Zachodnia kukurydziana stonka korzeniowa (WCR), Diabrotica virgifera virgifera, jest ważnym szkodnikiem kukurydzy1. Co ciekawe, WCR wydaje się pokonywać środki zwalczania szybciej niż większość szkodników rolniczych, ponieważ nie tylko dostosowują się fizjologicznie, ale także behawioralnie2,3,4,5,6. W ciągu ostatniej dekady interferencja RNA (RNAi), potężne funkcjonalne narzędzie genomiczne, była badana jako potencjalna metoda kontroli WCR7,8, a także była używana jako środek do badania funkcji genów9. Jednakże, podczas gdy RNAi jest często wykonywane przez mikroiniekcję dwuniciowego RNA (dsRNA) u innych gatunków, RNAi oparte na iniekcji jest rzadkie w WCR. W rzeczywistości istnieje tylko kilka doniesień o RNAi poprzez mikrowstrzyknięcie dsRNA do WCR9. Powodem jest to, że WCR może osiągnąć wysoki poziom knockdownu genów poprzez spożycie dsRNA7,10, nawet pozwalając na badanie skutków embrionalnych poprzez podawanie dsRNA matce11. Chociaż metoda ta sprawia, że WCR jest doskonałym obiektem do funkcjonalnej analizy genomowej za pomocą RNAi, spowolniła ona postęp w rozwoju metodologii mikroiniekcji embrionalnej u tego gatunku.
Pomimo mocy RNAi, istnieje kilka wad. Na przykład nie wszystkie geny reagują jednakowo na RNAi. Ta zmienność może utrudnić interpretację wyników funkcjonalnego testu genomicznego. Ponadto RNAi jest przejściowe i nie generuje dziedzicznych mutacji. Z drugiej strony, transformacja linii zarodkowej, inne funkcjonalne narzędzie genomiczne, może generować dziedziczne mutacje poprzez wstawienie oznaczonego elementu transpozycyjnego do genomu12,13. To sprawia, że transformacja linii zarodkowej jest doskonałym narzędziem do tworzenia zmutowanych szczepów do wykorzystania w długoterminowych badaniach genetycznych. Transformacja może być również wykorzystana do uratowania mutacji poprzez dostarczenie funkcjonalnej kopii genu do zmutowanego genomu14. Co więcej, transformacja linii zarodkowej jest podstawą szerokiej gamy technik genetyki molekularnej. Oprócz wyciszania i/lub ratowania funkcji genów, transformacja linii zarodkowej może być wykorzystana do wychwytywania wzmacniaczy15, pułapkowania genów16, ekspresji ektopowej opartej na Gal417 oraz mutagenezy całego genomu18.
Ostatnio opracowano narzędzia umożliwiające zaawansowaną edycję genomu. Narzędzia te obejmują nukleazy efektorowe podobne do aktywatora transkrypcji (TALEN) oraz system nukleazy CRISPR/Cas919,20. Zaletą tych nowych narzędzi jest to, że oferują one naukowcom możliwość wywołania pęknięcia dwuniciowego DNA w prawie każdym miejscu w prawie każdym genomie. Po wywołaniu, pęknięcia te mogą być naprawione przez niehomologiczne łączenie końców, co może wprowadzić delecje lub insercje w docelowym genie, lub przez naprawę kierowaną homologią, która w obecności zmodyfikowanego konstruktu może katalizować wymianę całych genów lub regionów genetycznych21,22. Metody te wymagają jednak mikroiniekcji DNA, RNA i/lub białka do bardzo młodych zarodków.
Ważne, w przeciwieństwie do dsRNA używanych dla RNAi, kwasy nukleinowe i białka używane do transformacji linii zarodkowej i edycji genomu nie mogą łatwo przenikać przez błony komórkowe. Dlatego mikroiniekcja plazmidowego DNA, mRNA i/lub białek musi odbywać się w fazie blastodermy syncytialnej (tj. przed celularyzacją zarodka owada). To sprawia, że czas wstrzyknięć jest czynnikiem krytycznym. Na przykład u Drosophila melanogaster zarodki muszą zostać wstrzyknięte w ciągu dwóch godzin po złożeniu jaja12. W związku z tym opracowanie skutecznego protokołu mikroiniekcji embrionalnej dla WCR musi uwzględniać najlepsze warunki do składania jaj przez samice, a także najlepszą metodę pobierania wystarczającej ilości zarodków przedkomórkowych.
Próba wykorzystania szerokiego zakresu narzędzi genetyki molekularnej do biologii WCR wymaga opracowania metod pobierania i mikrowstrzykiwania przedkomórkowych zarodków WCR. Tutaj podajemy szczegółowe instrukcje wraz ze wskazówkami i poradami, aby pomóc innym w stosowaniu technik opartych na transformacji w badaniach WCR. Oprócz rozszerzenia technologii transgenicznych na WCR w celu wykorzystania ich w funkcjonalnych badaniach genomicznych, techniki te umożliwiają również przetestowanie nowych potężnych strategii zwalczania szkodników, takich jak gen drive23,24 do przetestowania na tym ważnym gospodarczo szkodniku.