Rozmnażanie i rozwój danio pręgowanego

Zarodki danio pręgowanego mają wiele cech, które sprawiają, że są ulubionym modelem biologów rozwojowych. Ich szybki, zewnętrzny rozwój i przejrzystość sprawiają, że wyjątkowo nadają się do wizualizacji. Ponadto embriony są podatne na manipulacje zarówno fizyczne, jak i genetyczne, co pozwala naukowcom na wyodrębnienie sygnałów kontrolujących procesy rozwojowe. W tym filmie omówimy cykl życiowy danio pręgowanego, wczesne etapy rozwoju zarodka, hodowlę ryb do dorosłości oraz przedstawimy niektóre techniki, które wykorzystują rozwój zarodków danio pręgowanego.

Najpierw przyjrzyjmy się podstawowym krokom w rozwoju danio pręgowanego.

Cykl życiowy danio pręgowanego podzielony jest na cztery główne okresy: zarodek, larwa, młodociany i dorosły. Pełny cykl życiowy od zapłodnionej komórki jajowej do dorosłego osobnika to szybkie 90 dni.

Wczesny rozwój przebiega w szybkim, ale przewidywalnym tempie, gdy zarodki są hodowane w temperaturze 28 °C. W rezultacie etapy można zdefiniować jako liczbę godzin lub dni po zapłodnieniu (częściej w skrócie hpf lub dpf). Jeśli jednak temperatura inkubacji zostanie zwiększona lub obniżona, etapy można dokładniej zidentyfikować na podstawie cech morfologicznych. W tej metodzie pierwsze 24 godziny są podzielone na pięć faz: zygota, rozszczepienie, blastula, gastrula i segmentacja. Faza gardła trwa przez następne 24 godziny, aż zarodki wyklują się z larw.

Teraz, gdy znasz już główne etapy rozwoju danio pręgowanego, przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo pierwszym 24 godzinom.

Cykl życiowy danio pręgowanego rozpoczyna się od zapłodnionego jaja. Ta zygota ma kilka ważnych struktur, w tym błonę ochronną otaczającą zarodek zwaną kosmówką i żółtko, które dostarcza składników odżywczych do rozwoju embrionalnego, dopóki ryba nie będzie mogła się wyżywić. Wkrótce po zapłodnieniu cytoplazma przemieszcza się w kierunku jednego bieguna komórki jajowej, nadmuchując pojedynczą komórkę zwaną blastodyskiem.

W okresie rozszczepienia blastodysk dzieli się, tworząc blastomery, które nadal ulegają szybkim, zsynchronizowanym podziałom komórkowym bez wzrostu komórek.

Te szybkie podziały są możliwe, ponieważ RNA zdeponowane w jaju przez matkę jest wykorzystywane do funkcjonowania białek w blastomerach, eliminując potrzebę syntezy RNA. W okresie blastuli zarodek zaczyna wytwarzać własne RNA, wydłużając w ten sposób cykl komórkowy. Okres ten obejmuje również początek dramatycznego ruchu komórek po powierzchni żółtka, znanego jako epibolia.

Kiedy komórki posuną się do przodu, aby pokryć około połowy żółtka, rozpoczyna się okres gastruli. Nazwa tego okresu pochodzi od innego rodzaju ruchu, znanego jako gastrulacja, w którym komórki migrują pod napierającym frontem komórki. Rezultatem są trzy odrębne warstwy komórek zwane listkami zarodkowymi, w tym endoderma, mezoderma i ektoderma. Komórki w każdej z tych trzech warstw mają bardzo różne losy: ektoderma daje początek naskórkowi i układowi nerwowemu, endoderma tworzy jelita, a mezoderma generuje mięśnie, kości i naczynia krwionośne.

Po 12 hpf mezoderma zaczyna dzielić się na somity, które są segmentami tkanki wzdłuż tułowia, które później staną się mięśniami. Chociaż liczba somitów określa poszczególne etapy w tym okresie segmentacji, w ciągu 10 godzin trwania trwa o wiele więcej. Już po 24 godzinach od zapłodnienia zarodki są aktywne, a nawet mają bijące serce!

Przeszedł długą drogę w ciągu zaledwie jednego dnia, ale praca zarodka nie jest jeszcze skończona! Zarodki kontynuują rozwój w obrębie kosmówki, aż do wyklucia się z larw po około 3 dniach od zapłodnienia. Podczas szybkiego wyczerpywania zapasów energii żółtka, larwy szybko rozwijają wyspecjalizowane struktury do pływania, takie jak pęcherz pławny: narząd wypełniony gazem, który kontroluje pływalność. Po 7 dpf młode ryby, czyli "narybek", są w pełni mobilne i szukają pożywienia!

Gotowy na adopcję ryby? Będziesz potrzebował żłobka, aby wychować swój narybek do dorosłości. Nie, nie do końca tak. Larwy są umieszczane w zbiornikach z niewielką lub żadną wymianą wody na początku i zwiększającym się przepływem wody, gdy ryby poprawiają swoją zdolność do polowania i pływania. Larwy są zwykle karmione kombinacją uwodnionej suchej karmy i mikroorganizmów, takich jak pantofelek, aby zmaksymalizować tempo wzrostu. Po 2-3 miesiącach w odchowalni ryby osiągają dorosłość, kończąc cykl życia.

Teraz, gdy widzieliśmy niektóre z głównych etapów rozwoju danio pręgowanego, przyjrzyjmy się niektórym technikom używanym do badania tych etapów.

Niewielki rozmiar i przezroczystość zarodków danio pręgowanego sprawia, że są one podatne na hybrydyzację RNA in situ. Technika ta wykorzystuje znakowaną cząsteczkę RNA komplementarną do mRNA będącego przedmiotem zainteresowania, aby uwidocznić ekspresję genów w całym organizmie. Zmiany w ekspresji genów w czasie i w określonych narządach są łatwe do zaobserwowania i dostarczają wglądu w procesy rozwojowe.

Dodatkowo zewnętrzny rozwój zarodków danio pręgowanego sprawia, że są one podatne na przeszczep komórek. Komórki z fluorescencyjnie znakowanych wczesnych zarodków mogą być przeszczepiane do nieznakowanych zarodków gospodarza i śledzone w czasie. Metoda ta pozwala naukowcom zbadać, w jaki sposób interakcje komórkowe przyczyniają się do funkcjonowania narządów, a także łatwo wizualizować ruchy komórek in vivo.

Wreszcie, ponieważ zarodki danio pręgowanego można łatwo manipulować genetycznie za pomocą mikroiniekcji, naukowcy mogą badać rolę określonych genów podczas rozwoju, począwszy od etapu jednokomórkowego. Na przykład, aby zbadać wpływ utraty funkcji genu, danio pręgowanemu można wstrzyknąć morfolinosy, które są antysensownymi oligonukleotydami zaprojektowanymi do blokowania ekspresji białek. Badania przesiewowe wstrzykiwanych ryb pod kątem fenotypów rozwojowych, takich jak zmiany w składaniu naczyń krwionośnych, dostarczają informacji na temat genetycznej kontroli złożonych procesów rozwojowych.

Właśnie obejrzałeś film JoVE na temat rozwoju danio pręgowanego. Film ten nakreślił cykl życiowy danio pręgowanego, omówił etapy wczesnego rozwoju danio pręgowanego i podkreślił moc danio pręgowanego jako narzędzia w biologii rozwoju. Dzięki za oglądanie!