곤충 우사회성의 많은 특성은 식민지 내 의사 소통과 노동 분업에 의존합니다. 미세 주입 및 CRISPR 매개 돌연변이 유발을 통한 개미 배아의 주요 조절 유전자의 유전자 조작은 진사회적 곤충의 이타적 행동의 본질에 대한 통찰력을 제공합니다.
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이 논문에서
요약
초록
사회적 행동 및 생식 분업과 같은 진사회적 곤충의 독특한 특성은 유전 시스템에 의해 제어됩니다. 유전자가 사회적 형질을 조절하는 방법을 다루기 위해 우리는 CRISPR 복합체를 세포 융합 단계에서 어린 배아에 전달하여 돌연변이 개미를 개발했습니다. 여기에서 우리는 현저한 표현형 가소성을 나타내는 포네린 개미 종인 Harpegnathos saltator에서 CRISPR 매개 돌연변이 유발 프로토콜을 제공합니다. H. 소금 개미는 실험실 환경에서 쉽게 사육됩니다. 배아는 Cas9 단백질로 미세 주입하기 위해 수집되고 집에서 만든 석영 바늘을 사용하여 시험관 내에서 합성 된 작은 가이드 RNA (sgRNA)가 수집됩니다. 주입 후 배아는 식민지 외부에서 사육됩니다. 첫 번째 유충이 출현 한 후, 모든 배아와 유충은 추가 개발을 위해 몇 명의 간호 종사자와 함께 둥지 상자로 옮겨집니다. 이 프로토콜은 개미의 카스트 특이적 생리학 및 사회적 행동 분석을 위한 돌연변이 유발을 유도하는 데 적합하지만 더 넓은 범위의 hymenopteran 및 기타 곤충에도 적용될 수 있습니다.
서론
곤충의 진사회성, 즉 Hymenoptera와 Blattodea (이전의 Isoptera)의 진화는 개인과 식민지 수준 모두에서 나타나는 독특하고 종종 정교한 행동 특성을 초래했습니다. 가장 진보 된 사회 곤충 그룹을 특징 짓는 특성 인 생식 분업은 종종 여러 행동 적으로 그리고 종종 형태 학적으로 독특한 그룹으로 구성된 카스트 제도를 포함합니다. 카스트 간의 이러한 행동 및 형태 학적 다양성은 유전 체계뿐만 아니라 종종 환경 1,2,3,4에 의해 통제되어 진생 곤충을 유전 및 후성 유전 학적 연구에 매력적인 주제로 만듭니다.
진사회적 곤충의 유전 시스템을 조작하는 능력은 많은 종들이 실험실 환경에서 짝짓기 및 번식하지 않기 때문에 어려운 것으로 입증되었습니다. 대부분의 eusocial 곤충은 또한 식민지에 생식 개체가 거의 없기 때문에 생산할 수있는 자손의 수를 제한하고 결과적으로 유전자 조작을위한 표본 크기를 제한합니다5. 또한, 많은 진사회적 곤충은 유전 연구에 일반적으....
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프로토콜
1. 하르페냐토스 염제 식민지의 정기적인 유지 관리
- 야생형 콜로니를 22-25°C의 개미 사육실에서 투명한 플라스틱 상자에 보관하고 12시간 빛: 12시간 어두운(12L:12D) 조명 일정의 광주기를 유지합니다.
- 작은 상자 (9.5 x 9.5 cm2)를 사용하여 개별 작업자 또는 소규모 식민지를 양육하십시오. 중간 크기의 상자(19 x 13.5cm 2) 또는 큰 상자(27 x 19cm2)를 사용하여 더 큰 군체를 사육합니다(그림 1).
- 둥지 상자를 만들려면 석고를 사용하여 상자 바닥을 만드십시오. 젖은 석고가 중간 및 큰 상자에서 건조되면 거품 블록을 상자 뒤쪽에서 몇 센티미터 깊이와 몇 센티미터 깊이의 석고에 눌러 낮은 둥지 영역을 지정합니다. 석고가 마르면 지정된 둥지 부분을 정사각형 유리 조각으로 덮으십시오.
참고: 작은 상자에서는 아래쪽 둥지 영역을 지정할 필요가 없습니다. 개미가 지정된 낮은 둥지 영역을 사용하는 것을 게을리하는 경우 사각형의 빨간색 셀로판으로 유리를 덮는 것이 도움이 될 수 있습니다. 이것은 H. saltator 가 야생에서 사용하는 둥지와 유사한 어두....
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결과
여기에 제공된 프로토콜을 사용하여 Harpegnathos saltator 배아에서 게놈 편집이 성공적으로 수행되었습니다. 이러한 결과는 중합효소 연쇄 반응 및 주입된 배아에서 추출한 DNA의 pGEM 클로닝과 DNA 시퀀싱을 통해 검증되었습니다. 이 프로토콜을 사용한 체세포 돌연변이 유발의 효율은 약 40 %에 도달했습니다. F1 돌연변이 수컷은 야생형 암컷과 교배되어 이형 접합체 F2 암컷을 생산했으며, 짝짓기하지 않으면 F3 수컷을 생산했습니다. 돌연변이 F3 수컷은 F4 동형접합체 돌연변이 암컷을 생산하기 위해 이형접합체 암컷과 교배되었다. 표적 펩티드의 부재는 이들 F4 동형접합체 여성 개체의 질량분석법을 통해 추가로 확인하였다. 날개는 미세 해부 가위를 사용하여 수컷에서 자르고 유전형 분석 목적으로 사용되었습니다. 작업자는 날개가 없기 때문에 일반적으로 실험 후 희생되고 유전형이 지정됩니다. 성공적인 돌연변이 유발의 결과로, 표적 유전자의 손실과.......
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토론
개미, 벌, 말벌, 흰개미를 포함한 곤충들 사이에서 우사회성의 진화는 새로운 행동 및 형태학적 특성의 출현을 가져왔으며, 그 중 많은 부분이 환경 및 유전적 요인의 조합에 의해 영향을 받는 것으로 이해됩니다1,2,3,4. 불행히도, 유전학 분야의 연구 모델로서의 eusocial 곤충의 매력과 유용성은이 그룹의 돌연변이 유발과 관련된 어려움으로 인해 방해 받았다. 이러한 장애는 번식 분업으로 인해 발생하며, 이는 식민지의 소수의 구성원 만 번식 할 수있는 진사회적 곤충의 핵심 특성입니다. 이 특성은 돌연변이 자손의 수에 제한을 두고 유전 계통의 발달을 어렵게 만듭니다5. 포네린 개미 종인 Harpegnathos saltator는 모든 암컷이 고립.......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 글
저자는 뉴욕 대학의 Danny Reinberg와 Claude Desplan의 실험실과 애리조나 주립 대학의 Jürgen Liebig의 실험실에 개미 유전학에 대한 지원에 감사드립니다. Hua Yan은 국립 과학 재단 I/UCRC, 보조금 번호 IIP-1821914에 따른 절지동물 관리 기술 센터 및 업계 파트너의 지원을 인정합니다. Maya Saar는 미국-이스라엘 양국 농업 연구 개발 기금, Vaadia-BARD 박사후 연구원 번호 FI-595-19의 지원을 받았습니다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 항생제-항진균제(100X) | ThermoFisher | 15240-062 | |
| Cas9 단백질(NLS, 고농도 | PNA Bio | CP02 | |
| 셀로판 롤 20인치 X 5 | 하이포글로스 제품 | B00254CNJA | 제품에는 많은 색상 변형이 있습니다. 개미 둥지를 만드는 데 사용하기 위해 빨간색으로 구입하십시오. |
| Eclipse Ci-S 정립 현미경 | Nikon | Ci-S | |
| 깃털처럼 가벼운 집게, 좁은 팁 | BioQuip | 4748 | |
| FemtoJet ll microinjector | Eppendorf | 920010504 | 이 제품은 Eppendorf에서 더 이상 판매하거나 지원하지 않습니다. 대신 유사한 마이크로인젝터를 사용할 수 있습니다. |
| 마이크로로더 피펫 팁 | Eppendorf | 930001007 | |
| NCBI 데이터베이스 | National Center for Biotechnology Information | 유전자 ID: 105183395 | |
| P-2000 마이크로피펫 풀러 | 서터 Instruments | P-2000/G | |
| 플라스틱 상자 (19 X 13.5 cm2) | Pioneer Plastics | 079C | |
| 플라스틱 상자 (27 X 19 cm2) | Pioneer Plastics | 195C | |
| 플라스틱 상자 (9.5 X 9.5 cm2) | Pioneer Plastics | 028C | |
| 필라멘트가 없는 석영 유리 | Sutter Instruments | Q100-50-7.5 | |
| Vannas 가위, 8.5cm | 세계 정밀 기기 | 500086 | |
| Winsor & Newton Cotman Water Colour Series 111 짧은 핸들 합성 브러시 - 라운드 #000 | Winsor and Newton | 5301030 |
참고문헌
- Evans, J. D., Wheeler, D. E. Expression profiles during honeybee caste determination. Genome Biology. 2 (1), 1-6 (2000).
- Keller, L. Adaptation and the genetics of social behaviour. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sc....
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재인쇄 및 허가
