Hier wordt een protocol gepresenteerd voor de afgifte van chitosan/dsRNA-nanodeeltjes in larven van zijderups Bombyx mori om genuitschakeling te induceren door inslikken.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Hier wordt een protocol gepresenteerd voor de afgifte van chitosan/dsRNA-nanodeeltjes in larven van zijderups Bombyx mori om genuitschakeling te induceren door inslikken.
De zijderups, Bombyx mori, is een belangrijk economisch insect met duizenden jaren geschiedenis in China. Ondertussen is de zijderups het modelinsect van Lepidoptera met een goede opeenstapeling van fundamenteel onderzoek. Het is ook het eerste insect in Lepidoptera waarvan het volledige genoom is gesequenced en geassembleerd, wat een solide basis biedt voor onderzoek naar genfunctionaliteit. Hoewel RNA-interferentie (RNAi) veel wordt gebruikt in omgekeerd genfunctioneel onderzoek, is het vuurvast bij zijderupsen en andere Lepidoptera-soorten. Eerder succesvol RNAi-gerelateerd onderzoek om dubbelstrengs RNA (dsRNA) af te leveren, werd alleen via injectie uitgevoerd. Toediening van dsRNA via voeding wordt nooit gemeld. In dit artikel beschrijven we stap-voor-stap procedures om de chitosan/dsRNA nanodeeltjes te bereiden, die door inslikken aan de zijderupslarven worden gevoerd. Het protocol omvat (i) selectie van het juiste stadium van zijderupslarven, (ii) synthese van dsRNA, (iii) bereiding van de chitosan/dsRNA-nanodeeltjes en (iv) het voeden van de zijderupslarven met chitosan/dsRNA-nanodeeltjes. Representatieve resultaten, waaronder bevestiging van gentranscriptie en observatie van fenotype, worden gepresenteerd. dsRNA-voeding is een eenvoudige techniek voor RNAi in zijderupslarven. Omdat zijderupslarven gemakkelijk te kweken zijn en groot genoeg om te bedienen, biedt het een goed model om larvale RNAi in insecten aan te tonen. Bovendien stimuleert de eenvoud van deze techniek meer betrokkenheid van studenten bij onderzoek, waardoor zijderupslarven een ideaal genetisch systeem zijn voor gebruik in een klaslokaal.
De zijderups, Bombyx mori, is een insect dat meer dan 5000 jaar geleden in China werd gedomesticeerd. Vanwege zijn vermogen om zijde te produceren, is de zijderups een belangrijk economisch insect in de Chinese land- en zijdeteelt. De zijderups komt op de tweede plaats na de fruitvlieg als modelinsect. Als modelinsect in Lepidoptera is de zijderups gemakkelijk te kweken, met een grote lichaamsgrootte en veel mutanten. Ondertussen is de zijderups het eerste Lepidoptera-insect waarvan het volledige genoom is gesequenced1. Veel databases met informatie over genoom2, transcriptoom3, expressieve sequentietag (EST)4, niet-coderend RNA5 en microsatelliet6 zijn ook beschikbaar voor het publiek. Bovenstaande feiten maken de zijderups tot een perfect model voor genetisch onderzoek.
RNA-interferentie (RNAi) is een cellulair proces waarbij dubbelstrengs RNA (dsRNA)-moleculen het complementaire boodschapper-RNA (mRNA) binden en snijden, waardoor het uitschakeleffect van het doelgen wordt bereikt. Dit mechanisme is van nature aanwezig in bacteriën om zich te verdedigen tegen de invasie van virussen7. Later werd ontdekt dat RNAi geconserveerd is in dieren, planten en microben. Vanwege zijn krachtige sequentiespecifieke uitschakelingseffect wordt RNAi gebruikt in fundamenteel onderzoek om genexpressie te manipuleren en de genfunctie te bestuderen. RNAi wordt bereikt door de afgifte van dsRNA in cellen.
Bij insecten zijn er drie veelgebruikte manieren om dsRNA af te geven, namelijk micro-injectie, voeding en weken8. Op dit moment worden succesvolle RNAi-meldingen in de zijderupsen door naakte dsRNA-afgifte uitgevoerd door dsRNA-injectie9. De voordelen van micro-injectie zijn de onmiddellijke afgifte van dsRNA in de hemolymfe en een nauwkeurige controle van de dsRNA-hoeveelheid. Er zijn echter ook bepaalde nadelen van micro-injectie. Het is bijvoorbeeld tijdrovend en er zijn delicate apparaten voor nodig. Het is ook belangrijk om de injectienaalden, het injectievolume en de hoeveelheid dsRNA te optimaliseren. Daarom wordt een alternatieve manier nodig om dsRNA aan zijderupsen af te leveren. Omdat het exoskelet van een insect een waterdichte barrière is die is gemaakt van chitine, wordt het weken van insectenlarven om RNAi te bereiken zelden gemeld, wat geen goede optie is voor RNAi bij insecten. Het voeden van dsRNA is arbeidsbesparend, kosteneffectief en gemakkelijk uit te voeren10. Deze methode is ook toepasbaar voor high-throughput genscreening11. Het blijkt echter dat een niet-specifiek DNA/RNA-nuclease, namelijk BmdsRNase, aanwezig is in het sap van de middendarm en de middendarm van de zijderupslarven12. Van dit nuclease is aangetoond dat het dsRNA verteert, bij voorkeur13. Daarom lijkt het moeilijk om naakt dsRNA aan de zijderups te voeren om de genexpressie tot zwijgen te brengen.
Onlangs is bewezen dat dsRNA met nanodeeltjes een goed alternatief is om de RNAi-efficiëntie te verhogen door14 te voeden. Chitosan is een goedkoop, niet-toxisch en biologisch afbreekbaar polymeer, dat kan worden bereid door deacetylering van chitine, een natuurlijk voorkomend en het op één na meest voorkomende biopolymeer na cellulose15. Omdat de aminogroep in de chitosan positief geladen is en de fosfaatgroep op de ruggengraat van het dsRNA negatief geladen is, kunnen de chitosan/dsRNA nanodeeltjes worden gevormd door zelfassemblage van polykationen16. Chitosan/dsRNA-nanodeeltjes zijn effectief in het bereiken van RNAi door larvale voeding in muggen Aedes aegypti en Anopheles gambiae17, katoengevlekte bolworm Earias vittella18 en karmijnrode spintmijt Tetranychus cinnabarinus19.
Om een methodologie te ontwikkelen voor dsRNA-afgifte door zijderupsen te voeden om succesvolle RNAi-efficiëntie te verkrijgen, richt dit rapport zich op het beschrijven van stapsgewijze procedures voor het bereiden van de chitosan/dsRNA-nanodeeltjes en het voeren van de nanodeeltjes aan de zijderupslarven. Deze methodologie is relatief goedkoop, arbeidsbesparend en gemakkelijk te volgen, die kan worden aangepast voor gen-uitschakelingsstudies bij andere insecten. We streven ernaar om een eenvoudiger protocol te bieden voor de Lepidoptera dsRNA-toedieningsmethode met een hogere RNAi-efficiëntie.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Zijderupssoorten en kweek
2. Selectie van zijderupslarven
3. Synthese van dsRNA
4. Bereiding van de chitosan/dsRNA nanodeeltjes
5. De larven van de zijderupsen voeden met chitosan/dsRNA nanodeeltjes
6. Bevestiging van gen-uitschakeling
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Om de RNAi-efficiëntie te evalueren, werd een immuungen gericht tegen BmToll9-2 gekozen voor analyse. Het BmToll9-2-gen is goed gekarakteriseerd in het laboratorium, en gen-uitschakeling door dsRNA-injectie resulteert in lichtere en kleinere larven in onze recente publicatie20. Om de werkzaamheid van RNAi te bevestigen door inname via chitosan/dsRNA-nanodeeltjes, werden chitosan-nanodeeltjes gebruikt als controle en werd naakt dsRNA tegelijkertij...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Een goed stadium is belangrijk voor de observatie van het RNAi-fenotype, afhankelijk van de genen die het doelwit zijn. Onze voorlopige resultaten toonden aan dat Toll9-2 betrokken is bij de groei van de zijderups. De grootte en het gewicht van de larven van de zijderupsen nemen snel toe bij de 5einstar 21. Daarom worden de larven vande 5e instar geselecteerd als het stadium voor het chitosan/dsRNA-voedingsexperiment met nanodeeltjes...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Deze studie werd gefinancierd door de National Natural Science Foundation of China (31501898), het Science and Technology Program of Guangzhou (202102010465), het Guangzhou Higher Education Teaching Quality and Teaching Reform Project (2022JXGG057) en het onderzoeksproject van de Open Online Course Steering Committee van Guangdong Provincial Universities (2022ZXKC381).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL centrifuge tube | Sangon | F601620 | voor dsRNA- of nanodeeltjesreactie |
| 10 μl pipette | Eppendorf | P13473G | om vloeistof af te zuigen of op te schorsen |
| 100 μl pipette | Eppendorf | Q12115G | om vloeistof af te zuigen of op te schorsen |
| 2.5 μl pipette | Eppendorf | P20777G | om vloeistof af te zuigen of op te schorsen |
| 20 μl pipette | Eppendorf | H19229E | om vloeistof af te zuigen of op te schorsen |
| 200 μl pipette | Eppendorf | H20588E | om vloeistof af te zuigen of op te schorsen |
| 6-well Clear TC-treated Multiple Well Plates | Costar | 3516 | voor het individueel kweken van zijderupsen |
| Azijnzuur | Aladdin | A116165 | om TAE te maken |
| Agarose M | BBI Life Sciences | A610013 | voor agarose gel electrophosis |
| Analytische balans | Sartorius | BSA224S | om ingrediënten te wegen |
| Centrifuge | Sartorius | Centrisart A-14C | om te centrifugeren om dsRNA of nanodeeltjes te vormen |
| Chitosan | Sigma-Aldrich | C3646 | om te combineren met dsRNA voor de bereiding van nanodeeltjes |
| EDTA | Sangon | A500895 | om TAE te maken |
| Ethanol | Aladdin | E130059 | om TAE te maken, of voor dsRNA precipitatie |
| Diepvriezer | Siemens | iQ300 | om dsRNA of nanodeeltjes op te slaan |
| GoTaq Green Master Mix | Promega | M712 | voor PCR-reactie |
| GoTaq qPCR Master Mix | Promega | A6002 | voor qRT-PCR-reactie |
| Isopropanol | Aladdin | I112011 | voor dsRNA precipitatie |
| NanoDrop Microvolume UV-Vis Spectrofotometer | ThermoFisher | One | om de concentratie van dsRNA te bepalen |
| pH meter | Sartorius | PB-10 | om buffers voor te bereiden |
| SanPrep Column PCR Product Purification Kit | Sangon | B518141 | voor PCR product zuivering |
| Natriumacetaat | Sigma-Aldrich | S2889 | om 100 mM natriumacetaatbuffer te maken |
| Natriumsulfaat | Sigma-Aldrich | 239313 | om 100 mM natriumsulfaatbuffer te maken |
| T7 RiboMAX Express RNAi System | Promega | P1700 | voor dsRNA synthese |
| ThermoMixer | Eppendorf | C | voor dsRNA generatie of verwarming van nanodeeltjes |
| Tris | Sangon | A501492 | om TAE te maken |
| Vortex | IKA | Vortex 3 | om chitosan/dsRNA nanodeeltjes te bereiden |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.