix | Promega | A6002 | per la reazione qRT-PCR |
| Isopropanolo | Aladdin | I112011 | per la precipitazione del dsRNA |
| Spettrofotometro UV-Vis a microvolume NanoDrop | ThermoFisher | One | per determinare la concentrazione del ph metro di dsRNA |
| Sartorius | PB-10 | per preparare tamponi Kit | |
| purificazione del prodotto per PCR in colonna SanPrep | B518141 Sangon | per la purificazione del prodotto PCR | |
| Acetato di sodio | Sigma-Aldrich | S2889 | per produrre 100 mM di tampone in acetato di sodio |
| Solfato di sodio | Sigma-Aldrich | 239313 | per produrre 100 mM di tampone solfato di sodio |
| T7 RiboMAX Express RNAi System | Promega | P1700 | per la sintesi di dsRNA |
| ThermoMixer | Eppendorf | C | per la generazione di dsRNA o il riscaldamento di nanoparticelle |
| Tris Sangon | A501492 | per fare TAE | |
| Vortex. | IKA | Vortex 3 | per preparare nanoparticelle di chitosano/dsRNA |
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