Niniejszy protokół był wykorzystywany do pobierania nicieni z rodzaju Caenorhabditis z wielu lokalizacji, w tym z Hawajów i Kalifornii. Skuteczność izolacji nicieni Caenorhabditis różni się w zależności od miejsca poboru, klimatu, doświadczenia w pobieraniu próbek oraz analizowanych rodzajów podłoża. Protokół ten służył do szeroko zakrojonego próbkowania na wyspach Hawajów, gdzie w ciągu wielu lat i pór roku przeprowadzono dziewięć projektów kolekcjonerskich. Skuteczność izolacji samozapylnych gatunków Caenorhabditis jest niemal identyczna dla C. briggsae (162 z 4 506 próbek, 3,6%) i C. elegans (163 z 4 506 próbek, 3,6%), a znacznie niższa dla C. tropicalis (26 z 4 506 próbek, 0,58%)8. Każdy z samozapylnych gatunków jest bardziej liczny w podłożach z gnijących owoców i kwiatów w porównaniu do innych kategorii podłoży. Należy pobierać próbki z gnijących owoców i kwiatów, jeśli badacz dąży do maksymalizacji skuteczności izolacji, a nie do charakterystyki preferencji podłoża. Należy jednak pamiętać, że skuteczność zależy od jakości wybranego podłoża. Na przykład wśród podłoży z owoców i kwiatów te, które są zbyt suche, mokre lub świeże, prawdopodobnie nie dostarczą nicieni Caenorhabditis.
Skalowalność tego protokołu pobierania jest widoczna w liczbie próbek, które pojedyncza para badaczy może zebrać z terenu. Przykładowo, w październiku 2018 roku para badaczy stosująca ten protokół była w stanie zebrać łącznie ponad 1 000 próbek w ciągu 7 dni z wielu lokalizacji na dwóch hawajskich wyspach. Zespół terenowy wysłał próbki nocnym transportem do laboratorium, gdzie zespół ośmiu badaczy izolował ponad 2 000 nicieni z próbek na bieżąco po ich otrzymaniu. Kluczową zaletą tego protokołu jest minimalizacja kosztów związanych z pobieraniem próbek w odległych lokalizacjach poprzez ograniczenie ilości sprzętu i personelu wymaganego w terenie. Dzięki zastosowaniu tego protokołu niewielki zespół terenowy może skupić się na pobieraniu próbek, podczas gdy zespół izolujący może przetwarzać je w swojej macierzystej instytucji, korzystając z delikatnego i ciężkiego sprzętu, takiego jak mikroskopy stereoskopowe i płytki agarowe do izolacji nicieni. Ponadto wdrożenie mobilnej aplikacji do zbierania danych pozwala na bezpośrednie powiązanie wszystkich danych terenowych związanych z próbkami z etykietą C, co umożliwia zespołowi izolującemu niezależną od zespołu terenowego pracę podczas przetwarzania próbek.
Badacze stosujący ten protokół pobierania próbek muszą wziąć pod uwagę nakład pracy wymagany do izolacji nicieni przed rozpoczęciem projektu kolekcjonerskiego. Etapy izolacji i identyfikacji są etapami ograniczającymi szybkość procesu, a niewielki zespół pobierający próbki może szybko przeciążyć osoby odpowiedzialne za izolację liczbą próbek. Co więcej, przestrzeń laboratoryjna niezbędna do przetworzenia wielu kolekcji może kolidować z prowadzonymi badaniami (Rysunek 3). Ponadto niektóre izolowane nicienie wymagają dodatkowego nakładu pracy w celu genotypowania. Na przykład około 2% izolatów nie ulega amplifikacji przy użyciu zestawu starterów SSU PCR po pierwszej próbie lizy i musi zostać poddanych ponownej lizie, aby upewnić się, że materiał po lizie nadaje się do amplifikacji z zestawem starterów ITS2 (Rysunek 8). Ponadto około 3% izolatów nie daje wysokiej jakości sekwencji po pierwszej rundzie sekwencjonowania metodą Sangera. W przypadku tych izolatów często wymagana jest kolejna runda lizy, PCR ITS2 oraz sekwencjonowania metodą Sangera, co może zwiększyć czas pracy zespołu izolacyjnego. Co ważne, sama tożsamość sekwencji nie jest wystarczającym dowodem do uzasadnienia uznania gatunku za nowy gatunek Caenorhabditis (Rysunek 7). Aby właściwie uzasadnić uznanie izolatu za nowy gatunek Caenorhabditis, należy podjąć dodatkowe starania w celu przeprowadzenia eksperymentów krzyżowych i ustanowienia okazu typowego13. Preferowany, choć nie jest wymagany, jest również formalny opis morfologiczny okazu typowego3. Wszystkie te rozważania sugerują, że badacze przyjmujący ten protokół pobierania próbek skorzystają z testów próbnych etapów izolacji i identyfikacji, aby upewnić się, że zasoby zostały właściwie przydzielone przed rozpoczęciem projektu kolekcjonerskiego. Co istotne, nawet niewielkie projekty kolekcjonerskie mogą odnieść korzyści z tego protokołu, ponieważ proces ten jest wysoce powtarzalny, a dane mogą być łatwo audytowane w celach kontroli jakości pomiędzy grupami laboratoryjnymi.

Rycina 1: Przykłady podłoża. (A) W centrum obrazu pokazano idealnie zgniły owoc (1), który jest niemal nierozpoznawalny. Obok widoczny jest owoc w mniejszym stopniu rozłożony; należy unikać pobierania próbek ze świeżo opadłych owoców (2). (B) Na górze pokazano idealnie rozłożony kwiat (3). Należy unikać pobierania próbek ze świeżo opadłych kwiatów (4). (C) Ciemna ściółka liściowa pod górną warstwą suchych liści jest idealna podczas pobierania próbek w poszukiwaniu samookreślających się nicieni Caenorhabditis (5). Należy unikać pobierania próbek z suchej ściółki liściowej (6). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2: Mobilna aplikacja Nematode Field Sampling. (A) Ekran początkowy po otwarciu aplikacji Nematode Field Sampling na urządzeniu Apple w programie Fulcrum. Czerwona strzałka w prawym dolnym rogu wskazuje przycisk + służący do tworzenia nowego rekordu pobierania. (B) Przykład nowego rekordu pobierania wyświetlonego na urządzeniu Apple. Czerwona strzałka wskazuje pole „Project” u góry ekranu rekordu pobierania. Podczas pobierania próbek w terenie należy upewnić się, że wybrano właściwy projekt. Pole projektu będzie domyślnie ustawione na ostatnio używany projekt podczas tworzenia kolejnych rekordów pobierania. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Worki do pobierania i płytki do pobierania zorganizowane przed wysiewaniem próbek.Na tym rysunku po lewej stronie widoczne są próbki w workach do pobierania oznaczonych literą C. Każdy worek do pobierania ma przypisaną odpowiadającą mu płytkę 10 cm również oznaczoną literą C, znajdującą się na górze. Po prawej stronie znajdują się płytki do pobierania 10 cm zawierające materiał z próbek po przeniesieniu go z worków do pobierania. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Płytka kolekcjonerska (płytka C) z prawidłowo przeniesioną próbką. 10 cm płytka C z rozkładającymi się owocami umieszczonymi na krawędzi trawnika bakteryjnego. Do pokrywki płytki przytwierdzona jest etykieta C. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 5: Mobilna aplikacja do izolacji nicieni. (A) Ekran wyboru aplikacji w mobilnej aplikacji Fulcrum. Czerwona strzałka wskazuje aplikację Nematode Isolation. (B) Ekran początkowy po otwarciu aplikacji Nematode Isolation na urządzeniu Apple w systemie Fulcrum. Czerwona strzałka w prawym dolnym rogu wskazuje przycisk + służący do tworzenia nowego rekordu izolacji. (C) Przykład nowego rekordu izolacji wyświetlonego na urządzeniu Apple. Czerwona strzałka wskazuje pole „Project” na górze ekranu rekordu izolacji. Należy upewnić się, że podczas izolacji wybrano właściwy projekt. Pole projektu domyślnie będzie wskazywać ostatni użyty projekt przy tworzeniu kolejnych rekordów izolacji. (D) Po dotknięciu pola Select pod etykietą C, użytkownicy dotykają przycisku wyszukiwania (czerwona strzałka), aby znaleźć etykietę C, z której izolują nicienie. (E) Po wybraniu etykiety C, użytkownicy fotografują płytkę C za pomocą aparatu w urządzeniu. (F) Następnie użytkownicy wprowadzają informację, czy na płytce C znajdują się nicienie. Jeśli istnieją nicienie do wyizolowania, do rekordu izolacji dodawane są etykiety S. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 6: Strona wyników NCBI BLAST. (1) Menu rozwijane służące do wyświetlania wyników BLAST dla wszystkich sekwencji. (2) Opis aktualnie wybranej sekwencji z menu rozwijanego. W tym przypadku pokazano wyniki dla etykiety S-05554. (3) Pokazano najlepsze dopasowanie BLAST dla S-05554. Fioletowy tekst wskazuje, że kliknięto łącze do wizualizacji tego dopasowania. Należy dokładnie sprawdzić dopasowania wzrokowo w celu zidentyfikowania potencjalnie nowych gatunków Caenorhabditis, patrz krok 9.8 powyżej. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 7: Przykłady wizualizacji dopasowania NCBI BLAST. (A) Przykład sekwencji zapytania ITS2 izolatu dopasowanej do sekwencji obiektu C. kamaaina. (1) Procent tożsamości dopasowania (89%), który jest niski dla najlepszego trafienia w BLAST. (2) Niedopasowanie między sekwencją zapytania a sekwencją obiektu (G na A). (3) Luka o długości czterech par zasad w sekwencji obiektu utworzona przez algorytm dopasowania; luki w zapytaniu lub obiekcie wskazują na słabe dopasowanie. (4) Uogólniony region w centrum dopasowania z wieloma niedopasowaniami i lukami. Region tego typu sugeruje, że sekwencja zapytania może pochodzić od nowego gatunku Caenorhabditis. Przedstawiono rzeczywisty przykład dopasowania nowego gatunku, C. oiwi, odkrytego w 2017 roku. (B) Przykład dobrego dopasowania między sekwencją zapytania ITS2 izolatu a sekwencją obiektu. (5) Procent tożsamości dopasowania (99%), co zazwyczaj oznacza, że sekwencja zapytania pochodzi od izolatu tego samego gatunku co obiekt. (6) Centralny region dopasowania z idealną tożsamością. Region tego typu sugeruje, że izolat zapytania prawdopodobnie należy do tego samego gatunku co obiekt. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 8: Produkty PCR SSU i ITS2. Górny żel przedstawia produkty PCR uzyskane przy użyciu zestawu starterów SSU dla 12 reprezentatywnych próbek. Po lewej stronie, w celach referencyjnych, naniesiono drabinę DNA. Produkty PCR SSU dla nicieni Caenorhabditis mają długość około 500 bp. Próbki 2-12 uległy amplifikacji z zestawem starterów SSU, natomiast próbka pierwsza nie. Brak amplikonu SSU o długości 500 bp dla próbki pierwszej sugeruje, że materiał po lizie był słabej jakości i próbka musi zostać poddana ponownej lizie. Dolny żel przedstawia produkty PCR uzyskane przy użyciu zestawu starterów ITS2 dla tych samych 12 próbek, które widnieją na górnym żelu. Drabina i próbki znajdują się w tej samej orientacji na obu żelach. Sześć z 12 próbek nie uległo amplifikacji z zestawem starterów ITS2. Próbki z prążkami SSU i ITS2 zostały poddane sekwencjonowaniu metodą Sangera i zidentyfikowane na podstawie podobieństwa sekwencji przy użyciu algorytmu NCBI BLAST. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.
Plik uzupełniający 1: Etykiety C. Plik PDF zawierający 2500 unikalnych etykiet C. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Plik uzupełniający 2: Etykiety S. Plik PDF zawierający 5000 unikalnych etykiet S. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Tabela uzupełniająca 1: Materiały terenowe. Lista pakowa materiałów używanych w terenie do pobierania próbek nicieni. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.
Tabela uzupełniająca 2: Składy mieszanin PCR i warunki termocyklerowe. Tabela zawierająca składy mieszanin PCR i warunki termocyklerowe dla PCR regionów ITS2 oraz SSU. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.
Tabela uzupełniająca 3: Przepisy na bufory do elektroforezy. Przepis na 0,5 M roztwór kwasu etylendiaminotetraoctowego (EDTA) o pH 8,0 oraz roztwór buforu TRIS-octan-EDTA (TAE). Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.