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Research Article
Gee-Way Lin1,2, Chun-che Chang1,2,3,4
1Department of Entomology,National Taiwan University, 2Institute of Biotechnology,National Taiwan University, 3Research Center for Developmental Biology and Regenerative Medicine,National Taiwan University, 4Genome and Systems Biology Degree Program,National Taiwan University and Academia Sinica
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
アブラムシの胚に対する全量免疫染色のプロトコルが提示され、バックグラウンド染色の減少と組織透過性の増加のための重要な条件が対処されます。これらの条件は、アブラムシの胚組織におけるタンパク質発現を効果的に検出するために特別に開発されました。
配列決定されたゲノムと豊富な表現型可塑性とエンドウAcyrthosiphonエンドウアブラムシは、ゲノムおよび発達の研究のための新たなモデルとなっています。他のアブラムシ、Aのよう 。 エンドウ胚は卵巣管に組立ライン方式で卵の室内で開発単為生殖胎生再現、を経て急速に伝播します。これまで我々は、アブラムシの胚におけるmRNA発現の検出を可能にするin situハイブリダイゼーションホールマウントの堅牢なプラットフォームを確立しています。タンパク質の発現を分析するために、しかし、満足な結果を生じなかった無性胎生アブラムシのovariolesを免疫染色するためのプロトコルを確立しました。ここでは、組織透過性を増加させ、確立されたアプローチを適用する際に問題があったどちらもバックグラウンド染色を、減少させるための最適化された条件をレポートします。最適化が含まれます:必須のFを発見されたプロテイナーゼK(1 / mlの、10分)、の(1)のインキュベーション中・後期アブラムシ胚または抗体の浸透; (2)ジゴキシゲニン(DIG)により供給されるブロッキング試薬と正常ヤギ血清/ウシ血清アルブミンの交換は、バッファセットと、内因性ペルオキシダーゼを漂白するためにメタノールではなく、過酸化水素(H 2 O 2)、(3)アプリケーションをベース。これはかなりアブラムシ組織におけるバックグラウンド染色を減少させました。免疫染色のために最適化されたこれらの重要な条件は、A。 エンドウ及び他のアブラムシの胚における遺伝子産物の効果的な検出を可能にします。
アブラムシは、小さな(1-10 mm)のソフトボディと半翅目の昆虫です。彼らはピアス口器と師部の樹液を吸引することにより、植物を餌に。さらに、彼らは師部樹液の食事で不足している必須アミノ酸を合成するために、必須の細胞内共生細菌、 ブフネラの aphidicolaに依存しています。アブラムシは、春と夏の長日日長、彼らは越冬卵1,2の数が限られて横たわっている間、短日の光周期によってトリガ性的卵生再生時の単為生殖胎生再生を含んで複雑 な生活史を持っています。春に秋まで単為生殖の多くのラウンドに続いて、すべての女性のアブラムシ(fundatrices)の第一世代を生成するために、これらの卵が孵化。毎年恒例のライフサイクルにおける無性生殖と有性段階の代替アブラムシの周期的単為生殖は、進化のノベルティ1,2と見なされてきました。単為生殖胎生アブラムシで、胚発生は、卵巣細管(ovarioles)の卵の室内で行われます。これとは対照的に、性的卵生の胚は受精卵で開発しています。別に生殖可塑性から、アブラムシは、世代間の翼polyphenismを表示することができます。過密信号と捕食者の脅威に対応して、翼のない無性女性はviviparously長距離移動のための翼の子孫を生成することができます。エンドウヒゲナガアブラムシのゲノム配列の公表Acyrthosiphonエンドウ -theの最初のゲノム配列基礎不完全変態の昆虫ができます生殖可塑性、翼polyphenism、分子のアブラムシで昆虫植物の相互作用、ウイルスベクタとの共生など、他の機能のさらなる調査基礎3。
ゲノム配列決定に加えて、遺伝子発現および機能を特徴づけるためのツールは、成熟したモデル生物として4エンドウアブラムシを促進するために必要とされます。我々は全体のマウントの堅牢なプロトコルを記載しています5-7でのmRNAの発現を検出するためのin situハイブリダイゼーション。二本鎖RNAの注入と給電ビアRNA干渉(RNAi)はアブラムシの幼虫及び成虫における遺伝子サイレンシングのために使用されてきたが、胚における遺伝子ノックダウンのための安定した条件がまだ8-10報告されていません。免疫染色、およびRNAiノックダウン後、エンドウアブラムシ胚11-13で行われた前のサンプル中のタンパク質の発現を検出することができる抗体に基づくアプローチ。しかし、組織透過性およびバックグラウンド染色の除去の増加は、エンドウアブラムシの無性胎生胚における免疫染色のための標準プロトコルを使用して、まだ不十分です。たとえば、私たちは、組織への抗体の浸透が(ステージ8-10)胚をgastrulatingに減少し、形態学的に識別可能な肢芽(ステージ13〜14)との胚は、抗体にほとんど透過性であることがわかりました。また、バックグラウンド染色は無性viviparoで可視化されました私たちエンドウアブラムシの胚は、生殖細胞系列マーカーヴァーサだけでなく、胚性セグメント12,13で表現エングレイルド/半円形の波形のタンパク質に対するそのに対する抗体を用いて染色しました。実際にはバックグラウンド染色は、まだ二次抗体のみで染色した胚ではっきりと見えました。
アブラムシ組織の完全性に損傷を与えることなく、透過性を高めるために、我々は慎重にプロテイナーゼKの濃度を滴定し、アブラムシの胚における組織消化のための最適条件を決定しました。エンドウアブラムシに非特異的な染色を避けるために、我々は、効率的に胚をブロックし、免疫染色の間、信号を増幅するために用いられる酵素の内因性のペルオキシダーゼ(POD)の活性を抑制し得る化合物について検索しました。伝統的に使用される通常のヤギ血清ではなく(NGS)、ジゴキシゲニン(DIG)ベースのバッファセットによって提供されるブロッキング試薬/ウシ血清アルブミン(BSA)は、有意にバックグラウンド染色を減少させました。また、メタノールはINHIことが見出されましたより効果的に過酸化水素(H 2 O 2)に比べ、内因性POD活性をビット。胚の免疫染色のためにこれらのアブラムシ、特定の条件に関する詳細は、以下のセクションで説明します。
アブラムシの1.文化
注:単為生殖胎生エンドウアブラムシAの実験室株エンドウは、もともと台湾中部に回収し、300以上の世代のために長日の光周期の下で宿主植物(エンドウのエンドウのマメやソラマメソラマメ )で飼育されています(一世代:〜10日)。
2.解剖と卵巣の固定
3.プロテイナーゼK(PK)での処置は、胚組織の透過性を高めるために
注:PK処理は、生殖帯域拡張以降(開発段階11)からの胚に適用されます。若い胚の場合、このステップはオプションです。
内因性ペルオキシダーゼ(POD)活性を抑制するための4メタノールインキュベーション
注:メタノールのインキュベーションは、メタノールに敏感であるファロイジン染色または抗体エピトープを施した胚には適用されません。
5.抗体染色
6.核とF-アクチン染色
注:これは、免疫蛍光染色のために適用されます。
7.シグナル開発
注:これは、発色性染色のために適用されます。
8.アブラムシ胚をマウントします
注:アブラムシ胚の厚さは、開発の段階との間で変化します。マウントの戦略は、このように、中間(ステージ、早期(germariaやステージ0-10)を合わせて変更されています11-18)、および図2Bに示されてい後期胚(ステージ19〜20)、 - D。胚のステージングは、三浦らを追った。12
9.イメージング解析
本研究では、無性エンドウアブラムシ( 図1A)の胚のホールマウントの免疫染色を行いました。これらの女性は、単為生殖とviviparously子孫を生産します。これらの女性の胚は、卵巣細管(ovarioles)( 図1Bおよび図2A)の卵の室内で開発しています。顕微鏡検査の前に、解剖ovariolesは染色標的です。しかし、卵室の分離は、顕微鏡( - D 図2B)の下で胚を観察するために必要とされます。
組織透過性の増加
プロテイナーゼK(PK)の治療は、組織浸透性を高めるため、いくつかのモデル生物-ような線虫 (線虫)として、 キイロショウジョウバエ (フライ)の胚のための標準的なアプローチであり、 ゼブラフィッシュ (ゼブラフィッシュ) - この手順はオプションです。エンドウアブラムシでは、PK処理のための要件は、ステージに依存します:前原腸陥入にgermaria胚(ステージ0-7)のために、PK処理を省略することができます。しかし、胚帯拡張子(ステージ11)の下または後の段階で胚のために、この手順を強くお勧めします。例えば、中間胚信号中かろうじてPK処理( - C 図3A)なしの胚で検出されました。対照的に、シグナル強度が有意に( ' - C'、A " - C" 図3A)PK消化に供した胚に増強されました。
バックグラウンド染色の減少
内因性のペルオキシダーゼ(POD)活性のハイレベルは、アブラムシの胚組織で同定されました。この酵素活性を抑制するために、パラホルムアルデヒドで固定した胚は、HYの存在下でインキュベートしました。drogen過酸化水素(H 2 O 2)、PODの酸化のための一般的な試薬。我々の結果は、H 2 O 2処理は、後期胚( 図4A、D)に効果的に内因性PODの活性を抑制しなかったことを示しました。対照的に、バックグラウンド染色は、主にメタノールのインキュベーション( 図4B、C、E、F)に供した胚において減少しました。抗体染色のための標準的なプロトコールに記載されているように、一次抗体胚の適用前にNGSおよびBSAを含む溶液中でブロックしました。しかし、アブラムシの胚中の残留バックグラウンド染色は( ' - C' 図3A)が検出されました。この問題は、このようなin situハイブリダイゼーション ( " - C" 図3A)のように、DIG標識実験のためのバッファセットによって供給されたブロッキング試薬とNGS / BSAを交換した後解決されました。そこで我々は、DIG-Bとメタノールとのインキュベーションでそのポストの固定を締結ブロッキング試薬は、両方のアブラムシ胚におけるバックグラウンド染色を減少させるために必須です。
PK処理およびDIG-B遮断剤は、発色性にも蛍光のアプローチを使用していない唯一の有効な信号検出のために必要とされます。メタノールに敏感なエピトープにファロイジンまたは染色アクチン染色は、しかし、アクチンまたは抗体の天然形態を破壊することができ、メタノール、で前固定後胚では動作しません。蛍光免疫染色を行う際に、この処理は避けるべきです。別にメタノール処理工程をなくすから免疫蛍光は、アブラムシ胚においてマルチ標識実験を可能にします。例えば、共焦点顕微鏡を用いて、エンドウアブラムシVasa1タンパク質(ApVas1)生殖細胞において、αチューブリン、微小管に、F-アクチンマイクロフィラメントにおいて、核中のDNAは、同時にマークされ、可視化することができた( 図5A、C)。 CHROとの比較において標識化のための条件を採用。 - mogenic方法( 図5B)は 、の蛍光標識したサンプルを切片の共焦点は、このような早期のアブラムシ胚における生殖細胞質とcellularizing生殖細胞におけるApVas1(D」 図5(c) '、D)としてローカライズされた信号の優れた分解能を提供上記の生殖細胞は、拡張胚帯のセグメントにおけるエングレイルド/半円形の波形のタンパク質は、抗体4D9( 図6)で染色した。これは、免疫染色-を含む発色性および蛍光のために私たちのプロトコルを効果的検出を信号に適用される方法は、できることを示しています生殖系列とアブラムシにおける体細胞系統の両方インチ

図1.単為生殖胎生エンドウアブラムシ。(A)無性胎生雌成虫から出現する1齢幼虫。 (B 12の間に可変であってもよいです。卵巣管は、先端部(矢印)、1-2卵母細胞、および5-7胚室内の胚腺が含まれています。ガットと尾は通常解剖卵巣に関連している。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

開発のさまざまな段階でアブラムシの胚を装着するための戦略の図2.イラスト。単為生殖胎生雌成虫から解剖卵巣管における胚発生の(A)の概要。簡単な卵形成(germarialステージとステージ0-2)は、胚(ステージ3-20)が続いています。胚発生の概要:F合胞体胚盤葉のormation(ステージ3-5)。胞胚形成(ステージ6-7)。原腸形成(ステージ8-10)。生殖バンドの伸び(段階11-14)。 katatrepsis(段階15)。ポストkatatrepsisと胚芽バンド後退(ステージ16〜17)。器官形成(ステージ18〜20)。カラーキーは、図の下にあります。 (B、B ')胚腺および0-10胚をステージ。いいえカバーガラスブリッジは必要ありません。 (C、C ')は 11-18胚をステージ。カバースリップのブリッジが必要とされます。 (D、D ')は、19〜20胚をステージ。ダブルカバースリップのブリッジが必要です。カバースリップをスライドさせて胚をローリング観察の異なる角度を作成することができます。カバーガラスのサイズ:22×22(B)mmで、(C)で18×18ミリ、(D)。カバーガラスの厚さ:0.13 0.16ミリメートル。胚ステージングは三浦に従っら 12略語:G:胚腺; ST:ステージ。.COM /ファイル/ ftp_upload / 53883 / 53883fig2large.jpg「ターゲット= "_空白">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3.プロテイナーゼK処理と異なるブロッキング効果を持つ試薬の比較卵室の前方には、左側にあります。すべてのビューは、背側は(B "、C '、C")に示されている胚を除いて横方向です。胚は全てApVas1抗体(希釈率1:500)を用いて染色され、ApVas1の信号は、10〜20秒以内に開発されています。矢頭は、生殖細胞の位置を示しています。 (A - C)胚プロテイナーゼK(PK)の処理なし。生殖細胞におけるApVas1信号がほとんど検出されています。 (A ' - C'、A " - C")胚圏におけるバックグラウンド染色の比較( ' - C' A)および DIG洗浄およびブロックバッファーセット(DIG-B)(A " - C")の商業ブロッキング試薬のNGSとBSAでヒツジシラミバエ。バックグラウンドを大幅に(「 - C」A)に示した胚において減少します。略称:B:細菌。スケールバー:100ミクロン、この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図4は、メタノールとのバックグラウンド染色を最小化胚の前方が左にあります。すべてのビューは、背側です。胚は、抗体の浸透性を高めるためのPKで処理されます。矢頭は、生殖細胞の位置を示しています。処置の(A、B、D、E)の比較過酸化水素(H 2 O 2)、メタノールで。胚は二次抗体のみで染色されています。 H 2 O 2処理 (w / vの0.3%、10分):高いバックグラウンド(A、D)。メタノール処理(100%、60分):低バックグラウンド(B、E)。 (C、F)メタノールで処理した胚の一次抗体染色。メタノール処理の条件は、(B、E)に示した胚に使用されるものと同一です。 ApVas1抗体が優先的に胚性生殖細胞を標識します。スケールバー:100ミクロン、この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

初期胚の図5.免疫蛍光染色。 (B)で500:1 - ApVas1抗体の希釈率は、(D A、C)で1:50です。 ApVas1、αチューブリン、F-アクチン、および核DNAを含む(A)染色信号は、波長の異なる4つのチャネルを使用して検出されます。信号のカラーキーは、図の下部に示されています。 (B)は、比較のため、発色性、結果のDICイメージ。 ApVas1は、ステージ3の胚にApVas1(矢印)の後部局在のコントラスト強度に対し、胚腺内に濃縮されている(C、C ')に示すもののように明確ではありません。 (C、C ')卵の後部でApVas1信号の充実。卵室(矢印)の後方領域に局在化した信号を画像スタッキングによって強化されています。 F-アクチンおよびαチューブリンの信号が、部分的に(後方にApVas1のものをマスクしているためC)、単チャネリング走査によって生成された画像は、(C ')に示されています。 (D - D '')ステージ4胚の後部領域に局在ApVas1の共焦点切片。 (D)及び(D ')に示す画像がApVas1はそれぞれ、表面および中央焦点面で検出されます。 (D ")は 、(D)および(D ')と同じ胚からのすべてのセクションのマージされた画像である略語:として:アスター; FC、包細胞; POC、将来の卵母細胞; SP:スピンドル; TC、栄養コード。スケールバー:10μmで、この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図6.胚セグメントの免疫染色。アン卵室のteriorは左にあります。 PK処理した胚は、胚のセグメントに発現されるエングレイルド/半円形の波形のに対するモノクローナル抗体4D9で染色されています。信号のカラーキーは、図の下部に示されています。 (A、A ')ステージ13胚の免疫蛍光染色。 (A)、エングレイルド/半円形の波形の、αチューブリン、F-アクチン、および核DNA染色の画像から順に積層共焦点像。 (A ')のみエングレイルド/半円形の波形のの染色を示す共焦点像。他のチャネルからの信号の干渉を受けることなく、信号をより良く表示されます。それぞれのステージ13と開発の17で胚に(B、C)発色染色、。 (B)はステージ13胚。 (C)ステージ17胚。ステージから13〜17に、腹部のセグメントの成長数は4D9によって標識されています。 (D)陰性対照(-Ctrl)染色アレクサフルオロ633と結合した二次抗体は殆ど免疫染色信号は、一次抗体なしで卵巣管で検出されないだけでる。しかし、ステージ7と卵室13内の細菌の自己蛍光(破線)は、励起波長488nmで検出されます。略語:A:腹部。 B:細菌; H:ヘッド。 T:胸部。スケールバー:100ミクロン、この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
著者らは開示するものは何もない。
アブラムシの胚に対する全量免疫染色のプロトコルが提示され、バックグラウンド染色の減少と組織透過性の増加のための重要な条件が対処されます。これらの条件は、アブラムシの胚組織におけるタンパク質発現を効果的に検出するために特別に開発されました。
モノクローナル4D9抗体を提供してくださったChau-Ti Ting氏(台湾のFly Core社)、共焦点顕微鏡法を提供してくださったNTU生命科学部のTechnology Commons社(TechComm)、原稿の校正をしてくださったHsiao-Ling Lu氏、撮影を手伝ってくれたChen-yo Chung氏に感謝します。CCは特に、戦略的な提案を提供し、原稿の批判的な編集を行ったCharles E. Cookに感謝します。この研究は、科学技術部(101-2313-B-002-059-MY3および104-2313-B-002-022-MY3(GWLおよびCC用)および国立台湾大学(NTU-CESRP 101R4602D3、GWL用103R4000)の支援を受けました。
| 30% ペルキシダーゼ水素 (H2O2) | Sigma-Aldrich | 18304 | 胚の内因性ペルオキシダーゼの漂白用。 |
| 4フィート6-ジアミジノ-2-フェニル-インドール二塩酸塩 (DAPI) | Sigma-Aldrich | D9542 | 二本鎖DNAの標識用。毒性。手袋を着用し、小さなアリコートに分配し、露出を最小限に抑えるためにフィーズ |
| 4D9 抗エングレイル/インベクトマウスモノクローナル抗体 | 発生研究 ハイブリドーマバンク | AB_528224 | 胚の発達中のセグメントをラベリングするため。 |
| ApVas1ウサギポリクローナル抗体 | 私たちの研究室 | N/A | 胚中のアブラムシ生殖細胞特異的Vas1タンパク質の標識用。この抗体は当研究室で作製しました。 |
| Austerlitz 昆虫ピン | ENTOMORAVIA | N/A | 卵巣から各卵室を分離するため。サイズ000、ブラックエナメル |
| ウシ血清アルブミン(BSA) | Sigma-Aldrich | 9048-46-8 | 抗体の非特異的結合を阻害します。 |
| カメラは、アブ | ラムシの胚の撮影のために | 、複合顕微鏡キヤノン | EOS 5D | に接続されています。
| 比色8細胞トレイ | Kartell Labware | 357 | アブラムシ胚の染色シグナルを発達させます。直径95 x 57 mm、セル深さ2 mm。 |
| DIC光学系複合顕微鏡 | ライカマイクロシステムズ | DMR | スライドに取り付けられたアブラムシの胚の撮影用。 |
| DIGウォッシュ&ブロックバッファーセット | Sigma-Aldrich(ロシュ社) | 11585762001 | 抗体の非特異的結合をブロックします。10x Blocking 溶液を 1x に希釈してブロッキング試薬として使用しました。 |
| 鉗子 | Ideal-tek | N/A | アブラムシの卵巣の解剖用。メーカー部品番号5:5 SA. |
| ガラススポイト | N/ | A N/A | アブラムシの卵巣をスプロットプレートからチューブに移すため 全長150mm、先端長5 3/4インチ。 |
| グリセロール | Sigma-Aldrich | G5516 | アブラムシの胚の清澄化とマウント用。 |
| グリシン | バイオショップ | N/A | プロテイナーゼK(PK)の酵素活性を阻害します。 |
| ヤギ抗マウスIgG標識Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11017 | マウスからの一次抗体の検出用。 |
| ヤギ抗ウサギIgG標識Alexa Fluor 633 | Invitrogen | A21072 | ウサギ由来の一次抗体の検出用。 |
| Intelli mixer | ELMI実験装置 | RM-2M | 試薬と卵巣の反応を改善します。 |
| レーザー走査型共焦点顕微鏡 | ライカマイクロシステム | ズSP5 | florecent tagでスライドに取り付けられたアブラムシの胚の撮影用。 |
| メタノール | Burdick and Jackson | AH2304 | 胚の内因性ペルオキシダーゼの漂白用。 |
| 顕微鏡スライド | Thermo scientific | 10143560 | 胚のマウント用。SUPERFROSTの地面の端、ca。76 x 26 mm。 |
| 顕微鏡カバーガラス | マリエンフェルド | 0101030 | スライドに胚をマウントするため。サイズ 18 x 18 mm 厚さ No.1 (0.13 から 0.16 mm) |
| 顕微鏡カバー メガネ | マリエンフェルド | 0101050 | スライド上に胚をマウントします。サイズ 22 x 22 mm. 厚さ No. 1 (0.13 to 0.16 mm) |
| マウスモノクローナル抗αチューブリン抗体 (DM1A) | Santa Cruz Biotechnology | sc-32293 | 細胞のα-チューブリンの分布を標識します。 |
| マニキュア | N/A | N/A | スライドのカバースリップを密封するため。 |
| 正常なヤギ血清(NGS) | Sigma-Aldrich | G9023 | 抗体の非特異的結合を阻害します。 |
| パラホルムアルデヒド(PFA) | VWR | MK262159 | アブラムシの卵巣の固定用。 |
| ファロイジン-TRITC | Sigma-Aldrich | P1951 | 胚上のF-アクチンの分布を標識するため。 |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | N / A | N / A | アブラムシ卵巣の等張液として。 |
| プラスチックスポイト | N/A | N/A | アブラムシの卵巣をチューブから細胞トレイに移すため。サイズ 3 ml. |
| プロテイナーゼK | メルク | 124678 | 細胞膜に孔を作製(パンチング)し、抗体へのアクセスを促進するため |
| Pyrexスポットプレート | N/A | N/A | 顕微鏡下でのアブラムシ卵巣の解剖および色反応用。直径22 mmの各キャビティと 奥行き7mm。 |
| SIGMAFAST 3,3'-ジアミノベンジジン(DAB)錠剤 | Sigma-Aldrich | D4168 | 基板信号の現像用。DABペルオキシダーゼ基質錠剤セットとも呼ばれます。 |
| 実体顕微鏡 | ライカマイクロシステムズ | EZ4 | アブラムシの卵巣の解剖と観察用。 |
| Triton-X 100 | Sigma-Aldrich | T8787 | 細胞膜に毛穴を開ける(パンチング)用 |
| VECTASHIELD Elite ABC Kit (Rabbit IgG) | ベクターラボ | PK-6101 | シグナルの強化に。ビオチン化ヤギ抗ウサギIgG二次抗体、AおよびB試薬を含みます。 |
| VECTASHIELD封入用剤 | ベクター研究所 | H1000 | アブラムシの胚の清澄化と埋込用。 |