Voortplanting en ontwikkeling van de zebravis

Zebravissenembryo's beschikken over vele kenmerken die hen tot een favoriet model maken onder ontwikkelingsbiologen. Hun snelle, externe ontwikkeling en transparantie maken hen bij uitstek geschikt voor visualisatie. Bovendien lenen embryo's zich voor zowel fysieke als genetische manipulaties, waardoor onderzoekers de signalen die ontwikkelingsprocessen aansturen kunnen ontrafelen. Deze video behandelt de levenscyclus van de zebravis, de vroege stadia van de embryoontwikkeling, het opkweken van vissen tot volwassen leeftijd, en belicht enkele technieken die gebruikmaken van ontwikkelende zebravissenembryo's.

Laten we eerst de basisstappen in de ontwikkeling van de zebravis bespreken.

De levenscyclus van de zebravis is verdeeld in vier hoofdfasen: embryo, larve, juveniel en volwassen. De volledige levenscyclus van bevruchte eicel tot volwassene duurt slechts 90 dagen.

De vroege ontwikkeling verloopt in een snel, maar voorspelbaar tempo wanneer de embryo's worden gekweekt bij 28 °C. Hierdoor kunnen stadia worden gedefinieerd als het aantal uren of dagen na bevruchting (meestal afgekort als hpf of dpf). Wanneer de incubatietemperatuur echter wordt verhoogd of verlaagd, kunnen stadia nauwkeuriger worden geïdentificeerd aan de hand van morfologische kenmerken. Volgens deze methode worden de eerste 24 uur onderverdeeld in vijf fasen: zygote, klieving, blastula, gastrula en segmentatie. De pharyngula-fase omvat de daaropvolgende 24 uur totdat de embryo's uitkomen als larven.

Nu u bekend bent met de belangrijkste stadia van de ontwikkeling van de zebravis, zullen we de eerste 24 uur in meer detail bekijken.

De levenscyclus van de zebravis begint met een bevruchte eicel. Deze zygote heeft enkele belangrijke structuren, waaronder het chorion, het beschermende membraan rond het embryo, en de dooier die voedingsstoffen levert voor de embryonale ontwikkeling totdat de vis zelfstandig kan eten. Kort na de bevruchting verplaatst het cytoplasma zich naar één pool van het ei, waardoor een enkele cel, de blastoschijf, wordt opgeblazen.

Tijdens de klievingsperiode deelt de blastoschijf zich om blastomeren te vormen, die vervolgens snelle, gesynchroniseerde celdelingen ondergaan zonder celgroei.

Deze snelle delingen zijn mogelijk omdat RNA dat door de moeder in het ei is afgezet, wordt gebruikt om de eiwitten te maken die in de blastomeren functioneren, waardoor RNA-synthese niet nodig is. Tijdens de blastulaperiode begint het embryo zijn eigen RNA te maken, waardoor de celcyclus wordt verlengd. Deze periode omvat ook het begin van een dramatische beweging van cellen over het oppervlak van de dooier, bekend als epibolie.

Wanneer de cellen zich zodanig hebben voortbewogen dat ze ongeveer de helft van de dooier bedekken, begint de gastrulaperiode. Deze periode is vernoemd naar een ander type beweging, bekend als gastrulatie, waarbij cellen onder het oprukkende celfront migreren. Het resultaat zijn drie verschillende cellagen, de kiemlagen genoemd, bestaande uit het endoderm, mesoderm en ectoderm. Cellen in elk van deze drie lagen hebben zeer verschillende loten: het ectoderm geeft aanleiding tot de epidermis en het zenuwstelsel, het endoderm vormt het darmkanaal en het mesoderm genereert spieren, botten en het vasculair systeem.

Tegen 12 hpf begint het mesoderm zich te verdelen in somieten, weefselsegmenten langs de romp die later spierweefsel worden. Hoewel het aantal somieten de individuele stadia in deze segmentatieperiode definieert, gebeurt er tijdens deze periode van 10 uur nog veel meer. Al na 24 uur post-bevruchting zijn de embryo's actief en hebben ze zelfs een kloppend hart!

Het is een lange weg in slechts één dag, maar het werk van het embryo is nog niet voltooid! De embryo's blijven zich ontwikkelen binnen hun chorion tot ze na ongeveer 3 dagen post fertilisatie uitkomen als larven. Terwijl de energiereserves van de dooier snel worden uitgeput, ontwikkelen de larven spoedig gespecialiseerde structuren om te zwemmen, zoals de zwemblaas: een gasgevuld orgaan dat het drijfvermogen regelt. Na 7 dpf zijn de jonge vissen, of "fry", volledig mobiel en op zoek naar voedsel!

Klaar om een vis te adopteren? Je hebt een kwekerij nodig om je fry tot volwassenheid te laten groeien. Nee, niet helemaal op die manier. Larven worden in het begin in tanks geplaatst met weinig tot geen waterverversing, waarbij de waterstroom toeneemt naarmate de vissen hun vermogen om te jagen en te zwemmen verbeteren. Larven krijgen meestal een combinatie van gerehydrateerd droogvoer en micro-organismen, zoals paramecia, om de groeisnelheid te maximaliseren. Na 2-3 maanden in de kwekerij bereiken de vissen de volwassenheid, waarmee de levenscyclus wordt voltooid.

Nu we enkele van de belangrijkste stadia van de ontwikkeling van de zebravis hebben gezien, bekijken we een aantal technieken die worden gebruikt om deze stappen te bestuderen.

De geringe omvang en transparantie van zebravisembryo's maken hen geschikt voor RNA in situ hybridisatie. Deze techniek maakt gebruik van een gelabeld RNA-molecuul dat complementair is aan een mRNA van belang, om genexpressie in het gehele organisme te visualiseren. Veranderingen in genexpressie in de loop van de tijd en in specifieke organen zijn eenvoudig waarneembaar en bieden inzicht in ontwikkelingsprocessen.

Bovendien maakt de externe ontwikkeling van zebravisembryo's hen geschikt voor celtransplantatie. Cellen uit fluorescent gelabelde vroege embryo's kunnen worden getransplanteerd in niet-gelabelde gastembryo's en in de tijd gevolgd worden. Deze methode stelt onderzoekers in staat om te onderzoeken hoe celinteracties bijdragen aan de orgaanfunctie en om celbewegingen in vivo eenvoudig te visualiseren.

Ten slotte kunnen onderzoekers, omdat zebravisembryo's eenvoudig genetisch gemanipuleerd kunnen worden via microinjectie, de rol van specifieke genen tijdens de ontwikkeling onderzoeken vanaf het eencellige stadium. Om bijvoorbeeld het effect van functieverlies van een gen te bestuderen, kunnen zebravissen worden geïnjecteerd met morpholino's, wat antisense-oligonucleotiden zijn die zijn ontworpen om eiwitexpressie te blokkeren. Het screenen van geïnjecteerde vissen op ontwikkelingsfenotypes, zoals veranderingen in de assemblage van bloedvaten, biedt inzicht in de genetische controle van complexe ontwikkelingsprocessen.

U heeft zojuist de video van JoVE over de ontwikkeling van de zebravis bekeken. In deze video werd de levenscyclus van de zebravis geschetst, werden de stadia van de vroege ontwikkeling van de zebravis behandeld en werd de kracht van de zebravis als instrument in de ontwikkelingsbiologie belicht. Bedankt voor het kijken!