$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Interferencja RNA (RNAi) to posttranskrypcyjne wyciszanie genów oparte na RNA, które występuje w wielu różnych organizmach eukariotycznych. Proces RNAi jest wywoływany przez endogenne lub egzogenne prekursory dwuniciowego RNA (dsRNA). dsRNA aktywuje białko rybonukleazy Dicer, które wiąże i rozszczepia dsRNA na małe fragmenty (20-25 pz). Następnie małe fragmenty dsRNA kierują rozpoznawaniem i szczepieniem komplementarnych mRNA przez białka argonaute, katalityczny składnik kompleksu wyciszającego indukowanego RNA (RISC)1. U ssaków dsRNA dłuższe niż 30 nt aktywują odpowiedź przeciwwirusową (odpowiedź interferonową, IFN), która prowadzi do niespecyficznej degradacji transkryptów RNA 2. Jednak długie dsRNA okazały się skuteczne i specyficzne dla owadów, ponieważ brakuje tego IFN 3.
Długie dsRNA były używane do obniżania docelowych genów u różnych gatunków owadów. Pszczoły miodne są jednymi z pionierskich organizmów owadzich, w których ujawniono funkcje wielu ważnych genów w rozwoju i zachowaniu dzięki zastosowaniu dsRNA 4,5. U pszczół miodnych zastosowano kilka metod dostarczania dsRNA: karmienie dsRNA skutecznie obniża ekspresję genów docelowych u larw pszczół miodnych 6, podczas gdy wstrzykiwanie dsRNA jest skutecznym podejściem do knockdownu genów w zarodkach pszczół miodnych 4 i dorosłych pszczołach 7,8.
Efekty knockdown genu wykazywane przez zastosowanie dsRNA do owadów są przejściowe i zlokalizowane. Badania wykazały, że zarówno zastrzyki dsRNA w jamie brzusznej, jak i wstrzyknięcia dsRNA w klatce piersiowej skutecznie hamują ekspresję genów docelowych w komórkach tłuszczowych jamy brzusznej owadów 9,10. DsRNA jest wstrzykiwane do jamy brzusznej i klatki piersiowej, a komórki tłuszczowe są w stanie pobrać dsRNA z hemolimfy, w której komórki są kąpane 10. Jednak geny w innych narządach, takich jak jajniki i mózg, nie mogą być celem ani zastrzyków w jamę brzuszną, ani w klatkę piersiową. W celu celowania w geny w mózgu pszczoły miodnej przeprowadzono również wstrzyknięcie do mózgu dsRNA, które skutecznie wpływa na ekspresję genów docelowych w lokalnych obszarach mózgu 11. Tutaj dokumentujemy tylko wstrzyknięcie dsRNA do jamy brzusznej, które jest częściej stosowane u dorosłych pszczół miodnych.
RNAi było przede wszystkim używane do celowania w pojedynczy gen i było potężnym narzędziem do ujawnienia funkcji genu. Jednak żaden gen nie jest izolowany od innych; Znajduje się w złożonych sieciach regulacyjnych. Kluczem do zrozumienia procesu biologicznego jest przeanalizowanie, w jaki sposób geny oddziałują ze sobą, co wymaga jednoczesnych manipulacji wieloma genami, a nie wyłączeniem pojedynczego genu. W liniach komórkowych ssaków naukowcom udało się jednocześnie zahamować dwa lub trzy geny za pomocą systemów dostarczania 12 lub spinek do włosów z wieloma mikroRNA (miRNA) 13. Ale u owadów wielokrotne knockdowny genów są nadal nieprzetestowane. W tym miejscu przedstawiamy różne strategie iniekcji, które mogą doprowadzić do podwójnego knockdownu genu. Naszym celem są dwa geny: witellogenina (vg), która koduje prekursor białka żółtka, oraz ultraspiracle (usp), który koduje przypuszczalny receptor dla hormonu juwenilnego (JH) i może służyć jako czynnik transkrypcyjny pośredniczący w odpowiedziach na JH 14 u pszczół miodnych. Vg i JH regulują się nawzajem w pętli sprzężenia zwrotnego 15 i są zaangażowane w regulację zachowania pszczół miodnych 9. Korzystając z podwójnego knockdownu, zaburzamy zarówno szlaki Vg, jak i JH i odkrywamy, w jaki sposób wspólnie wpływają one na zachowanie i fizjologię pszczół miodnych oraz jak vg, usp i JH oddziałują na siebie 9.
Percepcja smakowa jest behawioralnym predyktorem zachowań społecznych pszczół miodnych 16. Jeśli chodzi o rozwój behawioralny, pszczoły gniazdowe o wysokiej percepcji smakowej szybko dojrzewają behawioralnie i zwykle żerują we wczesnym okresie życia i wolą zbierać pyłek 16,17. Chociaż mechanizmy regulacyjne leżące u podstaw percepcji smakowej są nadal niejasne, badania wykazały, że percepcja smakowa jest powiązana z wewnętrznym metabolizmem energetycznym 9, wydzielaniem hormonów 18,19 i biogenetycznymi szlakami aminowymi 20. Zarówno Vg, jak i JH są ważnymi regulatorami hormonalnymi modulującymi percepcję smakową 7,21. W laboratorium zmienność percepcji smakowej u pszczół miodnych można ocenić, testując reakcję na rozszerzenie trąbki (PER) na różne roztwory sacharozy. Każda pszczoła jest testowana poprzez dotknięcie obu czułków kroplą wody, a następnie rosnącą serią stężeń 0,1, 0,3, 1, 3, 10, 30% sacharozy. Pozytywną reakcję obserwuje się, jeśli pszczoła całkowicie wysuwa trąbkę, gdy kropla wody lub sacharozy zostanie dotknięta do każdej anteny. Na podstawie liczby pozytywnych reakcji na roztwory można określić poziom percepcji smakowej każdej osoby 16. Zastosowanie PER nie ogranicza się jednak do pomiaru percepcji smakowej. PER jest również skuteczną metodą badania stanu metabolicznego pszczół, takiego jak sytość vs. głód. Pszczoły z większą reakcją na sacharozę są ogólnie bardziej głodne (Wang i Amdam, dane niepublikowane). Co więcej, paradygmat PER może być również stosowany w uczeniu się asocjacyjnym i pamięci u pszczół miodnych. W takim przypadku pszczoły zostaną przeszkolone, aby kojarzyć obecność wody sacharozowej z zapachem. Kiedy pszczoły uczą się skojarzenia, tylko obecność zapachu może wywołać pozytywną reakcję trąbki bez nagradzania ich sacharozą 22,23. W tym filmie pokazujemy, jak wykonać PER, aby ocenić percepcję smakową, która została połączona z podwójnym nokdaunem vg i usp w poprzednim badaniu 9.