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Biology

der Anbau von Published: December 12, 2016 doi: 10.3791/55048

Summary

Wir präsentieren eine einfache Methode 3D Nematode Anbausysteme NGT-3D und NGB-3D genannt zu konstruieren. Diese können verwendet werden Nematoden Fitness und Verhaltensweisen in Lebensräume zu studieren , die mehr sind ähnlich wie natürliche Caenorhabditis elegans Lebensräume als die Standard - 2D - Labor C. elegans Kulturplatten.

Protocol

1. Bereiten Sie Lösungen für NGT-3D und NGB-3D

  1. Bereiten Sie die folgenden sterilen Lösungen: 1 L von 0,1454 M NaCl - Lösung, 1 l 1 M CaCl 2, 1 l 1 M MgSO 4, LB-Medium (LB), 1 L 1 M KPO & sub4 ; -Puffer (108,3 g KH & sub2 ; PO 4 und 35,6 g K 2 HPO 4 und füllen H 2 O auf 1 L). Die Produktion von NGM den Einsatz dieser Lösungen können in einem früheren Protokoll 10.
  2. Autoklaven-Lösungen bei 121 ° C, 15 min.
  3. Vorbereitung 50 ml einer sterilen 5 mg / ml Cholesterinlösung. In einem 50 ml konischen Röhrchen, mischen 0,25 g Cholesterin und 50 ml 99,99% Ethanol und gut mischen. Sterilisieren nicht. Sterilisieren des Cholesterinlösung mit einer 50 ml-Spritze mit einer 0,45 um-Spritzenfilter. Dies wird auch jegliche ungelösten Cholesterol entfernen.
  4. (Optional) Bereiten Sie 10 ml einer 150 mM von 2'-Desoxy-5-fluoruridin (FUdR) Lager. In einem 15 ml konischen Röhrchen, mischen 0,3693 gvon FUdR und 10 ml destilliertem Wasser. Gut schütteln.

2. Bereiten Sie Bakterienkultur für NGT-3D und NGB-3D

  1. Impfen 10 ml LB-Brühe mit Bakterien. Die Standard - Bakterien für C. elegans verwendet Fütterung ist E. coli - Stamm OP50.
  2. Kultur der Bakterieninokulation bei 37 ° C in einem Schüttelinkubator über Nacht.
  3. In Vorbereitung für eine serielle Verdünnung Aliquot 9 ml der NaCl-Lösung in sterile 15 ml konischen Röhrchen. Zum Beispiel aliquoten 9 ml in insgesamt 7 Röhren 10 -7 Verdünnung von OP50 Stamm E. coli zu machen.
  4. Mit einem sterilen 1000 ul Pipette Pipette 1 ml der Bakterienkultur oder verdünnte Bakterienkultur in das sterile neues Röhrchen mit 9 ml NaCl-Lösung und Vortex gut die 10 ml Mischung. Wiederholen, bis die gewünschte Bakterien Verdünnung erreicht ist.
    HINWEIS: Die gewünschte Bakterien Verdünnung hängt von der Art und den Zustand der Bakterien sowie die genauen experimentellen Bedingungen.Zum Beispiel kann eine 10 -6 - 10 -8 Verdünnung von OP50 Stamm E. coli war ausreichend von 1 zu produzieren - 200 Bakterienkolonien pro 6,5 ml NGT-3D - Röhre. Worms zuverlässig entwickelt und reproduziert werden normalerweise , wenn die Anzahl der Kolonien über 60 war, das bei einer Verdünnung von 10 -6 aufgetreten - 10 -7. Für NGB-3D, eine Verdünnung von 10 -8 verwenden.

3. Herstellung NGT-3D und NGB-3D (200 ml)

  1. Nachdem die Bakterienkultur vorbereitet, in einem 500 ml Kolben 0,6 g NaCl, 1 g granulierter Agar und 0,5 g Pepton mischen. Legen Sie eine Rührfisch in den Kolben.
  2. In 195 ml destilliertem Wasser und bedecken Mund des Kolbens mit Aluminiumfolie.
  3. Autoklaven 121 ° C für 15 min.
  4. Setzen Sie den heißen autoklaviert Kolben auf einer Rührplatte, und rühren Sie mit mäßiger Geschwindigkeit für mindestens 2 Stunden. Kühlen des Kolbens auf 40 ° C. Achten Sie darauf, ausreichend zu kühlen, wie hier bei hohen Temperaturen weiter zu Trübungen des fertigen Agar führen kann.Jedoch niedrigere Temperaturen zu einer vorzeitigen Aushärtung des Agar führen kann.
    1. (Optional) Um den Kühlprozess, der Kolben wird in einem 40 ° C Wasserbad 15 Minuten vor dem Aufsetzen auf einer Rührplatte beschleunigen.
  5. Wenn die Temperatur des Agarmedien 40 ° C erreicht, wird mit 200 & mgr; l 1 M CaCl 2, 200 & mgr; l von 5 mg / ml Cholesterin - Lösung, 200 & mgr; l 1 M MgSO 4 und 5 ml 1 M KPO 4 Puffer , wenn die Lösung zu rühren weiterhin bis zu Endkonzentrationen von 1 mM CaCl 2, 5 & mgr; g / ml Cholesterin, 1 mM MgSO 4, 1 mM KPO 4.
    1. (Optional) für NGT-3D - Lebensdauer - Test hinzuzufügen 80 ul 150 mM FUdR bis zu einer Endkonzentration von 120 uM 12.
  6. In 6 ml der 10 ml verdünnt Bakterienkultur aus Schritt 2.4 in den Kolben direkt.
    1. (Optional) Für NGT-3D, entfernen Sie 6 ml Agar-Medien vor dem Schritt 3.6 und halten Sie sie separat warm. Diese Medien werden für die verwendet werden, bakterienfreioberste Schicht.
  7. Mit einer sterilen Verfahren verzichtet werden die Medien in eine sterile Kulturkammer. Stellen Sie sicher, dass die Abdeckung der Kammer dicht schließt.
    1. (Optional), um Bakterienkolonien zu verhindern an der oberen Oberfläche des Agars aus, Ausbilden einer Schicht aus bakterienfreien Agarmedium aus Schritt 3.6.1 auf der Oberseite, bevor die Medien aus Schritt 3.7 vollständig aushärtet. Dies wird eine bakterienfreien Zone an der Oberseite der NGT-3D erstellen.
    2. Für NGT-3D, gießen Sie 6,5 ml Medium in die 8 ml durchsichtigen Kunststoff-Teströhrchen eine Bakterien-Agar-Schicht zu machen, und vorsichtig 200 ul der bakterienfreien Medien auf der Oberseite der halbgehärteten 3D-Medien verzichtet werden, um eine dünne bakterien- machen freie Schicht an der Spitze.
    3. Für NGB-3D, gießen 65 ml Medium in die 25 cm 2 durchsichtigen Kunststoff - Zellkulturflasche. Dieser Betrag sollte den Körper der 25 cm 2 Zellkulturflasche füllen.
  8. Verlassen Kammern vertikal bei Raumtemperatur für eine Woche Bakterienkolonien wachsen zu lassenzu einer erheblichen Größe von mindestens 1 mm Durchmesser.
    1. (Optional) für Lebensdauer-Test in NGT-3D, Abdeckung Kammern mit Aluminiumfolie Licht Abbau von FUdR zu verhindern.

4. Messen Fitness von Wurmpopulation auf NGT-3D (Relative Brood Größe Assay)

  1. Wählen Sie eine L4-Stadium Wurm einen Platindraht auswählen und Transfer auf eine bakterienfreie NGM Platte verwenden. Lassen Sie Wurm, sich frei für ein paar Minuten bewegen Bakterien zu entfernen, um seinen Körper befestigt.
  2. Wiederholen Sie Schritt 4.1 und stellen Sie sicher, dass der Wurm frei von Bakterien ist. Im Allgemeinen zwei Wiederholungen von 4.1 sind genug.
  3. Legen Sie das saubere Wurm auf der Oberfläche des 3D-Medien mit einem Platindraht-Pick. Der Wurm sollte letztlich auch den Agar in die Agarmatrix 3D eingeben.
  4. Schließen Sie die Abdeckung etwas Luft lose damit in das Rohr zu bekommen, aber der Agar-Medien zu verhindern Trocknen.
  5. bei 20 ° C für 96 Stunden inkubieren.
  6. Nach 4 Tagen schließen die Deckel verschließen und dieNGT-3D Kulturkammer in ein 88 ° C Wasserbad das Agar zu schmelzen. Die Hitze tötet Würmer aber ihre Körper intakt bleiben.
    HINWEIS: Bei Verwendung von 8 ml-Röhrchen für NGT-3D, 20 - 30 min Inkubation ist in der Regel ausreichend.
  7. Unter Verwendung einer Glaspipette, übertragen Sie die geschmolzene Medien auf eine 9 cm Petrischale aus Kunststoff. Plastikpipetten werden nicht empfohlen, da Würmer oft bei ihnen bleiben kann.
  8. Mit Hilfe eines Übertragungs Stereo Binokular, zählen die Anzahl der Würmer an der L3, L4 und adulten Stadien. Zählen Sie nicht Würmer, die L2-Stadium sind und jünger, als die F1 und F2 Generationen hier verwechselt werden kann. Somit ist dieser Test eine relative Brutgröße Assay anstatt insgesamt Brutgröße Assay.

5. Bild und Wurm Verhalten Record auf NGB-3D

  1. Wählen Sie eine L4-Stadium Wurm mit einem Platindraht wählen, und entfernen Sie alle an der Oberfläche stecken Bakterien auf eine bakterienfreie NGM Platte übertragen und ermöglicht es, sich frei für ein paar Minuten zu bewegen.
  2. Wiederholen Sie Schritt 5.1 sicherstellen, dass die WOrm ist frei von Bakterien.
  3. Legen Sie das saubere Wurm auf die Mitte der Agar-Oberfläche des NGB-3D in der Nähe des Halses der Flasche mit einem Pick Platindraht. Der Wurm sollte letztlich auch den Agar in die Agarmatrix 3D eingeben.
  4. Schließen Sie die Abdeckung etwas Luft lose damit in das Rohr zu bekommen, während das Trocknen der Agar-Medien zu verhindern.
  5. Bild oder notieren Sie die Schnecke unter einem Transmissions-Stereo Binokular. Stellen Sie den Fokus wie der Wurm der 3D-Matrix bewegt sich durch.

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Representative Results

Die Konstruktion von NGT-3D ist eine einfache und unkomplizierte Protokoll , das mit kleinen Bakterienkolonien in einem Agar gefüllte Reagenzglas führt ganzen agar (1A) angeordnet sind . Würmer können frei durch die Agarmatrix bewegen, zu finden und den Verzehr der Bakterienkolonien. Um zu bestätigen , ob C. elegans reproduzieren kann und wachsen normalerweise in NGT-3D, verglichen wir die Fruchtbarkeit und Larvenentwicklung in 3D mit Standardplatten 2D NGM. In der relativen Brut Größe Assay erwachsenen C. elegans Hermaphroditen in NGT-3D reproduzieren genauso gut wie Hermaphroditen in den Standardplatten 2D NGM wenn Bakterienkolonien sind reichlich mit mindestens 60 Kolonien (1B). Außerdem Larvenentwicklung in NGT-3D auch normal verläuft , wenn es viele sind von Bakterienkolonien mit der Mehrheit der Würmer im erwachsenen Zustand nach 96 Stunden (Abbildung 1C). Wenn jedoch Bakterienkolonien sind spärlichin der 3D - Matrix, die beide relativ Brutgröße (Abbildung 1B, linke Balken) und Larvenentwicklung (1C, linke Leiste) sind negativ beeinflusst.

Um zu testen, ob Behausung in 3D keine Wirkung hat auf die langfristige Physiologie des Wurms, führten wir eine Lebensdauer-Test Vergleich NGT-3D und NGM-Platten. Die durchschnittliche Lebensdauer der Würmer auf NGT-3D betrug 15,6 ± 3,6 Tage im Vergleich zu 14,8 ± 3,1 Tage für ein Standard NGM-Platten. Die Lebensdauer-Kurven für Würmer leben auf NGT-3D und NGM waren nahezu identisch. So scheint es, dass Würmer in 3D und 2D-Bedingungen ebenso gut überleben.

In einer klaren, Agar gefüllten Kulturflasche wie in Abbildung 2A zu sehen führen Herstellung des NGB-3D ist auch nicht schwer und sollte. Um leicht die Bakterienkolonien zu sehen, wir Desoxyviolacein zum Ausdruck gebracht haben, eine dunkelviolette bakteriellen Metaboliten 11, in der OP50Stamm E. coli (2A, 2B; Stamm auf Anfrage erhältlich). Live - Würmer können unter einem Transmissions - Stereo-Binokular (2B, Supplemental Film 1) abgebildet werden.

Speicherung der NGT-3D- und 3D-NGB bei Raumtemperatur ist ausreichend, um für bis zu 1 Monat beide dieser Kulturkammern aufrechtzuerhalten. Austrocknungs des Agar ist kein Problem für entweder NGT-3D oder NGB-3D, wenn ein Plug-Typ oder Schraubverschluss, die die Tube oder Flasche passt angewendet wird.

Abbildung 1
Abbildung 1: Entwicklung, Fruchtbarkeit und Lebensdauer von C. elegans in NGT-3D kultiviert ist vergleichbar mit der des Standard - 2D - NGM. (A) Bilder von NGT-3D in mehreren Verdünnungen von Bakterien. Linke undRecht enthält eine 5 x 10 -7 Verdünnung und der Mitte befindet sich ein 1 x 10 -7 Verdünnung. (B) Relative Brutgröße von Wildtyp - Würmer in NGT-3D auf weniger als 60 OP50 Kolonien (n = 24), größer oder gleich 60 Kolonien (n = 14) oder auf 2D - NGM - Platten (n = 29). Fehlerbalken zeigen Standardfehler. (C) Prozent der F1 - Generation Würmer in den L3, L4 oder Erwachsener Entwicklungsstufe in 3D-NGT mit weniger als 60 OP50 Kolonien, die größer oder gleich 60 Kolonien oder auf 2D NGM - Platten. (D) Überlebenskurve von Wildtyp C. elegans in NGT-3D oder NGM - Platten. NS zeigt nicht signifikant verschieden von Log-Rank-Test berechnet. Diese Zahl wurde von Lee 9 geändert. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2 Abbildung 2: Imaging C. elegans in 3D NGB-3D verwenden. (A, B) Bilder von NGB-3D; (C) Bilder von erwachsenen C. elegans in der Nähe von einer Kolonie von OP50 Stamm E. coli , die das dunkelviolette Pigment Desoxyviolacein Ausdruck zu bringen. Maßstabsbalken ist 500 & mgr; m. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Ergänzende Film 1: Erwachsene C. elegans nähern ein E. coli OP50-violace in Kolonie in NGB-3D. Bitte klicken Sie hier , um diese Datei herunterzuladen.

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Discussion

Das Labor Anbau von C. elegans die klassischen Nematoden Nährmedien Platten mit entscheidend für die Hunderte von wichtigen Entdeckungen , die in C. elegans Forschung hat zur Verfügung gestellt. Hier präsentieren wir neue Methoden C. elegans in einer Umgebung zu pflegen , die genauer ihre natürliche dreidimensionale Lebensräume widerspiegelt. Obwohl auch andere Methoden verwendet wurden , 13 C. elegans in 3D zu beobachten, ist dies das erste Protokoll , das den Anbau von Würmern in einer festen 3D - Matrix ermöglicht. Die beiden Methoden, die hier gezeigt wird, NGT-3D und NGB-3D, ermöglicht es den Wissenschaftlern Fragen der Fitness, Entwicklung und Wachstum in 3D-Anbau zu fragen, und auch Bild und notieren Sie die Würmer in 3D. Obwohl NGT-3D- und 3D-NGB einige Unterschiede zu den Standard-2D-NGM-Platten haben, sind sie auf diese ursprüngliche Methode ähnlich und nur eingestellt worm Kultivierung in der z-Achse hinzuzufügen. So finden wir, dass die Entwicklung, Fruchtbarkeit und Lebensdauer gehen normalerweise in unseren Bedingungen. DasZiel war es, ein Protokoll zu erstellen, die jedes Labor für ihre Forschung einsetzen können. Diese Methoden sind sehr einfach, leicht reproduzierbar auf einem sehr niedrigen Kosten und ermöglichen eine Anpassung der Protokolle der Benutzer spezifische Experimente zu passen.

Obwohl alle der Schritte in dem Protokoll von Bedeutung sind, ist der kritische Schritt bei der Herstellung NGT-3D und NGB-3D die Kühltemperatur des Agars nach Autoklavierung in Stufen von 3,4 bis 3,6 des Protokolls. Wenn die Temperatur zu niedrig ist (einige Grad weniger als 40 ° C) abkühlt, beginnt das Agar zu härten und die zugegebenen Lösungen wird nicht richtig in den Agar mischen. Wenn jedoch die Kühlung unzureichend (mehrere Grad über 40 ° C) ist, kann die hinzugefügten Bakterien sterben und das addierte Cholesterin-Lösung kann den Agar wodurch das Agar nutzlos für Experimente trüben. Darüber hinaus ist ein Bereich, der Vorsicht in Schritt 4.6. Wenn der Agar-NGT-3D-Schmelzen im Wasserbad, stellen Sie sicher, dass die Deckel dicht schließen im Schmelz zu unterstützen. Jedoch kann die Wärme bewirken, dass dieCaps "Pop" off zu gefährlich und ein Geschoss werden. Aus Sicherheitsgründen ist es am besten, das Wasserbad zu decken. Viele Teile des Protokolls sind für den Benutzer sehr anpassungsfähig. Zum Beispiel haben wir einen klaren Kunststoff Reagenzglas NGT-3D und eine 25 cm 2 klar Zellkulturflasche (hält insgesamt 65 ml) für die NGB-3D verwendet. Andere Arten von klaren Rohren oder Flaschen für den Benutzer verfügbar sollte auch funktionieren. Auch ist das Bakterienwachstum einstellbar. E. coli - Stamm OP50 dauert im allgemeinen etwa eine Woche , um mindestens 1 mm zu wachsen, die für unsere Experimente wurde bevorzugt. Nach unserer Erfahrung etwas kürzer und noch viel mehr Wachstumszeiten für Bakterien scheinen nicht Wurm Wachstum oder Fruchtbarkeit zu beeinflussen. Anpassung der Agar-Konzentration wird jedoch beeinflussen worm Bewegung. Niedrigere Konzentrationen von Agar in Würmer führen ein Schwimmartige Bewegung zeigt, und höhere Konzentrationen können Gesamtbewegung hemmen.

Ein Anliegen in NGB-3D war die Frage der Kondensationund Wasseransammlung. Da die warme Flüssigkeit agar aushärtet, zwangsläufig entwickelt einige Kondensation im Laufe der Zeit, insbesondere an der Grenzfläche der Flasche und den Agar. Dies kann Probleme für die Schnecke darstellen, das Schwimmverhalten in Flüssigkeiten 14 und das Wachstum von Bakterien zeigt, die in der gesamten Flasche durch die Flüssigkeit ausbreiten kann. Vermeidung von Kondensation ist schwierig. Zwei mögliche Abhilfen gibt es für diese. Zunächst stellen wir sicher, dass der Wurm leicht den Agar eingeben können, indem sie in der Mitte der Agar-Oberfläche am Hals der Flasche platzieren. Zweitens halten wir absichtlich die Bakterienkonzentration niedrig in NGB-3D, wodurch die Chance verringern, dass eine Kolonie an der Grenzfläche von Flüssigkeit und Agar wächst.

Ein weiteres Anliegen ist die Abbildung von Würmern in NGB-3D. Um die Klarheit und Qualität der Bilder von Würmern in 3D zu erhöhen, sollten Kolonien nahe an der Oberfläche, sondern bleiben in der Agar vollständig eingebettet. Wir haben versucht, nur eingebettet Kolonien in der Nähe des surfa wachsence durch eine dünne Schicht von bakterienhaltigen Agar an der Oberfläche platziert, und die verbleibenden Medien war bakterienfrei. Jedoch wurde das Problem nicht vollständig durch diese Methode gelöst. Stattdessen entschieden wir viele NGB-3D-Flaschen auf einmal, und verwenden Sie nur die, die zu produzieren, die Kolonien nahe der Oberfläche eingebettet enthalten, wodurch die Chance erhöht, dass ein Wurm zu einer Kolonie in der Nähe der Oberfläche bewegt. Eine Option, die wir nicht untersucht haben, ist eine Änderung der festen Medien zu einer Matrix andere als die granulierte Agar wir hier beschäftigen. Abbilden Würmer in der z-Achsen-Richtung kann auch schwierig sein. Wir tun dies durch manuelles Anheben und die grobe Fokus Senkung, aber wenn ein automatisiertes Tracking-Programm für diese vorhanden ist, kann es sehr hilfreich sein.

Die Hoffnung ist , dass die Techniken , die hier für den Anbau von C. elegans in 3D präsentiert wird weithin von Nematoden Biologen verwendet werden. Viele Fragen bleiben über Wurm Biologie, einschließlich der alternden Gesellschaft und Verhalten in 3D, und ob das, was Wissenschaftler beobachten in2D ist relevant für die Schnecke in 3D. Tatsächlich zeigte eine frühere Studie NGT-3D mit dem Einfluss auf die Fortpflanzungsfähigkeit , dass 3D - Anbau auf einer sensorischen Mutante hatte die 9 normalerweise in 2D - Bedingungen wiedergibt . Darüber hinaus zeigte eine Studie veränderten Bewegungsverhalten in 3D im Vergleich zu 2D - 15. Schließlich kann dieses System verwendet werden, um zu beginnen, Fragen zu beantworten, ob bestimmte Bedingungen, Mutanten oder Manipulationen Fitness Vorteile für das Tier in seiner nativen 3D-Umgebung verleihen.

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Acknowledgments

Diese Arbeit wurde unterstützt durch eine neue Investigator Grant [2014R1A1A1005553] von der National Research Foundation of Korea (NRF) zu JIL; und eine Yonsei University Zukunft Leader-Challenge Grant [2015-22-0133] zu JIL

Materials

Name Company Catalog Number Comments
LB broth, Miller (Luria-Bertani) Difco 224620
Sodium chloride DAEJUNG 7548-4400 58.44 MW
Agar, Granulated Difco 214530
Peptone Bacto 211677
Calcium chloride, dihydrate Bio Basic CD0050 2*H2O; 147.02 MW
Cholesterol Bio Basic CD0122 386.67 MW
Ethyl alcohol B&J RP090-1 99.99%; 46.07 MW
Magnesium sulfate, anhydrous Bio Basic MN1988 120.37 MW
Potassium phosphate, monobasic, anhydrous Bio Basic PB0445 136.09 MW
2'-Deoxy-5-fluorouridine Tokyo Chemical Industry D2235 246.19 MW
Potassium phosphate, dibasic, anhydrous Bio Basic PB0447 174.18 MW
Multi-Purpose Test Tubes Stockwell Scientific ST.8570 8 ml
Test Tube Closures Stockwell Scientific ST.8575
Cell Culture Flask SPL Lifescience 70125 25 cm2
Research Stereo Microscope Nikon SMZ18
High-Definition Color Camera Head Nikon DS-Fi2
PC-Based Control Unit Nikon DS-U3
NIS-Elements Basic Research, Microscope Imaging Software Nikon MQS32000

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Lee, T. Y., Yoon, K. h., Lee, J. I. Cultivation of Caenorhabditis elegans in Three Dimensions in the Laboratory. J. Vis. Exp. (118), e55048, doi:10.3791/55048 (2016).

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