Размножение и развитие данио-рерио

Эмбрионы Danio rerio обладают многими характеристиками, которые делают их излюбленной моделью среди биологов развития. Их быстрое внешнее развитие и прозрачность делают их уникально подходящими для визуализации. Кроме того, эмбрионы восприимчивы как к физическим, так и к генетическим манипуляциям, что позволяет исследователям разделять сигналы, контролирующие процессы развития. В этом видео будут рассмотрены жизненный цикл Danio rerio, ранние стадии развития эмбрионов, выращивание рыб до взрослого состояния, а также будут освещены некоторые методы, использующие преимущества развивающихся эмбрионов Danio rerio.

Сначала рассмотрим основные этапы развития данио-рерио.

Жизненный цикл данио-рерио делится на четыре основных периода: эмбриональный, личиночный, ювенильный и взрослый. Полный жизненный цикл от оплодотворенной икринки до взрослой особи занимает всего 90 дней.

Раннее развитие протекает с высокой, но предсказуемой скоростью при выращивании эмбрионов при температуре 28 °C. В результате стадии можно определять по количеству часов или дней после оплодотворения (обычно сокращается как hpf или dpf). Однако при повышении или понижении температуры инкубации стадии можно более точно определить по морфологическим признакам. Согласно этому методу, первые 24 часа разделены на пять фаз: зигота, дробление, бластула, гаструла и сегментация. Фаза фарингулы охватывает следующие 24 часа до тех пор, пока эмбрионы не вылупятся в виде личинок.

Теперь, когда вы ознакомились с основными стадиями развития zebrafish, давайте более подробно рассмотрим первые 24 часа.

Жизненный цикл zebrafish начинается с оплодотворенной яйцеклетки. Эта зигота имеет несколько важных структур, включая защитную мембрану, окружающую эмбрион, которая называется хорионом, и желток, обеспечивающий питательными веществами эмбриональное развитие до того момента, пока рыба не сможет питаться самостоятельно. Вскоре после оплодотворения цитоплазма перемещается к одному из полюсов яйцеклетки, раздувая одну клетку, называемую бластодиском.

В период дробления бластодиск делится с образованием бластомеров, которые продолжают подвергаться быстрым синхронным делениям без роста клеток.

Эти быстрые деления возможны благодаря тому, что РНК, отложенная в яйцеклетке матерью, используется для синтеза белков, функционирующих внутри бластомеров, что устраняет необходимость в синтезе РНК. В период бластулы эмбрион начинает вырабатывать собственную РНК, что увеличивает продолжительность клеточного цикла. Этот период также включает начало интенсивного перемещения клеток по поверхности желтка, известного как эпиболия.

Когда клетки продвигаются и покрывают примерно половину желтка, начинается период гаструлы. Этот период назван в честь другого типа перемещения, известного как гаструляция, при которой клетки мигрируют под продвигающийся клеточный фронт. Результатом является образование трех отчетливых слоев клеток, называемых зародышевыми листками: энтодермы, мезодермы и эктодермы. Клетки в каждом из этих трех слоев имеют совершенно разные судьбы: эктодерма дает начало эпидермису и нервной системе, энтодерма формирует кишечник, а мезодерма создает мышцы, кости и сосуды.

К 12 hpf мезодерма начинает разделяться на сомиты — сегменты тканей вдоль туловища, которые позже станут мышцами. Хотя количество сомитов определяет отдельные стадии в этот период сегментации, за его 10-часовую продолжительность происходит гораздо больше процессов. Всего через 24 часа после оплодотворения эмбрионы становятся активными, и у них даже начинает биться сердце!

Всего за один день произошел огромный прогресс, но работа эмбриона еще не закончена! Эмбрионы продолжают развиваться внутри хориона до тех пор, пока не вылупятся в виде личинок примерно на 3-и сутки после оплодотворения. Быстро расходуя запасы энергии желтка, личинки вскоре развивают специализированные структуры для плавания, такие как плавательный пузырь: заполненный газом орган, который регулирует плавучесть. После 7 dpf молодые рыбки, или «мальки», становятся полностью подвижными и начинают искать пищу!

Готовы завести рыбку? Вам понадобится ясли, чтобы вырастить мальков до взрослого состояния. Нет, не совсем в таком смысле. Сначала личинок помещают в аквариумы с минимальным обменом воды или вовсе без него, постепенно увеличивая поток воды по мере того, как рыбки совершенствуют свои навыки охоты и плавания. Для максимального ускорения темпов роста личинок обычно кормят комбинацией регидратированного сухого корма и микроорганизмов, таких как парамеции. После 2–3 месяцев в яслях рыбы достигают зрелости, завершая жизненный цикл.

Теперь, когда мы ознакомились с основными этапами развития данио-рерио, рассмотрим некоторые методы, используемые для изучения этих стадий.

Малый размер и прозрачность эмбрионов данио-рерио делают их подходящими для проведения гибридизации РНК in situ. В этом методе используется меченая молекула РНК, комплементарная интересующей мРНК, что позволяет визуализировать экспрессию генов во всем организме. Изменения в экспрессии генов с течением времени и в конкретных органах легко наблюдаются и позволяют понять особенности процессов развития.

Кроме того, внешнее развитие эмбрионов данио-рерио делает их пригодными для трансплантации клеток. Клетки из флуоресцентно меченных ранних эмбрионов можно пересадить в немеченные эмбрионы-реципиенты и отслеживать их в динамике. Этот метод позволяет исследователям изучать, как взаимодействие клеток влияет на функцию органов, а также легко визуализировать перемещение клеток in vivo.

Наконец, поскольку эмбрионы данио-рерио легко подвергаются генетическим манипуляциям с помощью микроинъекций, исследователи могут изучать роль конкретных генов в развитии, начиная с одноклеточной стадии. Например, для изучения эффекта потери функции гена в эмбрионы данио-рерио можно ввести морфолино, которые представляют собой антисмысловые олигонуклеотиды, предназначенные для блокирования экспрессии белка. Скрининг инъецированных рыб на наличие фенотипов развития, таких как изменения в формировании кровеносных сосудов, дает представление о генетическом контроле сложных процессов развития.

Вы только что посмотрели видео JoVE о развитии данио-рерио. В этом видео был описан жизненный цикл данио-рерио, рассмотрены стадии раннего развития этой рыбки и отмечены преимущества использования данио-рерио в качестве инструмента в биологии развития. Спасибо за просмотр!