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I nematodi entomopatogeni (EPN) sono parassiti che uccidono insetti e formano partnership mutualistiche specifiche per specie con i loro simbiontibatterici 1. Le EPN sono composte da due famiglie: Steinermatidae e Heterorhabditidae, che si associano rispettivamente ai batteri Gram-negativi di Photorhabdus e Xenorhabdus spp. Durante la fase giovanile infettiva libera (IJ) dei nematodi Steinernema, i batteri Xenorhabdus sono ospitati in una tasca intestinale del nematode nota come ricettacolo, e quando l'insetto ospite penetra nell'emocoello, i batteri vengono rilasciati, dopodiché si moltiplicano e uccidono l'insetto persetticemia 3,4. In questa relazione mutualistica, i batteri producono composti antimicrobici e insetticidi, che proteggono dalla risposta immunitaria dell'ospite e forniscono supporto nutrizionale alnematode 5. In cambio, i batteri beneficiano della protezione fornita dal nematode ospite contro i microbi ambientali e sono facilitati nella loro dispersione verso nuove predeinsetti 6,7.
Negli ultimi decenni, la partnership Steinernema-Xenorhabdus è stata stabilita come un potente sistema sperimentale per studiare vari aspetti delle interazioni parassitarie e mutualistiche, come i comportamenti di ricerca di insettoospite 3, la colonizzazione batterica nel nematodeospite 8 e i comportamenti adattivi dei batteri simbiotici che facilitano le loro transizioni tra nematodi e animali ospitiinsetti 9. Gli EPN sono anche specie importanti per la sostenibilità del suolo e vengono utilizzati come agenti organici per il controllo dei parassetti per promuovere la produttivitàagricola 10,11.
Nonostante il rapido sviluppo di strumenti genetici nei batteri simbiotici Xenorhabdus e Photorhabdus12, gli strumenti genetici costanti nelle EPN sono stati rari. La microiniezione gonadale è stata stabilita con successo sia nei nematodi Heterorhabditis che in quelli di Steinernema 13,14. In precedenza, la microiniezione gonadale nel Heterorhabditis bacteriophora è stata utilizzata per fornire costantemente RNA a doppio filamento per la riduzione genica tra la prima generazione diprogenie 13,15. Recentemente, l'editing genomico CRISPR-Cas9 in Steinernema è stato sviluppato, emesso tramite microiniezione gonadale e ha portato a mutazioni precise, stabili edereditabili 14.
Una specie di Steinernema, S. hermaphroditum, si è dimostrata altamente trattabile e con grande potenziale come organismo modello geneticoemergente 4,14. Originariamente isolato dal suolo in Indonesia16 e ri-isolato in India17, S. hermaphroditum è costantemente ermafrodita, con un piccolo numero di maschi per generazione, due caratteristiche che facilitano l'adattamento degli strumenti genetici del nematode modello classico C. elegans4. Inoltre, il genoma di S. hermafroditum è stato sequenziato e assemblato nei cromosomi, semplificando il compito di identificare potenziali siti target Cas9 e progettare primer18.
Durante la microiniezione di EPN, una miscela di iniezione contenente reagenti appropriati, come dsRNA, proteina Cas9 o RNA guida, viene consegnata al nematode sinciziale tramite un ago estratto da un capillare di quarzo. Il volume e la pressione appropriati di iniezione producono un 'flusso' visibile di liquido in tutto il braccio gonadale. Poiché questi nematodi hanno una coppia di gonadi sinciziali composte da nuclei germinali che condividono lo stesso citosol19, questo approccio di microiniezione consente di essere accessibili più cellule germinali per l'editaggio, prima che avvenga la citocinesi, separando i nuclei germinali in ovocitiin sviluppo 20. Sebbene la microiniezione gonadale serva come tecnica coerente per la modulazione genetica in diverse specie di nematodi non modello 14,21,22,23,24,25, è fondamentale adattare le tecniche di iniezione alle strutture gonadali appropriate, allo stadio vitale e alle condizioni fisiologiche di ciascuna specie di nematode per garantire successo e alta efficienza nella somministrazione. Le tecniche di recupero post-iniezione e la manutenzione delle linee mutanti sono entrambe importanti per garantire che questa tecnica sia economicamente efficiente.
Questo studio dimostra un protocollo di editing genomico CRISPR-Cas9 nello Steinernema hermaphroditum. La microiniezione gonadale è descritta nel giovane adulto, uno stadio resistente alla microiniezione ad alta pressione e ricettivo all'editinggenico 14. Inoltre, sono forniti metodi dettagliati per il mantenimento delle linee mutanti ereditarie e stabili, sia tramite crioconservazione che tramite la propagazione tramite insetti.