Prezentowany tutaj jest protokół dostarczania nanocząsteczek chitozan/dsRNA larwom jedwabników Bombyx mori w celu wywołania wyciszenia genów poprzez spożycie.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Prezentowany tutaj jest protokół dostarczania nanocząsteczek chitozan/dsRNA larwom jedwabników Bombyx mori w celu wywołania wyciszenia genów poprzez spożycie.
Jedwabnik, Bombyx mori, jest ważnym insektem gospodarczym z tysiącletnią historią w Chinach. Tymczasem jedwabnik jest modelowym owadem Lepidoptera z dobrą akumulacją badań podstawowych. Jest to również pierwszy owad z rzędu Lepidoptera, którego kompletny genom został zsekwencjonowany i złożony, co stanowi solidną podstawę do badań funkcjonalnych genów. Chociaż interferencja RNA (RNAi) jest szeroko stosowana w badaniach funkcjonalnych odwrotnych genów, jest oporna na działanie u jedwabników i innych gatunków Lepidoptera. Poprzednie udane badania związane z RNAi mające na celu dostarczenie dwuniciowego RNA (dsRNA) przeprowadzono wyłącznie poprzez wstrzyknięcie. Dostarczanie dsRNA poprzez karmienie nigdy nie jest zgłaszane. W tym artykule opisujemy krok po kroku procedury przygotowania nanocząstek chitozanu/dsRNA, które są podawane larwom jedwabników po spożyciu. Protokół obejmuje (i) wybór odpowiedniego stadium larw jedwabników, (ii) syntezę dsRNA, (iii) przygotowanie nanocząstek chitozan/dsRNA oraz (iv) karmienie larw jedwabników nanocząstkami chitozanu/dsRNA. Przedstawiono reprezentatywne wyniki, w tym potwierdzenie transkryptu genu i obserwację fenotypu. Karmienie dsRNA jest prostą techniką dla RNAi u larw jedwabników. Ponieważ larwy jedwabników są łatwe w hodowli i wystarczająco duże, aby można je było obsługiwać, stanowi dobry model do zademonstrowania larwalnego RNAi u owadów. Ponadto prostota tej techniki stymuluje większe zaangażowanie uczniów w badania, co sprawia, że larwy jedwabników są idealnym systemem genetycznym do wykorzystania w klasie.
Jedwabnik, Bombyx mori, to owad udomowiony ponad 5000 lat temu w Chinach. Ze względu na swoją zdolność do produkcji jedwabiu, jedwabnik jest ważnym owadem gospodarczym w chińskim rolnictwie i hodowli bydła. Jedwabnik ustępuje tylko muszce owocowej jako owad modelowy. Jako modelowy owad w Lepidoptera, jedwabnik jest łatwy w hodowli, ma duży rozmiar ciała i mnóstwo mutantów. Tymczasem jedwabnik jest pierwszym owadem z rzędu Lepidoptera, którego kompletny genom został zsekwencjonowany1. Wiele baz danych dostarczających informacji dla genome2, transcriptome3, express sequence tag (EST)4, non-codeding RNA5 i microsatellite6 są również dostępne publicznie. Powyższe fakty sprawiają, że jedwabnik jest doskonałym modelem do badań genetycznych.
Interferencja RNA (RNAi) to proces komórkowy, w którym cząsteczki dwuniciowego RNA (dsRNA) wiążą i tną komplementarny informacyjny RNA (mRNA), osiągając w ten sposób efekt wyciszający docelowego genu. Mechanizm ten jest naturalnie obecny w bakteriach w celu obrony przed inwazją wirusów7. Później odkryto, że RNAi jest konserwowany w zwierzętach, roślinach i drobnoustrojach. Ze względu na silny efekt wyciszania specyficzny dla sekwencji, RNAi jest wykorzystywany w badaniach podstawowych do manipulowania ekspresją genów i badania funkcji genów. RNAi uzyskuje się poprzez dostarczenie dsRNA do komórek.
U owadów istnieją trzy popularne sposoby dostarczania dsRNA, którymi są mikroiniekcja, karmienie i moczenie8. W chwili obecnej udane raporty RNAi u jedwabników poprzez dostarczanie nagiego dsRNA są przeprowadzane przez wstrzyknięcie dsRNA 9. Zaletą mikroiniekcji jest natychmiastowe dostarczenie dsRNA do hemolimfy oraz precyzyjna kontrola ilości dsRNA. Istnieją jednak również pewne wady mikroiniekcji. Na przykład jest to czasochłonne i wymaga delikatnych urządzeń. Ważne jest również, aby zoptymalizować igły do wstrzykiwań, objętość wstrzyknięć i ilość dsRNA. Dlatego konieczny staje się alternatywny sposób dostarczania dsRNA do jedwabników. Ponieważ egzoszkielet owada jest wodoszczelną barierą wykonaną z chityny, moczenie larw owadów w celu uzyskania RNAi jest rzadko zgłaszane, co nie jest dobrą opcją dla RNAi u owadów. Podawanie dsRNA jest pracochłonne, opłacalne i łatwe do wykonania10. Ta metoda ma również zastosowanie do wysokoprzepustowych badań przesiewowych genów11. Stwierdzono jednak, że niespecyficzna nukleaza DNA/RNA, a mianowicie BmdsRNaza, jest obecna w jelicie środkowym i soku z jelita środkowego larw jedwabników12. Wykazano, że ten nukleaza trawi dsRNA, najlepiej13. Dlatego podawanie jedwabnikowi nagiego dsRNA w celu wyciszenia ekspresji genów wydaje się być trudne.
Ostatnio udowodniono, że dRNA z powłoką nanocząstek jest dobrym sposobem na zwiększenie wydajności RNAi poprzez karmienie14. Chitozan jest niedrogim, nietoksycznym i biodegradowalnym polimerem, który można wytworzyć przez deacetylację chityny, naturalnie występującego i drugiego najobficiej występującego biopolimeru po celulozie15. Ponieważ grupa aminowa w chitozanie jest naładowana dodatnio, a grupa fosforanowa na szkielecie dsRNA jest naładowana ujemnie, nanocząstki chitozanu/dsRNA mogą powstać w wyniku samoorganizacji polikacji16. Nanocząstki chitozanu/dsRNA są skuteczne w osiąganiu RNAi poprzez żerowanie larw u komarów Aedes aegypti i Anopheles gambiae17, robaka plamistego Earias vittella18 i przędziorka karminowego Tetranychus cinnabarinus19.
W celu opracowania metodologii dostarczania dsRNA poprzez karmienie jedwabników w celu uzyskania skutecznej wydajności RNAi, ten raport skupia się na opisie krok po kroku procedur, jak przygotować nanocząstki chitozanu/dsRNA i podać nanocząstki larwom jedwabników. Metodologia ta jest stosunkowo niedroga, pracochłonna i łatwa do naśladowania, którą można dostosować do badań wyciszania genów u innych owadów. Naszym celem jest zapewnienie łatwiejszego protokołu dla metody dostarczania dsRNA z Lepidoptera o wyższej wydajności RNAi.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Gatunki jedwabników i ich hodowla
2. Wybór larw jedwabników
3. Synteza dsRNA
4. Przygotowanie nanocząstek chitozanu/dsRNA
5. Karmienie larw jedwabników nanocząstkami chitozanu/dsRNA
6. Potwierdzenie wyciszenia genów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby ocenić wydajność RNAi, do analizy wybrano gen odpornościowy celujący w BmToll9-2. Gen BmToll9-2 jest dobrze scharakteryzowany w naszym laboratorium, a wyciszenie tego genu poprzez wstrzyknięcie dsRNA skutkuje powstaniem jaśniejszych i mniejszych larw, co opisano w naszej niedawnej publikacji20. Aby potwierdzić skuteczność RNAi po podaniu doustnym nanocząsteczek chitozan/dsRNA, w ramach kontroli zastosowano nanocząsteczki chitozanu, a jednocześnie przeprowadzono porównanie z n...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dla obserwacji fenotypu RNAi ważny jest odpowiedni etap, w zależności od docelowych genów. Nasze wstępne wyniki wykazały, że Toll9-2 bierze udział we wzroście jedwabnika. Wielkość i waga larw jedwabnika gwałtownie wzrastają w 5stadium 21. W związku z tym larwy 5.stadium rozwojowe są wybierane jako stadium do eksperymentu z odżywianiem nanocząstkami chitozanu / dsRNA. Możliwe jest również wybranie larw w 3. lub 4.stadium rozwojowym do eksperyment...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie zostało sfinansowane przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (31501898), Program Nauki i Technologii w Kantonie (202102010465), Projekt Jakości Nauczania i Reformy Nauczania w Kantonie w Kantonie (2022JXGG057) oraz Projekt Badawczy Komitetu Sterującego Otwartych Kursów Online Uniwersytetów Prowincji Guangdong (2022ZXKC381).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1,5 ml probówka wirówkowa | Sangon | F601620 | do reakcji dsRNA lub nanocząstek |
| 10 μ l | pipeta Eppendorf | P13473G | do zasysania lub ponownego wyparcia cieczy |
| 100 μ l | pipeta Eppendorf | Q12115G | do zasysania lub ponownego zaparowania cieczy |
| 2,5 i mu; l | pipeta Eppendorf | P20777G | do zasysania lub ponownego wymieszania płynu |
| 20 μ l | pipeta Eppendorf | H19229E | do zasysania lub ponownego zaparowania cieczy |
| 200 μ l pipeta | Eppendorf | H20588E | do zasysania lub ponownego zawieszania płynu |
| 6-dołkowe przezroczyste płytki wielodołkowe z powłoką TC | Costar | 3516 | do indywidualnej hodowli jedwabników |
| Kwas octowy | Aladdin | A116165 | do wytwarzania TAE |
| Agaroza M | BBI Nauki przyrodnicze | A610013 | do elektroforezy w żelu agarozowym |
| Waga analityczna | Sartorius | BSA224S | do ważenia składników |
| Wirówka | Sartorius | Centrisart A-14C | do wirowania w celu wytworzenia dsRNA lub nanocząstek |
| Chitozan | Sigma-Aldrich | C3646 | do łączenia z dsRNA do otrzymywania nanocząstek |
| EDTA | Sangon | A500895 | do wytwarzania TAE |
| Etanol | Aladyn | E130059 | do wytwarzania TAE, lub do wytrącania dsRNA |
| Zamrażarka | Siemens | iQ300 | do przechowywania dsRNA lub nanocząstki |
| GoTaq Green Master Mix | Promega | M712 | do reakcji PCR |
| GoTaq qPCR Master Mix | Promega | A6002 | do reakcji qRT-PCR |
| Isopropanol | Aladdin | I112011 | do wytrącania dsRNA |
| NanoDrop Microvolume UV-Vis Spectrophotometer | ThermoFisher | One | do oznaczania stężenia phmetru dsRNA |
| Sartorius | PB-10 | do przygotowania | |
| Zestaw do oczyszczania produktu SanPrep Column PCR | Sangon | B518141 | do oczyszczania produktu PCR |
| Octan sodu | Sigma-Aldrich | S2889 | do wytworzenia 100 mM buforu octanu sodu |
| Siarczan sodu | Sigma-Aldrich | 239313 | do wytworzenia 100 mM buforu siarczanu sodu |
| T7 RiboMAX Express RNAi System | Promega | P1700 | do syntezy dsRNA |
| ThermoMixer | Eppendorf | C | do wytwarzania dsRNA lub ogrzewania nanocząstek |
| Tris | Sangon | A501492 | do wytwarzania TAE |
| Vortex | IKA | Vortex 3 | do otrzymywania nanocząstek chitozanu/dsRNA |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.