Drosophila Desarrollo y reproducción

Biology I

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Summary

Una de las muchas razones que hacen de Drosophila un organismo sumamente valioso es que las bases moleculares, celulares y genéticas de desarrollo están muy conservadas entre moscas y eucariotas superiores como seres humanos. Progreso de Drosophila a través de varias etapas de desarrollo en un proceso conocido como el ciclo de vida y cada etapa proporciona una plataforma única para la investigación del desarrollo. Este video presenta cada etapa del ciclo de vida de Drosophila y detalles de las características físicas y principales eventos del desarrollo que ocurren durante cada etapa. A continuación, el video trata sobre la regulación genética de la formación de patrones, que es importante para establecer el plan del cuerpo del organismo y la especificación de órganos y tejidos individuales. Además, este video da una descripción de la reproducción de Drosophila y cómo utilizar las características reproductivas de Drosophila para establecer un cruce genético. Finalmente, se discuten ejemplos de cómo pueden aplicarse los principios de la reproducción y el desarrollo de Drosophila a la investigación. Estas aplicaciones incluyen RNA de interferencia, ensayos conductuales de las conductas de apareamiento y las técnicas de imagen que permiten visualizar el desarrollo como un proceso dinámico en vivo. En general, este video resalta la importancia del desarrollo de la comprensión y reproducción de Drosophila, y cómo este conocimiento puede utilizarse para comprender el desarrollo de otros organismos.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Elementos esenciales de la biología I: levadura, Drosophila y C. elegans . Drosophila Desarrollo y reproducción. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Drosophila melanogaster, son ampliamente utilizados como un organismo modelo en el estudio desarrollo y reproducción. Progreso de Drosophila a través de varias etapas de desarrollo en un proceso conocido como el ciclo de vida y cada etapa proporciona una plataforma única para la investigación del desarrollo. En este video, presentamos los conceptos básicos de reproducción, incluyendo cómo configurar una cruz genética y discutir cómo se puede aplicar esta investigación para comprender procesos que van desde la cicatrización de heridas al comportamiento y desarrollo de Drosophila .

En primer lugar, vamos a discutir el ciclo de vida de Drosophila . Progreso de Drosophila a través de 4 etapas principales de desarrollo: embrión, larva, pupa y adulto.

El embrión es un óvulo fecundado que es aproximadamente de 0,5 mm de largo y forma ovalada. Inmediatamente después de la fertilización, el embrión sufre división mitótica rápida sin crecimiento. El núcleo cigóticos sufre nueve rondas de división nuclear, pero no experimentan citocinesis, formando una célula nuclea múltiples llamada un blastoderm sincitial. Ya que todos los núcleos de la parte del blastoderm sincitial un citoplasma común, las proteínas pueden difundir libremente, formando gradientes de morfógeno, que son importantes para establecer el plan del cuerpo y patrones de los órganos y tejidos en la mosca. Después de la 10ª División nuclear, los núcleos migran a la periferia del blastoderm sincitial. Después de la 13 ronda de división nuclear, que ocurre aproximadamente 3 horas después de la fecundación, los 6000 núcleos en el blastoderm sincitial convertido en individualizado forman blastoderm celular. El blastoderm celular contiene una monocapa de células y se transforma en una estructura compleja de varias capas, en un proceso conocido como gastrulación. Durante gastrulation, cambios en la forma de la célula unidad invaginations de la monocapa, creando en última instancia las capas germinales ectodermo, endodermo y mesodermo. El endodermo da lugar a la tripa, el mesodermo da origen a los músculos y el corazón, y el ectodermo da lugar a la epidermis y el sistema nervioso central. Después de 24 horas, los embriones eclosionan como larvas.

Las larvas son de color blancas con gusano-como organismos segmentados. Arrastrarse alrededor en comida húmeda comiendo constantemente, llevando a un rápido crecimiento. Las larvas progresan a través de tres etapas: el primer instar durante 24 horas, segundo instar durante 24 horas y tercer instar durante 48 horas. La muda se produce entre cada etapa. Cuando esté listo para pupas, larvas de tercer estadio dejan su fuente de alimento y coloque en una superficie firme, como el lado de un frasco.

Pupa están inmóvil y son inicialmente suaves y blancos pero eventualmente endurecer y dar vuelta a marrón. Durante un período de cuatro días, forma de los tejidos degenerados y adultos de los tejidos larvales. Eclosión marca el final de la etapa pupal y las moscas emergen como adultos.

8 horas después de la eclosión, los adultos se convierten en sexualmente receptivos y comienzan a aparearse, volver a empezar el ciclo de vida de.

El ciclo de vida toma cerca de 10 días a 25 ° C, pero puede verse afectada por la temperatura. Por ejemplo, a 18 ° C el ciclo de vida es de unos 19 días y a 29 ° C, el ciclo de vida es de sólo 7 días.

En todo el desarrollo, cuidado regulación genética de la formación establece el plan corporal y especifica los órganos y tejidos individuales. Lo importante, el establecimiento del eje antero-posterior define la cabeza a la cola de orientación del organismo y está regulado por varios grupos de genes.

Genes de efecto materno, primero se suministran en el ovocito y heredados de la mujer. Son importantes en el blastoderm sincitial para establecer inicialmente el anterior y posterior del embrión. En particular, el gen bicoid define la parte anterior del embrión incluyendo la cabeza y el tórax, mientras que el gen nanos define la parte posterior, incluyendo el abdomen.

En segundo lugar, los genes de segmentación, que son regulados por genes de efecto materno, incluyen los genes gap y par los genes de la regla. Los genes Gap establecen un plan de cuerpo segmentado a lo largo del eje antero-posterior por ampliamente dividir el embrión. Genes de regla par se expresan en un patrón rayado perpendicular al eje antero-posterior, más dividir el embrión en segmentos más pequeños. Entonces los genes de polaridad de segmento, tales como angrelado comienzan a establecer sinos de la célula dentro de cada segmento.

Por último, genes homeóticos son responsables de definir las estructuras anatómicas particulares, tales como alas y patas. Curiosamente, el orden de los genes en el cromosoma de reflejar cómo se expresan a lo largo del eje antero-posterior.

Drosophila son organismos extremadamente fértiles que pueden producir miles de descendientes en la vida. Las hembras ponen cientos de huevos al día y continuar fertilizar huevos bien después de apareamiento.

Drosophila son también organismos dimorfismo sexual lo que significa que las hembras son fenotípicamente distintas de los hombres. En particular, los machos son más pequeños que las hembras y han de color oscuro los órganos genitales externos, así como más pigmento negro en su abdomen inferior. Los machos también tienen un parche de cerdas en sus patas delanteras llamados peines sexuales utilizados para enganchar a la hembra durante la cópula. Estas diferencias fenotípicas distintas hacen muy fácil de distinguir machos de hembras, que es particularmente útil cuando se configura un cruce genético.

Configuración de una cruz con Drosophila es una técnica útil para estudiar genética. Así que vamos a empezar!

El primer paso para establecer una cruz es recoger las hembras vírgenes del genotipo deseado, así que usted puede controlar exactamente que hombre con quien ella se acoplará. Drosophila son incapaces de compañero durante las primeras 8 horas después de la eclosión, para recoger los adultos muy jóvenes garantiza la virginidad. Para recoger nuevamente las hembras eclosed, claro el frasco en el depósito de cadáveres para deshacerse de todos los adultos. Cada 3-4 horas, compruebe el frasco recién eclosed adultos y recoger las hembras en un vial nuevo sin ningún macho hasta que esté listo para su uso. Hembras vírgenes se identifican por su color de cuerpo muy ligero y una mancha oscura en su abdomen, conocido como el meconio.

Cuando esté listo para empezar la Cruz, combinan los machos 4-6 con 4-6 hembras vírgenes de sus genotipos deseados en un frasco de alimento y almacenar a 25° C y 60% de humedad. Después de 3-4 días, las larvas estarán presentes y los padres deben ser transferidos a un nuevo frasco, impidiendo el apareamiento con la progenie de los padres. Después de aproximadamente 10 días, surgirán nuevos descendientes y sus fenotipos pueden ser examinadas.

Una herramienta que utilizan los investigadores de la Drosophila son cromosomas balanceador que previenen recombinación genética y contienen marcadores genéticos como rizados alas, que son útiles para determinar el genotipo correcto de una mosca. Si querías moscas que son heterocigotos para dos mutaciones diferentes, se puede cruzar un stock con mutación #1 sobre el cromosoma balanceador CyO, a una segunda acción con mutación #2 también equilibrada sobre CyO. Ninguna progenie que emergen sin alas rizadas es heterocigotos para ambas mutaciones.

Otra herramienta utilizada en la investigación de Drosophila es el sistema UAS-GAL4, que permite a los investigadores a expresar o caída un gen en un tejido específico. GAL4 es un factor de transcripción de la levadura que es conducido por un promotor específico de tejido y UAS es la secuencia de activación Upstream, que controla la expresión del gen de interés. Cuando se cruza una mosca con un tejido específico GAL4 transgen a una mosca con un transgen de la UAS con el gen de interés directamente aguas abajo, la proteína GAL4 une a la UAS y unidades de expresión de su gen deseado. Por ejemplo, UAS-GFP cruzada ápteros-GAL4, que es específica para los discos ala pupa, expresa GFP específicamente en esas células.

Hay muchas aplicaciones que pueden utilizarse para estudiar la reproducción y el desarrollo de Drosophila . Una aplicación es el análisis conductuales - específicamente el comportamiento de cortejo. Durante el cortejo, el macho se orienta hacia la hembra y la sigue mientras le golpeando con sus patas delanteras. Si la hembra es receptiva, ella permite que el macho montar le. El hombre de rizos su abdomen y las transferencias de líquido seminal en la hembra, un proceso conocido como cópula. El análisis de estos comportamientos de cortejo en varios mutantes da la penetración en el control genético del comportamiento

Desarrollo de Drosophila es un proceso muy dinámico que incluye muchos movimientos celulares y cambios en la forma, que pueden ser estudiados a través de viven imagen. Por ejemplo, cierre dorsal durante la embriogénesis es cuando se cierra una brecha en el epitelio en forma de cremallera-como con la coordinación de muchos tipos de células. Cierre dorsal durante el desarrollo se utiliza a menudo como un modelo para estudiar el cierre de la herida, que puede tener implicaciones clínicas.

Una tercera aplicación utilizada para entender los procesos durante el desarrollo de Drosophila es ARN de interferencia, que derriba a la actividad de los genes individuales y puede ser utilizado en pantallas genética reversa a gran escala. Por ejemplo, dsRNA puede ser inyectado en embriones, y el impacto de la caída en el gen en el desarrollo del órgano, por ejemplo, puede ser evaluado. Aquí, el ARN de interferencia reveló un gen importante para la fusión durante el desarrollo traqueal.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a Drosophila melanogaster reproducción y desarrollo. En este video repasamos: el ciclo de vida de Drosophila , incluyendo detalles acerca de cada etapa de desarrollo. También aprendimos a utilizar la capacidad reproductiva de la Drosophila para estudiar genética y establecer una cruz. Finalmente, nos enteramos de cómo son útiles para la comprensión de procesos complejos como el comportamiento, encierro de la herida y el desarrollo de órganos reproducción y desarrollo de la Drosophila .

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