Ten protokół ustanawia metody ekstrakcji i ilościowego określania reakcji na lotny feromon płciowy w C. elegans, zapewniając narzędzia do badania komunikacji chemicznej i trajektorii nawigacji.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół ustanawia metody ekstrakcji i ilościowego określania reakcji na lotny feromon płciowy w C. elegans, zapewniając narzędzia do badania komunikacji chemicznej i trajektorii nawigacji.
Komunikacja chemiczna jest niezwykle ważna dla zdrowia organizmu, rozmnażania i ogólnego dobrego samopoczucia. Rozumienie ścieżek molekularnych, procesów nerwowych i obliczeń rządzących tymi sygnałami jest nadal aktywnym dziedziną badań. Nitkownik Caenorhabditis elegans zapewnia potężny model do badania tych procesów, ponieważ produkuje lotny feromon płciowy. Feromon ten jest syntetyzowany przez niezapłodnione samice lub hermafrodytów pozbawionych plemników i służy jako atrakcyjny czynnik dla samców.
Ten protokół opisuje szczegółową metodę izolowywania lotnego feromon płciowego z kilku szczepów C. elegans (szczep WT N2, daf-22 i fog-2) oraz C. remanei. Dostarczamy również protokołu do ilościowego określania reakcji chemotaksji samców na lotny feromon płciowy. Nasza analiza wykorzystuje pomiary takie jak indeks chemotaksji (C.I.), czas przybycia (A.T.) oraz wykres trajektorii, aby dokładnie porównać reakcje samców w różnych warunkach. Ta metoda umożliwia porównania pomiędzy samcami o różnym pochodzeniu genetycznym lub etapach rozwojowych. Ponadto, opisany tutaj układ eksperymentalny jest przystosowany do badania innych chemikaliów chemoatrakcyjnych.
Współdziałanie między komunikacją chemiczną a sukcesem reprodukcyjnym jest podstawową zasadą w całym królestwie zwierząt1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. Feromony płciowe wywołują szeroki zakres zachowań seksualnie dymorficznych, niezbędnych do zlokalizowania partnerów, koordynowania kroków związanych z znalezieniem i przyciąganiem partnera, a ostatecznie promują rozmnażanie danego gatunku11,12,13,14,15,16,17. Osiągnięto znaczny postęp w zrozumieniu sygnalizacji feromonowej, ale mechanizmy molekularne, obwody neuronowe i procesy obliczeniowe rządzące tymi interakcjami często pozostają niedokładnie określone18,19,20,21,22,23,24,25,26.
Niematoda Caenorhabditis elegans zapewnia potężny model do rozważania tych pytań. Co godne odnotowania, C. elegans wykazuje niezwykłą strategię rozrodczą - hermafrodyci mogą się samozapłodnić, ale także krzyżować się z samcami27,28,29,30,31,32,33. Ta elastyczność wymaga solidnego systemu komunikacji do sygnalizowania statusu rozrodczego. C. elegans jest znany ze swoich dobrze scharakteryzowanych feromonów rozpuszczalnych w wodzie, askarozydów, które odgrywają różnorodne role w rozwoju, zachowaniu i interakcjach społecznych. Ostatnie odkrycia ujawniły odrębną klasę lotnych feromonów płciowych stosowanych przez nicienie. Feromony te są specyficznie produkowane przez dojrzałe seksualnie C. elegans i C. remanei samica niewinna oraz hermafrodyci z wyczerpanym nasieniem i służą jako środek przyciągający dla dorosłych samców29,34,35. Atrakcyjność ta wykazuje znaczący dymorfizm płciowy w swojej produkcji i percepcji. Gonada somatyczna samicy reguluje syntezę tego lotnego feromon płciowego, a produkcja dynamicznie odzwierciedla status rozrodczy, ustając po kopulacji i wznowiona kilka godzin później29,34.
Rozumienie komunikacji feromonowej u nicieni zapewnia wgląd w ewolucję systemów komunikacji chemicznej, współdziałanie między stanem rozrodczym a zachowaniem oraz mechanizmy leżące u podstaw seksualnie dymorficznego przetwarzania neuronowego24,26,36,37,38,39. Badania implikują neuron amfidow AWA u samców jako kluczowy dla wykrywania feromonów, przy czym receptor sprzężony z białkiem G SRD-1 odgrywa kluczową rolę w wykrywaniu feromonów u samców24. C. elegans jest dobrze przystosowany do badania chemicznej komunikacji zwierząt, szczególnie sygnalizacji feromonowej płciowej, ze względu na jego uzależnienie od układu węchowego w poszukiwaniu partnera. Podczas gdy wiele jest znane o sygnalizacji askarozydów, system lotnych feromonów płciowych oferuje unikalne możliwości porównania25,26,36,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,
51,52,53,54,55,56,57. Ponadto C. elegans jest potężnym modelem genetycznym ze względu na jego w pełni sekwencjonowany genom, wyraźnie zdefiniowaną linię komórkową i dobrze scharakteryzowane mutanty węchowe.
Jednakże pełna obwódka neuron
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Surowe ekstrakcja feromonów płciowych z samic i hermafrodytów
2. Surowa ekstrakcja feromonów płciowych z jednodniowych panienek ( Rysunek 1A)
UWAGA: Stosujemy wcześniej ustalony protokół24 do ekstrakcji feromonów płciowych z jednodniowych panienek fog-2 (feminizacja linii zarodkowej) mutantek C. elegans i żeńskich C. remanei.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Analiza trajektorii percepcji wadliwej substancji feromonowej z wadliwą chemoatraktacją w badaniu chemoatraktacji
To badanie chemoatraktacji niezawodnie odróżnia szczepy dzikie i mutanty C. elegans w ich reakcji na lotne feromony płciowe. Sukcesywne eksperymenty z samcami him-5 konsekwentnie wykazują mocną chemotaksję w kierunku źródła feromonów. Odzwierciedla to wysokiej wartości indeksu chemotaksji (C.I.) (Rycina 2), często przekraczającej 0,5, co w...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten protokół zapewnia solidną metodologię wyodrębniania lotnych feromonów płciowych z C. elegans, wraz z ustanowieniem solidnego testu chemoatrakcji w celu zmierzenia reakcji chemoatrakcji samców. Dodatkowe informacje można znaleźć w podręczniku użytkownika WormLab (patrz Tabela Materiałów); podstawowy kod do wizualizacji trajektorii ruchu robaków znajduje się w sekcji protokołu 7.3.8.5. Kilka kluczowych kroków w protokole jest istotnych dla wyniku. Po pierwsze, staranne synchronizacja populacji...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają żadnych konfliktów interesów do ujawnienia.
Jesteśmy wdzięczni dr Tingtao Zhou za zaprojektowanie i napisanie kodu dla wizualizacji trajektorii wykorzystanych w naszej analizie. Ta praca była wspierana przez finansowanie: R01 NS113119 (PWS), stypendium dla starszych doktorantów Chen oraz Instytut Neurologii Tianqiao i Chrissy Chen.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 10 cm Petri dishes | Falcon | 25373-100 | Falcon bacteriological Petri dish 100 x 15 mm |
| 6 cm Petri dishes | Falcon | 25373-085 | Falcon bacteriological Petri dish 60 x 15 mm |
| C. remanei (EM464) | CGC | ||
| Centrifuge | Eppendorf | centrifuge 5418 | Any brand should work. |
| Chemoattraction assay plates | Homemade solution | N/A | 1.5% agar, 25 mM NaCl, 1.5 mM Tris-base, and 3.5 mM Tris-Cl |
| Cholesterol | Alfa Aesar | 57-88-5 | |
| Dissecting Microscope | Leica | LeicaMZ75 | Any brand should work. |
| E. Coli OP50 | CGC | ||
| Ethanol | Koptec | 64-17-5 | |
| fog-2(q71) (JK574) | CGC | ||
| him-5(e1490)(CB4088) | CGC | ||
| Household bleach | Clorox Germicidal bleach concentrated | Bleach | |
| M9 buffer | Homemade solution | N/A | 3 g KH2PO4, 11.3 g Na2HPO4.7H2O, 5 g NaCl, H2O to 1 L. Sterilize by autoclaving. Add 1 mL 1 M MgSO4 after cool down to room temperature. |
| Magnesium Sulfate, Anhydrous, Powder | Macron | M1063-500GM-EA | |
| Microwave | TOSHIBA | N/A | Any brand should work. |
| N2 | CGC | ||
| NaOH | Sigma-aldrich | S318-3 | 1 M |
| NGM plates solution | Homemade solution | N/A | 2.5 g Peptone, 18 g agar, 3 g NaCl, H2O to 1 L.Sterilize by autoclaving. Once the autoclave is done (2 h), wait until the temperature of the medium drops to 65 °C. Put on a hotplate at 65 °C and stir. Then add the following, waiting 5 min between each to avoid crystallization: 1 mL CaCl2 (1 M), 1 mL MgSO4 (1 M), 25 mL K3PO4 (1 M, pH=6), 1 mL Cholesterol ( 5 mg/mL in ethanol). |
| Parafilm | Bemis | 13-374-10 | Bemis Parafilm M Laboratory Wrapping Film |
| Peptone | VWR | 97063-324 | |
| Pipet- aid | Drummond Scientific | 4-000-100 | Any brand should work. |
| Plastic paper | Octago | Waterproof Screen Printing Inkjet Transparency Film | https://www.amazon.com/Octago-Waterproof-Transparency-Printing-Printers/dp/B08HJQWFGD |
| Potassium chloride | Sigma-aldrich | SLBP2366V | |
| Potassium phosphate | Spectrum | 7778-77-0 | |
| Pipette | Eppendorf | SKU: EPPR4331; MFG#: 2231300006 | 20 - 200 µL, 100 - 1000 µL, any brand should work. |
| Rotator | Labnet | SKU: LI-H5500 | Labnet H5500 Mini LabRoller with Dual Direction Rotator. Any brand should work. |
| Sodium chloride | VWR | 7647-14-5 | |
| sodium phosphate dibasic | Sigma-aldrich | SLCG3888 | |
| Tris-base | Sigma-aldrich | 77-86-1 | |
| Tris-Cl | Roche | 1185-53-1 | |
| Tryptone | VWR | 97063-390 | |
| Vortex | Scientific industries | Vortex-Genie 2 | Any brand should work. |
| WormLab system | MBF Bioscience | N/A | https://www.mbfbioscience.com/help/WormLab/Content/home.htm; https://www.mbfbioscience.com/products/wormlab/ |
| Wormpicker | Homemade | N/A | made with platinum and glass pipet tips |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.