$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Mucha stajniowa (Stomoxys calcitrans L., 1758) to ekonomicznie istotne szkodniki i wektory chorób zwierząt hodowlanianych1,2,3i mają rozmieszczenie kosmopolityczne na całym świecie. Strategie zintegrowanego zarządzania szkodnikami (IPM) często nie udało się odpowiednio kontrolować populacji much stajniowych2,3, co skutkuje roczną stratą szacowaną na ponad 2 miliardy dolarów w Stanach Zjednoczonych3. Ponadto, oporność na środki owadobójcze została udokumentowana w populacjach much stajniowych w Europie4,5 i została również zgłoszona w Stanach Zjednoczonych6. W konsekwencji, podejścia do kontroli genetycznej, takie jak sterylna technika owadów (SIT) i systemy gene drive, stanowią pożądane uzupełnienie tradycyjnych programów IPM.
Poprzednie wysiłki na rzecz opracowania metod kontroli genetycznej u much stajniowych, w tym generowanie genetycznych szczepów płciowych dla SIT, opierały się na hodowli selektywnej i translokacji indukowanej promieniowaniem7,8. Te podejścia są intensywne pod względem pracy i ograniczone do modyfikacji nietransgennych. Następnie, O'Brochta et al.9 wykazali, że zastosowanie systemu transpoazy Hermes było w stanie zintegrować transgeny do S. calcitrans; jednak, protokół przyniósł niską efektywność transformacji, z około 0,11% wstrzykniętych zarodków produkujących transgeniczne potomstwo, i wytwarzał słabe wyrażenie markera wzmocnionego zielonego białka fluorescencyjnego (eGFP) pod kontrolą egzogennego promotora9.
Inne podejścia do manipulacji genetycznej, w tym systemy CRISPR-Cas, nie zostały jeszcze szeroko zastosowane u much stajniowych, częściowo z powodu trudności w przeniknięciu odpornego chorionu zarodków much stajniowych. Twardy zewnętrzny chorion jest porównywalny z chorionem innych much muscid10,11. Próby wstrzyknięcia przez chorion za pomocą igł kwarcowych lub usunięcia chorionu za pomocą dwustronnej taśmy klejącej nie powiodły się, co wymagało zastosowania leczenia roztworem utleniającym (3% hipochloryt sodu, NaOCl), co obniża współczynnik wylęgu jaj.
Muchy stajniowe mogą być utrzymywane długoterminowo w warunkach laboratoryjnych, a niedojrzałe stadia są zwykle hodowane w fermentowanych podłożach celulozowych, takich jak wiórki drewniane, otręby pszeniczne lub słoma uzupełnione źródłami azotu, w tym suplementami z białka cielęcego lub płatkami rybnymi12. Jednak te podłoża mają kilka wad, gdy są używane do wychowywania zarodków wstrzykiwanych mikro. Ich nieprzezroczystość i wysokie autofluorescencja utrudniają identyfikację larw GFP-dodatnich po wylęgu i zakopywaniu się w podłożu. Ponadto, choć pewien obecność bakterii jest wymagana dla przeżycia larw13, fermentowane media wprowadzają nieprzewidywalne społeczności bakterii i grzybów, które mogą uszkodzić lub zjeść zarodki przed wylęgiem. Te ograniczenia uniemożliwiły odzyskanie transformowanych larw przy użyciu wcześniej opisanych metod wstrzykiwania i wychowu9, co podkreśla potrzebę bardziej niezawodnego protokołu wstrzykiwania, który również umożliwia fluorescijne przesiewanie przez cały okres rozwoju.
Przedstawiony tutaj jest powtarzalny protokół mikroiniekcji, który uwzględnia ulepszenia w selekcji transpoazy, metodologii wstrzykiwania oraz mediów do przesiewania i hodowli. Te modyfikacje ułatwiają rozwój genetycznie zmodyfikowanych much stajniowych do zastosowań, w tym genetyczne szczepy płciowe dla SIT, gene drive i nokautów genów pośredniczych przez CRISPR-Cas. Kluczowe ulepszenia obejmują zastosowanie hiperaktywnej transpoazy piggyBac14 pod kontrolą promotora białka skurczowego muchy stajniowej (hsp)83, suszenie zarodków, aby zminimalizować utratę ooplazmy po wstrzyknięciu oraz eliminację taśmy klejącej i oleju halokarbonowego podczas wstrzykiwania zarodków.
Odzyskanie wstrzykniętych zarodków został jeszcze bardziej ulepszony poprzez zastąpienie podstawowego podłoża hodowlanego płaskimi, barwionymi płytkami agar z pożywką odżywczą zaszczepionymi warstwą Escherichia coli. Ta formuła agaru zapewnia dwie główne zalety. Po pierwsze, dostarcza przewidywalnego monogenicznego źródła pokarmu bakterii dla rozwoju larw. Po drugie, zapewnia kontrastowe, nisko autofluorescencyjne tło, które ułatwia obserwację morfologii, rozwoju i ekspresji GFP w larw pierwszego pokolenia (G0). Muchy domowe i stajniowe normalnie rozwijają się i przepoczwarczają na agarowych płytkach z żółtka jaja zaszczepionych E. coli13,15. Opisana tutaj formuła zawiera aktywowany proszek węglowy jako niereaktywny, bezpieczny dla żyw