Паразитоид (паразитарных) ос представляют собой основной класс естественных врагов многих насекомых, включая<em> DROSOPHILA MELANOGASTER</em>. Введем методы для распространения этих паразитов в<em> Drosophila</em> SPP. и продемонстрировать, как анализировать их влияние на иммунную ткани<em> Drosophila</em> Личинок.
Most known parasitoid wasp species attack the larval or pupal stages of Drosophila. While Trichopria drosophilae infect the pupal stages of the host (Fig. 1A-C), females of the genus Leptopilina (Fig. 1D, 1F, 1G) and Ganaspis (Fig. 1E) attack the larval stages. We use these parasites to study the molecular basis of a biological arms race. Parasitic wasps have tremendous value as biocontrol agents. Most of them carry virulence and other factors that modify host physiology and immunity. Analysis of Drosophila wasps is providing insights into how species-specific interactions shape the genetic structures of natural communities. These studies also serve as a model for understanding the hosts’ immune physiology and how coordinated immune reactions are thwarted by this class of parasites.
The larval/pupal cuticle serves as the first line of defense. The wasp ovipositor is a sharp needle-like structure that efficiently delivers eggs into the host hemocoel. Oviposition is followed by a wound healing reaction at the cuticle (Fig. 1C, arrowheads). Some wasps can insert two or more eggs into the same host, although the development of only one egg succeeds. Supernumerary eggs or developing larvae are eliminated by a process that is not yet understood. These wasps are therefore referred to as solitary parasitoids.
Depending on the fly strain and the wasp species, the wasp egg has one of two fates. It is either encapsulated, so that its development is blocked (host emerges; Fig. 2 left); or the wasp egg hatches, develops, molts, and grows into an adult (wasp emerges; Fig. 2 right). L. heterotoma is one of the best-studied species of Drosophila parasitic wasps. It is a “generalist,” which means that it can utilize most Drosophila species as hosts1. L. heterotoma and L. victoriae are sister species and they produce virus-like particles that actively interfere with the encapsulation response2. Unlike L. heterotoma, L. boulardi is a specialist parasite and the range of Drosophila species it utilizes is relatively limited1. Strains of L. boulardi also produce virus-like particles3 although they differ significantly in their ability to succeed on D. melanogaster1. Some of these L. boulardi strains are difficult to grow on D. melanogaster1 as the fly host frequently succeeds in encapsulating their eggs. Thus, it is important to have the knowledge of both partners in specific experimental protocols.
In addition to barrier tissues (cuticle, gut and trachea), Drosophila larvae have systemic cellular and humoral immune responses that arise from functions of blood cells and the fat body, respectively. Oviposition by L. boulardi activates both immune arms1,4. Blood cells are found in circulation, in sessile populations under the segmented cuticle, and in the lymph gland. The lymph gland is a small hematopoietic organ on the dorsal side of the larva. Clusters of hematopoietic cells, called lobes, are arranged segmentally in pairs along the dorsal vessel that runs along the anterior-posterior axis of the animal (Fig. 3A). The fat body is a large multifunctional organ (Fig. 3B). It secretes antimicrobial peptides in response to microbial and metazoan infections.
Wasp infection activates immune signaling (Fig. 4)4. At the cellular level, it triggers division and differentiation of blood cells. In self defense, aggregates and capsules develop in the hemocoel of infected animals (Fig. 5)5,6. Activated blood cells migrate toward the wasp egg (or wasp larva) and begin to form a capsule around it (Fig. 5A-F). Some blood cells aggregate to form nodules (Fig. 5G-H). Careful analysis reveals that wasp infection induces the anterior-most lymph gland lobes to disperse at their peripheries (Fig. 6C, D).
We present representative data with Toll signal transduction pathway components Dorsal and Spätzle (Figs. 4,5,7), and its target Drosomycin (Fig. 6), to illustrate how specific changes in the lymph gland and hemocoel can be studied after wasp infection. The dissection protocols described here also yield the wasp eggs (or developing stages of wasps) from the host hemolymph (Fig. 8).
Весь протокол эксперимента разделили на четыре этапа (рис. 9). (1) Культивирование осы на личинки мух (2) Установка инфекции и подготовка животных для вскрытия (3) изоляции и крепления хост / паразита структур; (4) Анализ иммунного тканей.
1. Культивирование Осы на личинки дрозофилы
Обеспечение оса культур требует тщательного планирования. По отношению к растущим мухи, это довольно трудоемкий. Мы поддерживаем наших колоний ос в лаборатории на личинки или куколки YW штамм дрозофилы при 24 ° C. Культивирование осы включает в себя сохранение постоянным источником хостов в нужном этапе и очистка "зараженных" флаконов мух, которые возникают перед осы делают. Осы следует haplodiploid метод определения пола и поэтому важно, что самки спариваются, прежде чем они заражают хозяев.
2. Настройка инфекции и зараженных животных Подготовка к Dissection
Прежде чем начать, есть несколько чистых стеклянных или пластиковых чашках Петри, Pyrex рассечения блюдо с 9 депрессии, Kimwipes, дистиллированная вода (в шприц бутылку), 70% этанола (в шприц бутылку), 1X PBS (в шприц бутылку), предметные стекла, и небольшой, чистый шпатель удобно.
3. Изоляции и крепления Host / паразита структур
Фон
Личиночной лимфатические небольшой гемопоэтических 7 органа. На третьем личиночного возраста, лимфатические железы содержит большой парой передних долях, обрамляющих спинного сосуда (рис. 3, 6Б-C, 7А-D). Передние доли делятся на специализированные регионов с уникальными свойствами клетки 7. Прародителей из трех типов клеток, плазматоциты, lamellocytes и кристально клетки находятся в передних долях. Перикарда клетки отделить переднюю доли от меньшего задней доли. Железы дрозофилы лимфатических является моделью для насекомых и млекопитающих кроветворения 8,9.
Жир тела функционально похож на печени млекопитающих. Гуморального ответа срабатывает в жировых микробных следующий тела или оса инфекции 1,4,10. КакВ результате уникального сочетания генов антимикробных пептида, активируются и пептидов, выделяемых в гемолимфе 1. Жир также является основным ткани гликогена и триглицеридов производства и хранения 11. Личиночной жира занимает значительный объем hemocoel и, таким образом, в отличие от лимфатических желез, легко найти. Покажем теперь, как анализировать лимфатические и жир с третьего возраста личинок.
Перед тем как начать
Нужна тонкая щипцы (пинцет) и этанола очисткой слайды микроскопом.
Личинок вскрытие лимфатические
Примечание: правильно расчлененный лимфатических узлов будет иметь одну пару передних долей и два комплекта задних долей вдоль спинного сосуда (рис. 6Б). Доли могут быть легко повреждены или может отвалиться от спинного сосуда. Образцы Поэтому следует с большой осторожностью. Железы и чкак тенденцию высыхать или договором. Осторожно расправляя орган на своем заднем конце учитывает все детали и клетки, которые будут представлены хорошо. Это особенно необходимо для иммунной протоколов.
Фэй тело вскрытия
Примечание 1: жир имеет только один слой клеток, и поэтому важно, чтобы все плоские клетки в одной плоскости на стекле. Клетки endopolyploid и легко визуализировать. Хорошо расчлененный жира образцы должны поддерживать нормальные контакты клетки, и должны иметь минимальный жировых шариков вокруг расчлененный образца (рис. 6I, J).
Примечание 2: Если оса яйца остаются в силе в иммунной системе, они будут initiatразвитие электронной почти сразу. Ранние стадии развития паразита (от принимающей личинка) легко доступны с расчлененным hemocoel (рис. 8). Паразита яиц или личинок либо придерживаться жира или других органов, или просто поскользнуться на стекле во время вскрытия.
4. Анализ иммунного тканей
5. Представитель Результаты
<bт /> Рисунок 1. Различные виды ос и откладки яиц ос яйцо. Все изображения были получены с использованием стереомикроскопа Leica. Trichopria drosophilae женщина осы откладывают яйца в яйца D. MELANOGASTER куколки. B увеличение яйцекладки в Trichopria drosophilae в принимающих куколки. C Melanized пятна указывают на заживление ран на месте откладки яиц. D L. boulardi мужчины. E G. xanthopoda женщины. F L. victoriae женщины. G L. heterotoma мужчин (слева) и самка.
Рисунок 2. Жизненные циклы показывает мухи / осы гонки вооружений. Яйцекладки приводит к одному из двух результатов. Либо иммунной реакции удается блокировать развитие осы (слева), или осы подрывает иммунную Respo хозяинаNSES и успешно (справа). Изменения от Мельк и Говинда, 1999 18.
Рисунок 3. Третий личинки возраста показывает органов интерес до вскрытия. Все изображения были получены с использованием стереомикроскопа Leica. HML> GFP личинка с GFP (зеленый) флуоресценции (стрелка) в отдельных клетках лимфатических узлов указывает на общее расположение лимфатических узлов В интактных животных. Личинка, полученную с использованием флуоресценции и яркие оптика области. Стрелки указывают на местах важно для вскрытия лимфатических узлов протокол, описанный в тексте. В Кг> GFP личинка с GFP выражение в жировом теле, чтобы указать местоположение органа в здоровом анимдр.. Стрелки указывают на местах важно для жира протокол вскрытия тела описаны в тексте.
Рисунок 4. Иммуно-генетические схемы иммунного ответа против паразитных атаки. Основные компоненты звонок пути показаны. Spätzle (СЗЗ) активируется при обработке протеазы Spätzle фермент, SPE. Активированный СЗЗ выступает в качестве лигандов для Toll. Внутриклеточной сигнализации приводит к активации NF-kB транскрипционных факторов, Спинной и Диф. Кактус служит IκB ингибитор пути. Активация Drosomycin, канонический путь звонок целевого гена, можно контролировать с помощью трансгенных линий мух с корреспондентом GFP (см. рис. 6I, J).
Рисунок 5. Инкапсуляция в ответ на L. victoriae заражения вЗмей> GFP-дл Drosophila хозяев. Усилитель в змея ген экспрессируется в клетках крови 13. При этом усилитель управляет выражением GFP-спинного гибридного белка в трансгенных, спинного обнаружен с помощью зеленой флуоресценции GFP в некоторых плазматоциты и lamellocytes, входящие в состав капсул и агрегатов. Все изображения были получены с использованием МНК Zeiss конфокальной микроскопии. Яйцо L. victoriae. BD Lamellocytes (белые стрелки), на заднем конце яйца экспресс-GFP-спинного. CD высшего увеличении образца в панели Б. Э. Образцы контрастным родамин-меченого фаллоидином визуализировать нитчатые актин (F-актин, красный) и Hoechst 33258 для визуализации ДНК (синий). E Encapsulated яйцо L. victoriae. F Melanized капсулы L. victoriae. GH L. victoriae инфеction побуждает клетки крови (plasmatocyte и lamellocyte) агрегации.
Рисунок 6. Иммунный ответ на инфекцию оса. Изображения в панели А и В были получены с использованием Сфера Zeiss Axio. Изображения на панелях CJ были получены с использованием МНК Zeiss конфокальной микроскопии. Хоста личинка показывает melanized инкапсулированные яйцо осы (стрелки) через прозрачную кутикулы. В Представитель третьего возраста личиночной лимфатические железы окрашенные Hoechst 33258 открывает клетки всех долей и перемежаются перикарда клеток. Шкала бар составляет 100 μ. CJ Все образцы были контрастно с Hoechst 33258 (на этикетке ядер) и родамина фаллоидином (для обозначения F-актин). CD Передняя лимфатических узлов доли от контроля (С) и Л. victoriae-инфицированных (D) MSNF9-GFP животных. В инфицированных животных, MSNF усилитель выражения, характерные для лаmellocytes 14, обнаружен с ядерной репортера GFP. E Плазматоциты изолированы от незараженных животных не выразить GFP. Эти животные имеют очень мало, если вообще lamellocytes. F Плазматоциты (GFP-отрицательный, короткая стрелка) и вновь дифференцированной, более крупные lamellocytes (длинные стрелки) со слабыми ядерными выражения GFP из L. victoriae-инфицированных MSNF9-GFP личинки. G бесплатно и агрегированных плазматоциты и lamellocytes от hemocoel из L. victoriae-инфицированных доктора-GFP личинки. Выражение доктора-GFP репортер активируется в некоторых плазматоциты (короткая стрелка), но не в lamellocytes (длинные стрелки) после заражения. H инкапсулируются и личинка осы melanized из L. boulardi-инфицированных MSNF9-GFP хозяин личинки. Многочисленные MSNF9-GFP-положительных lamelloctyes окружают личинка осы (темно-структуры, толстая стрелка) и обладают сильным ядерным выражения GFP (длинные стрелки). Эта кастрюляЭль ранее опубликованной в PLoS One 15. IJ клетки жира тела расчлененного от неинфицированных (I) и Л. victoriae-инфицированных (J), доктора-GFP личинки. GFP является ядра и цитоплазмы в жировых клетках тела зараженных животных. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .
Рисунок 7. Spätzle выражение после паразитных инфекций оса. AJ Образцы контрастным Hoechst 33258 для визуализации ДНК. Все изображения были получены с использованием МНК Zeiss конфокальной микроскопии. AF передней доли расчлененный из незараженных личинок YW. Образцы были обработаны для косвенного окрашивания без первичных антител (А и B) или с анти-СЗЗ антител (красный, C, D, E, F) и контрастным Alexa муки фаллоидином на этикетке F-актина в клетках (зеленые;. B, D, F) GJ передней доли расчлененный из зараженных личинками YW и окрашивали анти-СЗЗ антител (красный, G, H, I, J) и Alexa Fluor-фаллоидином (зеленый,. Панели H, J) EF высшего увеличениях образцов в C и D соответственно. IJ высшего увеличении образцов в G и Н соответственно. Масштаб баров в панели AD, G, H составляет 50 мкм.
Рисунок 8. Личинок и куколки Л. heterotoma и L. boulardi. отдельных этапах были изолированы от личиночной или куколки мухи заражения после хозяев, как указано. Все изображения были получены с использованием Сфера Zeiss Axio. Верхний ряд Ф. Л. heterotoma стадии 1-6 дней после заражения. Нижний ряд AF Постэмбриональное L. boulardi этапах, от 4 до 12 дней после заражения.
<img alt="Рисунок 9" sТс = "/ files/ftp_upload/3347/3347fig9.jpg" />
Рисунок 9. Схема экспериментальной протокола.
Интерес к паразитической осы дрозофилы приливает в качестве молекулярных методов для расшифровки полного генома стать эффективным и рентабельным. Тем не менее, по сравнению с их исключительно хорошо изученных хозяев, много интересных аспектов осы биология остаются неясными. К ним относятся вопросы, связанные с проведение диапазона, подавление иммунитета, superparasitism и поведения. В центре внимания этой презентации было продемонстрировать воздействие инфекции на иммунный тканей мухи. Вскрытие методы показали здесь, может использоваться для анализа экспрессии генов на уровне РНК (в гибридизация), или для выделения нуклеиновых кислот для микрочипов или ПЦР, а также для западных анализа белков. Огромное разнообразие штаммов лету доступны со склада центров и отдельных исследовательских лабораторий, чтобы манипулировать и маркировать иммунных клеток. Выбор лету штаммов продиктовано экспериментальные вопросы. Эти методы вскрытия также может быть использована для анализа иммунныхтканей других видов дрозофилы.
The authors have nothing to disclose.
Yeast | Fisher Scientific | S80245-3 | Active Dry |
Fly Food | Home made | Corn meal, sugar | Standard |
Honey | Dutch Gold | From the store | Clover |
Vials | Fisher Scientific | AS514 | |
Cotton plug/Foam stopper | Fisher Scientific | 14-127-40A | |
Spatula | Fisher Scientific | 21-401-15 | |
Pyrex dissecting dish | Fisher Scientific | 50-930-382 | 9-well |
Microscope slides pre-cleaned | Fisher Scientific | 7101 | 25.4 mm x 76.2 mm |
Glass coverslips | Pearl | D12544 | 22 x 50 |
Glass coverslips | Pearl | G12544 | 22 x 60 |
Pasteur Pipette | J H Berge | 71-5200-05 | |
100 mm Tweezers | Sigma-Aldrich | T-4662 | Style # 5 |
Wash Bottle | Fisher Scientific | 03-409-22A | Fisherbrand |
Kim Wipess | Fisher Scientific | 34155 | Kimberly Clark |
Paper Towel | Fisher Scientific | Fisher X-101-C | 1/8 x 13 1/8 in. |
Leica stereomicroscope | Empire Imaging Systems, INC. | 10446208 | MZFLIII |
Zeiss Stereomicroscope | Carl Zeiss, Inc. | 000000-1006-126 | "Stemi" 1000 or 2000-C |
Light Source -LED Gooseneck illuminator | Fisher Scientific | 12563501 | |
Stage | Carl Zeiss, Inc. | ||
Zeiss Laser 510 Scanning Confocal Microscope | Carl Zeiss, Inc. | ||
Incubator | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 815 | |
Dulbecco’s Phosphate-Buffered Salt Solution 1X | Fisher Scientific | MT-21-030-CM Mediatech | |
Ethanol | Fisher Scientific | 64-17-5 | 99.5 % |
Formaldehyde (37% w/w) | Fisher Scientific | F79-1 | |
H–chst 33258 | Molecular Probes, Life Technologies | H-1398 | 0.2 μg/ml Excitation 352 nm; Emission 461 nm |
Rhodamine phalloidin | Molecular Probes, Life Technologies | R415 | 200 units/ml (6.6 μM) Excitation 546 nm; Emission 565 nm |
Alexa Fluor 488 phalloidin | Molecular Probes, Life Technologies | A22289 | Excitation 495 nm; Emission 518 nm 300 units/ml |
CO<sub>2</sub> tank | TW Smith | ||
Anti-Spz antibody | Gift Dr. C. Hashimoto (Yale) | ||
Secondary antibody TRITC-conjugated donkey anti-rabbit, concentration 1:50. | Jackson ImmunoResearch | 711-165-152 | Detected at Excitation 546 nm; Emission 565 nm |
Antifade | MP Biomedicals | ICN10274790 | 0.08 mg of N-propyl gallate in 20 ml of 50% glycerol in 1X PBS |
<strong>Wasp Strains</strong> | <strong>Fly Strains</strong> | ||
<em>L. victoriae</em><sup>16</sup> | <em>y w</em> | ||
<em>L. boulardi 17</em><sup>1</sup> | <em>UAS-GFP-Dorsal</em><sup>17</sup> | ||
<em>L. heterotoma</em><sup>2</sup> | <em>SerpentHemoGal4</em><sup>13</sup> | ||
<em>L. heterotoma 14</em><sup>1</sup> | <em>MSNF9-moCherry</em><sup>14</sup> | ||
<em>Trichopria drosophilae </em> | <em>MSNF-GFP</em><sup>15</sup> | ||
<em>G. xanthopoda</em><sup>18</sup> | <em>y w Serpent-Gal4 UAS GFP-Dorsal/Basc</em><sup>4</sup> | ||
<em>y w ; Drosomycin-GFP/CyO y+</em><sup>12</sup> |