Здесь представлен протокол доставки наночастиц хитозана/дцРНК в личинки тутового шелкопряда Bombyx mori с целью индуцирования сайленсинга генов при проглатывании.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Здесь представлен протокол доставки наночастиц хитозана/дцРНК в личинки тутового шелкопряда Bombyx mori с целью индуцирования сайленсинга генов при проглатывании.
Шелкопряд, Bombyx mori, является важным экономическим насекомым с тысячелетней историей в Китае. Между тем, шелкопряд является модельным насекомым чешуекрылых с хорошим накоплением фундаментальных исследований. Это также первое насекомое из семейства чешуекрылых, полный геном которого секвенирован и собран, что обеспечивает прочную основу для изучения функциональности генов. Несмотря на то, что РНК-интерференция (РНК-интерференция) широко используется в исследовании обратной функциональности генов, она является рефрактерной у шелкопрядов и других видов чешуекрылых. Предыдущие успешные исследования, связанные с РНК-интерференцией для доставки двухцепочечной РНК (дцРНК), проводились только путем инъекций. О доставке дцРНК через питание никогда не сообщается. В этой статье мы описываем пошаговые процедуры получения наночастиц хитозана/дцРНК, которые скармливаются личинкам тутового шелкопряда при приеме внутрь. Протокол включает в себя (i) выбор правильной стадии личинок тутового шелкопряда, (ii) синтез дцРНК, (iii) получение наночастиц хитозана/дцРНК и (iv) кормление личинок тутового шелкопряда наночастицами хитозана/дцРНК. Представлены репрезентативные результаты, включая подтверждение транскриптов генов и наблюдение за фенотипом. Кормление дцРНК является простым методом получения РНК-интерференции у личинок тутового шелкопряда. Поскольку личинки тутового шелкопряда просты в выращивании и достаточно велики для работы, это является хорошей моделью для демонстрации личиночной РНК-интерференции у насекомых. Кроме того, простота этого метода стимулирует более активное участие студентов в исследованиях, что делает личинок тутового шелкопряда идеальной генетической системой для использования в классе.
Шелкопряд, Bombyx mori, является насекомым, одомашненным более 5000 лет назад в Китае. Благодаря своей способности производить шелк, шелкопряд является важным экономическим насекомым в китайском сельском хозяйстве и шелководстве. Шелкопряд уступает только плодовой мухе в качестве модельного насекомого. В качестве образцового насекомого у чешуекрылых, шелкопряда легко выращивать, он имеет большой размер тела и большое количество мутантов. Между тем, шелкопряд является первым чешуекрылым насекомым с секвенированным полнымгеномом1. Также доступно множество баз данных, предоставляющих информацию о геноме2, транскриптоме3, метке экспрессированной последовательности (EST)4, некодирующей РНК5 и микросателлите6 . Вышеперечисленные факты делают шелкопряда идеальной моделью для генетических исследований.
РНК-интерференция (РНК-интерференция) — это клеточный процесс, при котором молекулы двухцепочечной РНК (дцРНК) связываются и разрезают комплементарную матричную РНК (мРНК), тем самым достигая эффекта сайленсинга гена-мишени. Этот механизм естественным образом присутствует у бактерий для защиты от вторжения вирусов7. Позже было обнаружено, что РНК-интерференция сохраняется у животных, растений и микробов. Благодаря своему мощному эффекту сайленсинга, специфичному для определенной последовательности, РНК-интерференция используется в фундаментальных исследованиях для манипулирования экспрессией генов и изучения их функций. РНК-интерференция достигается за счет доставки дцРНК в клетки.
У насекомых существует три распространенных способа доставки дцРНК: микроинъекция, кормление и замачивание8. В настоящее время успешные сообщения о РНК-интерференции у шелкопрядов через доставку голой дцРНК осуществляются путем введения дцРНК9. Преимуществами микроинъекций являются немедленная доставка дцРНК в гемолимфу и точный контроль количества дцРНК. Однако существуют и определенные недостатки микроинъекций. Например, это трудоемко, и для этого требуются деликатные устройства. Также важно оптимизировать инъекционные иглы, объем инъекций и количество дцРНК. Поэтому становится необходимым альтернативный способ доставки дцРНК к шелкопрядам. Поскольку экзоскелет насекомого представляет собой водонепроницаемый барьер, состоящий из хитина, о замачивании личинок насекомых для получения РНК-интерференции сообщается редко, что не является хорошим вариантом для РНК-интерференции у насекомых. Кормление дцРНК является трудоемким, экономичным и простым в выполнении10. Этот метод также применим для высокопроизводительного скрининга генов11. Тем не менее, было обнаружено, что неспецифическая нуклеаза ДНК/РНК, а именно BmdsРНКаза, присутствует в средней кишке и соке средней кишки личинок тутового шелкопряда12. Показано, что эта нуклеаза переваривает дцРНК, предпочтительно13. Таким образом, скармливание тутового шелкопряда голой дцРНК для подавления экспрессии генов представляется сложной задачей.
Недавно было доказано, что дцРНК, защищенная наночастицами, является хорошей альтернативой для повышения эффективности РНК-интерференции за счет кормления14. Хитозан является недорогим, нетоксичным и биоразлагаемым полимером, который может быть получен путем деацетилирования хитина, природного и второго по распространенности биополимера после целлюлозы15. Поскольку аминогруппа в хитозане заряжена положительно, а фосфатная группа на основе дцРНК заряжена отрицательно, наночастицы хитозана/дцРНК могут быть образованы путем самосборки поликатионов16. Наночастицы хитозана/дцРНК эффективны в достижении РНК-интерференции за счет питания личинок комаров Aedes aegypti и Anopheles gambiae17, хлопчатникового пятнистого коробочного червя Earias vittella18 и карминного паутинного клеща Tetranychus cinnabarinus19.
Чтобы разработать методологию доставки дцРНК путем кормления шелковичных червей для достижения успешной эффективности РНК-интерференции, в этом отчете основное внимание уделяется описанию пошаговых процедур получения наночастиц хитозана/дцРНК и скармливания наночастиц личинкам тутового шелкопряда. Эта методология относительно недорога, трудосберегательна и проста в использовании, которая может быть адаптирована для исследований подавления генов у других насекомых. Мы стремимся предоставить более простой протокол для метода доставки дцРНК чешуекрылых с более высокой эффективностью РНК-интерференции.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Виды и выращивание тутового шелкопряда
2. Отбор личинок тутового шелкопряда
3. Синтез дцРНК
4. Получение наночастиц хитозана/дцРНК
5. Кормление личинок тутового шелкопряда наночастицами хитозана/дцРНК
6. Подтверждение сайленсинга генов
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Для оценки эффективности РНК-интерференции для анализа был выбран иммунный ген, нацеленный на BmToll9-2 . Ген BmToll9-2 хорошо охарактеризован в лаборатории, а подавление экспрессии генов путем инъекции дцРНК приводит к получению более легких и мелких личинок в нашей недавней публикации20. Для подтверждения эффективности РНК-интерференции при проглатывании через наночастицы хитозана/дцРНК наночастицы хитозана использовали в качестве контроля, и в то же время сравнивали голую дцРН...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Для наблюдения за фенотипом РНК-интерференции важен правильный этап, в зависимости от целевых генов. Наши предварительные результаты показали, что Toll9-2 участвует в росте шелкопряда. Размер и масса личинок тутового шелкопряда быстро увеличиваются в5-м возрасте21. Таким образом, личинки5-го возраста выбраны в качестве стадии для эксперимента по кормлению наночастицами хитозана/дцРНК. Также можно выбрать личинки3-го или
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (31501898), Научно-технической программой Гуанчжоу (202102010465), Проектом по повышению качества преподавания и реформе преподавания в высшем образовании Гуанчжоу (2022JXGG057) и Исследовательским проектом Руководящего комитета открытых онлайн-курсов университетов провинции Гуандун (2022ZXKC381).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 1,5 мл центрифужная пробирка | Sangon | F601620 | для реакции дцРНК или наночастиц |
| 10 мкм; l дозатор | Eppendorf | P13473G | для аспирации или ресуспензии жидкости |
| 100 мкм; l пипетка | Eppendorf | Q12115G | для аспирации или ресуспендирования жидкости |
| 2,5 мкм; l пипетка | Eppendorf | P20777G | для аспирации или ресуспензии жидкости |
| 20 мкм; l дозатор | Eppendorf | H19229E | для аспирации или ресуспензии жидкости |
| 200 мкм; l пипетка | Eppendorf | H20588E | для аспирации или ресуспензии жидкости |
| 6-луночный Прозрачный TC-обработанный многолуночный планшет | Costar | 3516 | для выращивания шелкопряда |
| индивидуально Уксусная кислота | Аладдин | A116165 | для изготовления TAE |
| Agarose M | BBI Life Sciences | A610013 | для агарозного геля электрофос |
| Аналитические весы | Sartorius | BSA224S | на вес ингредиентов |
| Центрифуга | Sartorius | Centrisart A-14C | для центрифугирования с образованием дцРНК или наночастиц |
| Хитозан | Sigma-Aldrich | C3646 | для объединения с дцРНК для получения наночастиц |
| ЭДТА | Сангон | A500895 | для получения ТАЭ |
| Этанол | Аладдин | E130059 | получения ТАЭ, или для осаждения дцРНК |
| Морозильная камера | Siemens | iQ300 | для хранения дцРНК или наночастицы |
| GoTaq Green Master Mix | Promega | M712 | для реакции ПЦР |
| GoTaq qPCR Master Mix | Promega | A6002 | для реакции qRT-PCR |
| Isopropanol | Аладдин | I112011 | для осаждения дцРНК |
| NanoDrop Microvolume UV-Vis спектрофотометр | ThermoFisher | One | для определения концентрации дцРНК |
| ph-метр | Sartorius | ПБ-10 | для приготовления буферов |
| SanPrep Column PCR Product Purification Kit | Sangon | B518141 | для очистки ПЦР продукта |
| Sodium acetate | Sigma-Aldrich | S2889 | для получения 100 мМ буфера из ацетата натрия |
| Sodium sulfate | Sigma-Aldrich | 239313 | для изготовления 100 мМ буфера сульфата натрия |
| T7 RiboMAX Express RNAi System | Promega | P1700 | для синтеза дцРНК |
| ThermoMixer | Eppendorf | C | для генерации дцРНК или нагрева наночастиц |
| Tris | Sangon | A501492 | для создания TAE |
| Vortex | IKA | Vortex 3 | для получения наночастиц хитозана/дцРНК |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.