De evolutie van eusocialiteit bij insecten, namelijk die van de orden Hymenoptera en Blattodea (voorheen Isoptera), heeft geresulteerd in unieke en vaak geavanceerde gedragskenmerken die zich manifesteren op zowel individueel als kolonieniveau. Reproductieve arbeidsverdeling, een eigenschap die de meest geavanceerde groepen sociale insecten kenmerkt, omvat vaak kastensystemen die bestaan uit verschillende gedragsmatige en vaak morfologisch onderscheidende groepen. Een dergelijke gedrags- en morfologische diversiteit tussen kasten wordt niet alleen gecontroleerd door hun genetisch systeem, maar ook vaak door de omgeving 1,2,3,4, waardoor eusociale insecten aantrekkelijke onderwerpen zijn voor genetisch en epigenetisch onderzoek.
Het vermogen om het genetische systeem van eusociale insecten te manipuleren is een uitdaging gebleken, omdat veel soorten niet paren en zich voortplanten in laboratoriumomgevingen. De meeste eusociale insecten hebben ook zeer weinig reproductieve individuen in een kolonie, waardoor het aantal nakomelingen dat kan worden geproduceerd wordt beperkt en bijgevolg de steekproefgrootte voor genetische manipulatie wordt beperkt5. Bovendien hebben veel eusociale insecten lange generatietijden in vergelijking met insecten die vaak worden gebruikt voor genetische studies (zoals Drosophila), wat bijdraagt aan de moeilijkheid om genetische lijnen vast te stellen5. Sommige eusociale soorten kunnen echter een groot deel van de reproductief actieve individuen in een kolonie genereren, wat de uitdagingen verlicht en mogelijkheden biedt om mutante of transgene lijnen vast te stellen.
In het geval van de ponerinemierensoort, Harpegnathos saltator, kunnen alle vrouwelijke werksters reproductief actief worden na de dood van een koningin of sociaal isolement. Deze arbeiders worden "gamergates" genoemd en kunnen worden gebruikt om nieuwe kolonies te genereren6. Bovendien kan er meer dan één gamergate aanwezig zijn in een kolonie, waardoor de productie van nakomelingenmet 5,7,8 toeneemt. Tot nu toe zijn mutante en/of transgene lijnen ontwikkeld in de Europese honingbij, Apis mellifera, en in de mierensoort, H. saltator, Ooceraea biroi en Solenopsis invicta 9,10,11,12,13,14,15 . Genetische analyses bij sociale bijen en mieren hebben de weg vrijgemaakt voor een beter begrip van eusocialiteit, waardoor een scala aan mogelijkheden wordt geboden om genen en hun effecten op eusociale insectengedrag en kastespecifieke fysiologie te bestuderen.
Hier bieden we een protocol voor genetische modificatie via het CRISPR/Cas9-systeem in H. saltator. Specifiek werd deze techniek gebruikt om een kiembaanmutatie te genereren in orco, het gen dat codeert voor de obligate co-receptor van alle odorantreceptoren (OK's)10. OR-genen zijn opmerkelijk uitgebreid in hymenopteriaanse eusociale insecten16, en orco speelt een essentiële rol in de reuk van insecten; bij afwezigheid ervan monteren of functioneren OK's niet normaal. Mutaties van het orco-gen verstoren daarom de reuksensatie, neurale ontwikkeling en geassocieerd sociaal gedrag 9,10.
In dit protocol worden Cas9-eiwitten en kleine gids-RNA's (sgRNA's) in mierenembryo's geïntroduceerd met behulp van micro-injectie met als doel mutagenese van een doelgen te induceren. Hier zullen we de micro-injectieprocedure in detail beschrijven, samen met aanwijzingen met betrekking tot de verzorging van kolonies en geïnjecteerde embryo's. Deze methoden zijn geschikt voor het induceren van mutagenese in een verscheidenheid aan verschillende genen in H. saltatormieren en kunnen worden toegepast op een breder spectrum van hymenopteraninsecten.