Fisiológicas Recordings e RNA Sequenciação dos gustativas Appendages do Mosquito-febre amarela<em> Aedes aegypti</em
Summary
O uso de dois métodos para estimar a expressão do gene nos principais apêndices gustativas de Aedes aegypti, identificamos o conjunto de genes putativamente subjacentes às respostas neuronais para compostos amargos e repulsivas, conforme determinado pelo exame eletrofisiológico.
Abstract
Electrophysiological recording of action potentials from sensory neurons of mosquitoes provides investigators a glimpse into the chemical perception of these disease vectors. We have recently identified a bitter sensing neuron in the labellum of female Aedes aegypti that responds to DEET and other repellents, as well as bitter quinine, through direct electrophysiological investigation. These gustatory receptor neuron responses prompted our sequencing of total mRNA from both male and female labella and tarsi samples to elucidate the putative chemoreception genes expressed in these contact chemoreception tissues. Samples of tarsi were divided into pro-, meso- and metathoracic subtypes for both sexes. We then validated our dataset by conducting qRT-PCR on the same tissue samples and used statistical methods to compare results between the two methods. Studies addressing molecular function may now target specific genes to determine those involved in repellent perception by mosquitoes. These receptor pathways may be used to screen novel repellents towards disruption of host-seeking behavior to curb the spread of harmful viruses.
Introduction
Compostos como DEET, Picaridin, Citronelal e IR3535 foram mostrados para repelir os mosquitos de forma eficaz, incluindo os importante vetor da doença Aedes aegypti 1,2. Registramos potenciais de ação de neurônios sensoriais associados com sensilla gustativa específica para determinar as células envolvidas com mosquito repelência. Juntamente com a jusante sequenciação de genes expressos nestes tecidos, que pode identificar os genes mais provável que medeiam as respostas destas células, a fim de rastrear novos compostos para melhorar a capacidade de repelência.
RNA-seq é uma ferramenta poderosa, rapidamente se tornando padrão para controlar alterações temporais e espaciais na expressão gênica. Analisa RNA-seq de apêndices quimio insectos e órgãos foram usadas para descobrir receptores moleculares em várias espécies de insectos 3-5, melhorando consideravelmente em pesquisas de genes baseados em PCR convencional pelo gene 6. Insetos representar a classe animal mais diverso, prétando muitas oportunidades para estudar a relação entre os genes e os fenótipos únicos. Tecnologia de RNA-seq pode ser empregue em qualquer tecido de insectos vivos. Da mesma forma, a gravação electrofisiológica de células sensoriais dentro sensilas gustativa uniporous pode ser conseguido de muitas diferentes espécies de insectos. O emparelhamento das duas técnicas, permite que os pesquisadores para reduzir os genes envolvidos no conjunto de um fenótipo chemosensory observado. Diferentes espécies apresentará desafios específicos, mas podem informar a conexão entre genes de receptores de quimio e uma adaptação chemosensory. O tamanho ea morfologia dos chemosensory sensilla é variável e poderá exigir solução de problemas durante a gravação de potenciais de ação para reduzir o ruído e identificar sinais repetíveis. As dissecções de órgãos quimio pode ser trivial ou delicado e demorado, dependendo da morfologia e tamanho do insecto. Recuperação de RNA de alta qualidade pode exigir alguma resolução de problemas, bem como, tais como evitar certos pigmentos durantecoleta de tecido.
Ao demonstrar os efeitos dos compostos repelentes através de ensaios de comportamento é direta e informativa, esta abordagem é demorada e ampla em relação ao mecanismo de ação. Eletrofisiologia juntamente com RNA-seq permite análises mais específicas do que impulsiona comportamentos de esquiva em insetos. Uma vez que o "kit" de discriminação produtos químicos foi identificado em uma espécie de insecto, tentativas mais específicos para melhorar repelentes conhecidos são possíveis. Receptores e proteínas associadas em células sensoriais responsáveis por estes comportamentos podem ser expressas de forma heteróloga para o rastreio química directa. Além disso, modelagem molecular pode prever quais os produtos químicos que induzem respostas fortes de estes receptores 7.
O instantâneo de todos os genes activos num conjunto restrito de tecidos quimio pode também ser útil na identificação de genes semelhantes noutras espécies. Usando homologia de sequência e de expressão de similarities, os investigadores podem formar conjuntos de receptores moleculares mais provável que medeiam respostas aos repelentes que são amplamente eficaz de insectos. Nós apresentamos o seguinte protocolo para auxiliar os pesquisadores na desconstrução vias quimio insetos e persuadir mais se aprofundar no neuroethology de não-modelo e insetos de importância econômica.
Protocol
Representative Results
Discussion
O aspecto mais desafiador de potenciais de ação de gravação de sensilla gustativa é decidir quais as respostas são "normais". Quando se emprega única ponta sensillum gustativa gravação pela primeira vez para uma determinada espécie de inseto, o número total e sensibilidade dos neurônios dos receptores gustativos (GRNs) são provavelmente desconhecido. Muitas gravações preliminares são primeiros obrigados a decidir o alcance e as concentrações de produtos químicos para testar. Neste exemplo, q…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Bryan T. Vinyard of the USDA, Agricultural Research Service, Henry A. Wallace Beltsville Agricultural Research Center, Biometrical Consulting Service, Beltsville, MD for statistical analyses. This work was supported in part by a grant to J.C.D. from the Deployed War Fighter Protection (DWFP) Research Program funded by the Department of Defense through the Armed Forces Pest Management Board (AFPMB).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Glass capillary | A-M Systems | 628000 | Standard, 1.5mm X 0.86mm, 4" |
| Silver wire | A-M Systems | 7875 | .015" bare |
| Tungsten wire | Alfa Products | 369 | 0.127mm diameter |
| Fine forceps | Fine Science Tools | 11252 | #5SF Inox |
| Refridgerated stage | BioQuip Products | 1429 | Chill Table |
| Preamplifier | Syntech | Taste Probe | preamplifier |
| Software for electrophysiology | Syntech | Autospike | software for electrophysiology |
| TetraMin fish food | Tetra | Tropical fish food granules | fish food ground to fine powder |
| TRIzol | Life Technologies | 15596-026 | RNA isolation reagent |
| RNeasy Plus Mini Kit | Qiagen | 74136 | includes gDNA eliminator and RNeasy spin columns |
| Nanodrop spectrophotometer | Nano Drop Products | ND-1000 | tabletop spectrometer |
| R statistics | freeware (created by Robert Gentleman and Ross Ihaka) | www.r-project.org | Use the lm function of the stats package and the equiv.boot function of the equivalence package in the R computing environment. |
| 1.5ml tube rack | Evergreen | 240-6388-030 | Pour liquid nitrogen into a few empty wells to freeze and grind tissue. |
| 1.5mL collection tubes with pestle | Grainger | 6HAX6 | RNase free |
| Centrifuge | Thermo Scientific | 11178160 | Spin down frozen tissue to keep at bottom of 1.5 mL tube. |
| Primer-BLAST Primer Designing tool | NCBI | n/a |
References
- Klun, J. A., Khrimian, A., Debboun, M. Repellent and deterrent effects of SS220, picaridin, and DEET suppress human blood feeding by Aedes aegypti, Anopheles stephensi, and Phlebotomus papatasi. J. Med. Entomol. 43 (1), 34-39 (2006).
- Dickens, J. C., Bohbot, J. D. Mini review: Mode of action of mosquito repellents.Pestic. Biochem. Physiol. 106 (3), 149-155 (2013).
- Pitts, R. J., Rinker, D. C., Jones, P. L., Rokas, A., Zwiebel, L. J. Transcriptome profiling of chemosensory appendages in the malaria vector Anopheles gambiae reveals tissue- and sex-specific signatures of odor coding. BMC Genomics. 12 (271), (2011).
- Zhou, X., Slone, J. D., Rokas, A., Berger, S. L., Liebig, , et al. Phylogenetic and transcriptomic analysis of chemosensory receptors in a pair of divergent ant species reveals sex-specific signatures of odor coding. PLOS Genet. 8 (8), e1002930 (2012).
- Shiao, M., Fan, W., Fang, S., Lu, M. J., Kondo, R., Li, W. Transcriptional profiling of adult Drosophila antenna by high-throughput sequencing. Zoological Studies. 52 (42), (2013).
- Bohbot, J., Pitts, R. J., Kwon, H. W., Rützler, M., Robertson, H. M., Zwiebel, L. J. Molecular characterization of the Aedes aegypti odorant receptor gene family. Insect Mol. Biol. 16 (5), 525-537 (2007).
- Kain, P., Boyle, S. M., Tharadra, S. K., Guda, T., Pham, C., et al. Odour receptors and neurons for DEET and new insect repellents. Nature. 502 (7472), 507-512 (2013).
- Hodgson, E. S., Lettvin, J. Y., Roeder, K. D. The physiology of a primary chemoreceptor unit. Science. 122 (3166), 417-418 (1955).
- Robinson, A. P., Duursma, R. A., Marshall, J. D. A regression-based equivalence test for model validation: shifting the burden of proof. Tree Physiol. 25 (7), 903-913 (2005).
- Mortazavi, A., Williams, B. A., McCue, K., Schaeffer, L., Wold, B. Mapping and quantifying mammalian transcriptomes by RNA-seq. Nat. Methods. 5 (7), 621-628 (2008).
- Trapnell, C., Williams, B. A., Pertea, G., Mortazavi, A., Kwan, G., et al. Transcript assembly and quantification by RNA-seq reveals unannotated transcripts and isoform switching during cell differentiation. Nat. Biotechnol. 28 (5), 511-515 (2010).
- Sanford, J. L., Shields, V. D. C., Dickens, J. C. Gustatory receptor neuron responds to DEET and other insect repellents in the yellow-fever mosquito, Aedes aegypti. Naturwiss. 100 (3), 269-273 (2013).
- Sparks, J. T., Vinyard, B. T., Dickens, J. C. Gustatory receptor expression in the labella and tarsi of Aedes aegypti. Insect Biochem. Mol. Biol. 43 (12), 1161-1171 (2013).
- Kent, L. B., Walden, K. K. O., Robertson, H. M. The Gr family of candidate gustatory and olfactory receptors in the yellow-fever mosquito Aedes aegypti. Chem. Senses. 33 (1), 79-93 (2008).
- Ramsköld, D., Wang, E. T., Burge, C. B., Sandberg, R. An abundance of ubiquitously expressed genes revealed by tissue transcriptome sequence data. PLoS Comput. Biol. 5 (12), e1000598 (2009).
- Wagner, G. P., Kin, K., Lynch, V. J. A model based criterion for gene expression calls using RNA-seq data. Theory Biosci. 132 (3), 159-164 (2013).
- Hart, T., Komori, H. K., LaMere, S., Podshivalova, K., Salomon, D. D. Finding active genes in deep RNA-seq gene expression studies. BMC Genomics. 14 (778), (2013).
- Isono, K., Morita, H. Molecular and cellular designs of insect taste receptor system. Front. Cellu. Neurosci. 4 (20), 1-16 (2010).
