Drosophila Gelişme ve Üreme
Drosophila melanogaster, çalışma geliştirme ve üreme çalışmalarında model organizma olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Drosophila, yaşam döngüsü olarak bilinen bir süreçte çeşitli gelişim aşamalarından geçer ve her aşama, gelişimsel araştırmalar için benzersiz bir platform sağlar. Bu videoda, genetik bir çaprazlamanın nasıl kurulacağı da dahil olmak üzere Drosophila gelişimi ve üremesinin temellerini sunacağız ve bu araştırmanın yara iyileşmesinden davranışa kadar değişen süreçleri anlamak için nasıl uygulanabileceğini tartışacağız.
İlk olarak, Drosophila yaşam döngüsünü tartışalım. Drosophila, gelişimin 4 ana aşamasından geçer: embriyo, larva, pupa ve yetişkin.
Embriyo, yaklaşık 0,5 mm uzunluğunda ve oval şekilli döllenmiş bir yumurtadır. Döllenmeden hemen sonra, embriyo büyümeden hızlı mitotik bölünmeye uğrar. Zigotik çekirdek dokuz tur nükleer bölünmeye uğrar, ancak sitokinez geçirmez ve sinsityal blastoderm adı verilen çok çekirdekli bir hücre oluşturur. Sinsityal blastodermdeki tüm çekirdekler ortak bir sitoplazmayı paylaştığından, proteinler serbestçe yayılabilir ve sinek içindeki tek tek organ ve dokuların vücut planını ve modelini oluşturmak için önemli olan morfojen gradyanları oluşturabilir. 10. nükleer bölünmeden sonra, çekirdekler sinsityal blastodermin çevresine göç eder. Döllenmeden yaklaşık 3 saat sonra meydana gelen 13. nükleer bölünme turunun ardından, sinsityal blastodermdeki 6000 çekirdek, hücresel blastodermi oluşturan bireyselleşir. Hücresel blastoderm, tek katmanlı bir hücre içerir ve gastrulasyon olarak bilinen bir süreçte karmaşık, çok katmanlı bir yapıya dönüştürülür. Gastrulasyon sırasında, hücre şekli değişiklikleri tek tabakanın istilasına neden olur ve sonuçta endoderm, mezoderm ve ektoderm germ tabakalarını oluşturur. Endoderm bağırsağa yol açar, mezoderm kaslara ve kalbe yol açar ve ektoderm epidermise ve merkezi sinir sistemine yol açar. 24 saat sonra embriyolar larva olarak yumurtadan çıkar.
Larvalar kurt benzeri parçalı gövdeli beyazdır. Sürekli yiyerek ıslak mamalarda sürünürler ve hızlı büyümeye yol açarlar. Larvalar üç aşamada ilerler: ilk instar 24 saat, ikinci instar 24 saat ve üçüncü instar 48 saat. Her aşama arasında tüy dökümü meydana gelir. Yavrulama için hazır olduklarında, üçüncü instar larvaları besin kaynaklarını terk eder ve bir şişenin kenarı gibi sağlam bir yüzeye yapışır.
Pupa hareketsizdir ve başlangıçta yumuşak ve beyazdır, ancak sonunda sertleşir ve kahverengiye döner. Dört günlük bir süre içinde larva dokuları dejenere olur ve yetişkin dokular oluşur. Eklosiyon, pupa evresinin sonunu işaret eder ve sinekler yetişkin olarak ortaya çıkar.
Eklosiyondan 8 saat sonra, yetişkinler cinsel olarak alıcı hale gelir ve çiftleşmeye başlar ve yaşam döngüsünü yeniden başlatır.
Tüm yaşam döngüsü 25 °C'de yaklaşık 10 gün sürer, ancak sıcaklıktan etkilenebilir. Örneğin, 18 °C'de yaşam döngüsü yaklaşık 19 gündür ve 29 °C'de yaşam döngüsü sadece 7 gündür.
Gelişim boyunca, patern oluşumunun dikkatli bir şekilde genetik olarak düzenlenmesi, vücut planını oluşturur ve tek tek doku ve organları belirler. Daha da önemlisi, ön-arka eksenin kurulması, organizmanın baştan kuyruğa yönelimini tanımlar ve birkaç gen grubu tarafından düzenlenir.
İlk olarak, maternal etki genleri oositte sağlanır ve dişiden miras alınır. Sinsityal blastodermde başlangıçta embriyonun ön ve arka tarafını oluşturmak için önemlidirler. Özellikle, bikoid geni, baş ve göğüs dahil olmak üzere embriyonun ön tarafını tanımlarken, nanos geni karın dahil olmak üzere arka tarafı tanımlar.
İkincisi, maternal etki genleri tarafından düzenlenen segmentasyon genleri, boşluk genlerini ve çift kural genlerini içerir. Gap genleri, embriyoyu geniş bir şekilde alt bölümlere ayırarak ön-arka eksen boyunca parçalı bir vücut planı oluşturur. Çift kuralı genleri, ön-arka eksene dik çizgili bir desende ifade edilir ve embriyoyu daha küçük segmentlere böler. Daha sonra segment polaritesi genleri, örneğin engrailed her segment içinde hücre kaderlerini oluşturmaya başlar.
Son olarak, homeotik genler, kanatlar ve bacaklar gibi belirli anatomik yapıları tanımlamaktan sorumludur. İlginç bir şekilde, kromozom üzerindeki genlerin sırası, ön-arka eksen boyunca nasıl ifade edildiklerini yansıtır.
Drosophila, bir ömür boyu binlerce döl üretebilen son derece verimli organizmalardır. Dişiler günde yüzlerce yumurta bırakır ve çiftleşme gerçekleştikten sonra yumurtaları döllemeye devam eder.
Drosophila ayrıca cinsel olarak dimorfik organizmalardır, bu da dişilerin fenotipik olarak erkeklerden farklı olduğu anlamına gelir. Özellikle, erkekler dişilerden daha küçüktür ve koyu renkli dış genital organların yanı sıra alt karın bölgelerinde daha fazla siyah pigmente sahiptir. Erkeklerin ayrıca ön ayaklarında, çiftleşme sırasında dişiye yapışmak için kullanılan seks tarakları adı verilen bir kıl parçası vardır. Bu belirgin fenotipik farklılıklar, erkekleri dişilerden ayırt etmeyi çok kolaylaştırır, bu da özellikle genetik bir çaprazlama oluştururken yararlıdır.
Drosophila ile bir haç kurmak, genetik çalışmak için yararlı bir tekniktir. Öyleyse başlayalım!
Bir haç kurmanın ilk adımı, istenen genotipteki bakire dişileri toplamaktır, böylece hangi erkekle çiftleşeceğini tam olarak kontrol edebilirsiniz. Drosophila, eklesyondan sonraki ilk 8 saat boyunca çiftleşemez, bu nedenle çok genç yetişkinleri toplamak bekareti garanti eder. Yeni kapatılmış dişileri toplamak için, tüm yetişkinlerden kurtulmak için şişeyi morga temizleyin. Her 3-4 saatte bir, şişeyi yeni kapatılmış yetişkinler için kontrol edin ve dişileri kullanıma hazır olana kadar herhangi bir erkek olmadan yeni bir şişede toplayın. Bakire dişiler, çok açık vücut renkleri ve karınlarında mekonyum olarak bilinen koyu renkli bir nokta ile tanımlanır.
Harazlamaya başlamaya hazır olduğunuzda, 4-6 erkeği istediğiniz genotiplerden 4-6 bakire dişi ile eski tarihli bir gıda şişesinde birleştirin ve 25 ° C ve% 60 nemde saklayın. 3-4 gün sonra larvalar mevcut olacak ve ebeveynler yeni bir şişeye aktarılmalı, bu da ebeveynlerin döl ile çiftleşmesini önleyecektir. Yaklaşık 10 gün sonra yeni yavrular çıkacak ve fenotipleri incelenebilecektir.
Drosophila araştırmacılarının kullandığı bir araç, genetik rekombinasyonu önleyen ve bir sineğin doğru genotipini belirlemede yararlı olan kıvırcık kanatlar gibi genetik belirteçler içeren dengeleyici kromozomlardır. İki farklı mutasyon için heterozigot olan sinekler istiyorsanız, dengeleyici kromozom CyO üzerinde mutasyon #1 olan bir stoğu, yine CyO üzerinde dengelenmiş mutasyon #2 ile ikinci bir hisse soğurma çaprazlayabilirsiniz. Kıvırcık kanatlar olmadan ortaya çıkan herhangi bir döl, her iki mutasyon için de heterozigottur.
Drosophila araştırmalarında yaygın olarak kullanılan bir diğer araç, araştırmacıların belirli bir dokudaki bir geni ifade etmesine veya parçalamasına izin veren UAS-GAL4 sistemidir. GAL4, dokuya özgü bir promotör tarafından yönlendirilen bir maya transkripsiyon faktörüdür ve UAS, ilgilenilen genin ekspresyonunu kontrol eden Yukarı Akış Aktive Etme dizisidir. Dokuya özgü bir GAL4 transgeni olan bir sineği UAS transgeni olan bir sinek, ilgilendiğiniz genin doğrudan aşağı akışta olduğu bir sineğe geçtiğinizde, GAL4 proteini UAS'ı bağlar ve istediğiniz genin ekspresyonunu yönlendirir. Örneğin, pupadaki kanat diskleri için spesifik olan apterous-GAL4'e çaprazlanan UAS-GFP, özellikle bu hücrelerde GFP'yi eksprese eder.
Drosophila gelişimini ve üremesini incelemek için kullanılabilecek birçok uygulama vardır. Bir uygulama davranış analizleridir - özellikle kur yapma davranışı. Kur yapma sırasında, erkek kendini kadına doğru yönlendirir ve ön ayaklarıyla ona dokunurken onu takip eder. Dişi alıcıysa, erkeğin ona binmesine izin verir. Erkek karnını kıvırır ve seminal sıvıyı dişiye aktarır, bu da çiftleşme olarak bilinen bir süreçtir. Çeşitli mutantlarda bu kur yapma davranışlarının analizleri, davranışın genetik kontrolü hakkında fikir verir
Drosophila gelişimi, canlı görüntüleme yoluyla incelenebilen, birçok hücre hareketini ve şekil değişikliğini içeren son derece dinamik bir süreçtir. Örneğin, embriyogenez sırasında dorsal kapanma, epiteldeki bir boşluğun birçok hücre tipinin koordinasyonunu içeren fermuar benzeri bir şekilde kapatılmasıdır. Gelişim sırasında dorsal kapanma genellikle klinik etkileri olabilecek yara kapanmasını incelemek için bir model olarak kullanılır.
Drosophila gelişimi sırasındaki süreçleri anlamak için kullanılan üçüncü bir uygulama, bireysel genlerin aktivitesini azaltan ve büyük ölçekli ters genetik taramalarda kullanılabilen RNA girişimidir. Örneğin, dsRNA embriyolara enjekte edilebilir ve örneğin gen yıkımının organ gelişimi üzerindeki etkisi değerlendirilebilir. Burada, RNA girişimi, trakeal gelişim sırasında füzyon için önemli olan bir geni ortaya çıkardı.
Az önce JoVE'nin Drosophila melanogaster reprodüksiyonu ve gelişimi ile tanışmasını izlediniz. Bu videoda inceledik: Gelişimin her aşamasıyla ilgili ayrıntılar da dahil olmak üzere Drosophila yaşam döngüsü. Ayrıca Drosophila'nın üreme yeteneklerini genetik çalışmak ve bir haç oluşturmak için nasıl kullanacağımızı da öğrendik. Son olarak, Drosophila gelişiminin ve üremesinin davranış, yara kapanması ve organ gelişimi gibi karmaşık süreçleri anlamak için nasıl yararlı olduğunu öğrendik.
Drosophila'yı son derece değerli bir organizma yapan birçok nedenden biri, gelişimin moleküler, hücresel ve genetik temellerinin sinekler ve insanlar…
Drosophila melanogaster, çalışma geliştirme ve üreme çalışmalarında model organizma olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Drosophila, yaşam döngüsü olarak bilinen bir süreçte çeşitli gelişim aşamalarından geçer ve her aşama, gelişimsel araştırmalar için benzersiz bir platform sağlar. Bu videoda, genetik bir çaprazlamanın nasıl kurulacağı da dahil olmak üzere Drosophila gelişimi ve üremesinin temellerini sunacağız ve bu araştırmanın yara iyileşmesinden davranışa kadar değişen süreçleri anlamak için nasıl uygulanabileceğini tartışacağız.
İlk olarak, Drosophila yaşam döngüsünü tartışalım. Drosophila, gelişimin 4 ana aşamasından geçer: embriyo, larva, pupa ve yetişkin.
Embriyo, yaklaşık 0,5 mm uzunluğunda ve oval şekilli döllenmiş bir yumurtadır. Döllenmeden hemen sonra, embriyo büyümeden hızlı mitotik bölünmeye uğrar. Zigotik çekirdek dokuz tur nükleer bölünmeye uğrar, ancak sitokinez geçirmez ve sinsityal blastoderm adı verilen çok çekirdekli bir hücre oluşturur. Sinsityal blastodermdeki tüm çekirdekler ortak bir sitoplazmayı paylaştığından, proteinler serbestçe yayılabilir ve sinek içindeki tek tek organ ve dokuların vücut planını ve modelini oluşturmak için önemli olan morfojen gradyanları oluşturabilir. 10. nükleer bölünmeden sonra, çekirdekler sinsityal blastodermin çevresine göç eder. Döllenmeden yaklaşık 3 saat sonra meydana gelen 13. nükleer bölünme turunun ardından, sinsityal blastodermdeki 6000 çekirdek, hücresel blastodermi oluşturan bireyselleşir. Hücresel blastoderm, tek katmanlı bir hücre içerir ve gastrulasyon olarak bilinen bir süreçte karmaşık, çok katmanlı bir yapıya dönüştürülür. Gastrulasyon sırasında, hücre şekli değişiklikleri tek tabakanın istilasına neden olur ve sonuçta endoderm, mezoderm ve ektoderm germ tabakalarını oluşturur. Endoderm bağırsağa yol açar, mezoderm kaslara ve kalbe yol açar ve ektoderm epidermise ve merkezi sinir sistemine yol açar. 24 saat sonra embriyolar larva olarak yumurtadan çıkar.
Larvalar kurt benzeri parçalı gövdeli beyazdır. Sürekli yiyerek ıslak mamalarda sürünürler ve hızlı büyümeye yol açarlar. Larvalar üç aşamada ilerler: ilk instar 24 saat, ikinci instar 24 saat ve üçüncü instar 48 saat. Her aşama arasında tüy dökümü meydana gelir. Yavrulama için hazır olduklarında, üçüncü instar larvaları besin kaynaklarını terk eder ve bir şişenin kenarı gibi sağlam bir yüzeye yapışır.
Pupa hareketsizdir ve başlangıçta yumuşak ve beyazdır, ancak sonunda sertleşir ve kahverengiye döner. Dört günlük bir süre içinde larva dokuları dejenere olur ve yetişkin dokular oluşur. Eklosiyon, pupa evresinin sonunu işaret eder ve sinekler yetişkin olarak ortaya çıkar.
Eklosiyondan 8 saat sonra, yetişkinler cinsel olarak alıcı hale gelir ve çiftleşmeye başlar ve yaşam döngüsünü yeniden başlatır.
Tüm yaşam döngüsü 25 °C'de yaklaşık 10 gün sürer, ancak sıcaklıktan etkilenebilir. Örneğin, 18 °C'de yaşam döngüsü yaklaşık 19 gündür ve 29 °C'de yaşam döngüsü sadece 7 gündür.
Gelişim boyunca, patern oluşumunun dikkatli bir şekilde genetik olarak düzenlenmesi, vücut planını oluşturur ve tek tek doku ve organları belirler. Daha da önemlisi, ön-arka eksenin kurulması, organizmanın baştan kuyruğa yönelimini tanımlar ve birkaç gen grubu tarafından düzenlenir.
İlk olarak, maternal etki genleri oositte sağlanır ve dişiden miras alınır. Sinsityal blastodermde başlangıçta embriyonun ön ve arka tarafını oluşturmak için önemlidirler. Özellikle, bikoid geni, baş ve göğüs dahil olmak üzere embriyonun ön tarafını tanımlarken, nanos geni karın dahil olmak üzere arka tarafı tanımlar.
İkincisi, maternal etki genleri tarafından düzenlenen segmentasyon genleri, boşluk genlerini ve çift kural genlerini içerir. Gap genleri, embriyoyu geniş bir şekilde alt bölümlere ayırarak ön-arka eksen boyunca parçalı bir vücut planı oluşturur. Çift kuralı genleri, ön-arka eksene dik çizgili bir desende ifade edilir ve embriyoyu daha küçük segmentlere böler. Daha sonra segment polaritesi genleri, örneğin engrailed her segment içinde hücre kaderlerini oluşturmaya başlar.
Son olarak, homeotik genler, kanatlar ve bacaklar gibi belirli anatomik yapıları tanımlamaktan sorumludur. İlginç bir şekilde, kromozom üzerindeki genlerin sırası, ön-arka eksen boyunca nasıl ifade edildiklerini yansıtır.
Drosophila, bir ömür boyu binlerce döl üretebilen son derece verimli organizmalardır. Dişiler günde yüzlerce yumurta bırakır ve çiftleşme gerçekleştikten sonra yumurtaları döllemeye devam eder.
Drosophila ayrıca cinsel olarak dimorfik organizmalardır, bu da dişilerin fenotipik olarak erkeklerden farklı olduğu anlamına gelir. Özellikle, erkekler dişilerden daha küçüktür ve koyu renkli dış genital organların yanı sıra alt karın bölgelerinde daha fazla siyah pigmente sahiptir. Erkeklerin ayrıca ön ayaklarında, çiftleşme sırasında dişiye yapışmak için kullanılan seks tarakları adı verilen bir kıl parçası vardır. Bu belirgin fenotipik farklılıklar, erkekleri dişilerden ayırt etmeyi çok kolaylaştırır, bu da özellikle genetik bir çaprazlama oluştururken yararlıdır.
Drosophila ile bir haç kurmak, genetik çalışmak için yararlı bir tekniktir. Öyleyse başlayalım!
Bir haç kurmanın ilk adımı, istenen genotipteki bakire dişileri toplamaktır, böylece hangi erkekle çiftleşeceğini tam olarak kontrol edebilirsiniz. Drosophila, eklesyondan sonraki ilk 8 saat boyunca çiftleşemez, bu nedenle çok genç yetişkinleri toplamak bekareti garanti eder. Yeni kapatılmış dişileri toplamak için, tüm yetişkinlerden kurtulmak için şişeyi morga temizleyin. Her 3-4 saatte bir, şişeyi yeni kapatılmış yetişkinler için kontrol edin ve dişileri kullanıma hazır olana kadar herhangi bir erkek olmadan yeni bir şişede toplayın. Bakire dişiler, çok açık vücut renkleri ve karınlarında mekonyum olarak bilinen koyu renkli bir nokta ile tanımlanır.
Harazlamaya başlamaya hazır olduğunuzda, 4-6 erkeği istediğiniz genotiplerden 4-6 bakire dişi ile eski tarihli bir gıda şişesinde birleştirin ve 25 ° C ve% 60 nemde saklayın. 3-4 gün sonra larvalar mevcut olacak ve ebeveynler yeni bir şişeye aktarılmalı, bu da ebeveynlerin döl ile çiftleşmesini önleyecektir. Yaklaşık 10 gün sonra yeni yavrular çıkacak ve fenotipleri incelenebilecektir.
Drosophila araştırmacılarının kullandığı bir araç, genetik rekombinasyonu önleyen ve bir sineğin doğru genotipini belirlemede yararlı olan kıvırcık kanatlar gibi genetik belirteçler içeren dengeleyici kromozomlardır. İki farklı mutasyon için heterozigot olan sinekler istiyorsanız, dengeleyici kromozom CyO üzerinde mutasyon #1 olan bir stoğu, yine CyO üzerinde dengelenmiş mutasyon #2 ile ikinci bir hisse soğurma çaprazlayabilirsiniz. Kıvırcık kanatlar olmadan ortaya çıkan herhangi bir döl, her iki mutasyon için de heterozigottur.
Drosophila araştırmalarında yaygın olarak kullanılan bir diğer araç, araştırmacıların belirli bir dokudaki bir geni ifade etmesine veya parçalamasına izin veren UAS-GAL4 sistemidir. GAL4, dokuya özgü bir promotör tarafından yönlendirilen bir maya transkripsiyon faktörüdür ve UAS, ilgilenilen genin ekspresyonunu kontrol eden Yukarı Akış Aktive Etme dizisidir. Dokuya özgü bir GAL4 transgeni olan bir sineği UAS transgeni olan bir sinek, ilgilendiğiniz genin doğrudan aşağı akışta olduğu bir sineğe geçtiğinizde, GAL4 proteini UAS'ı bağlar ve istediğiniz genin ekspresyonunu yönlendirir. Örneğin, pupadaki kanat diskleri için spesifik olan apterous-GAL4'e çaprazlanan UAS-GFP, özellikle bu hücrelerde GFP'yi eksprese eder.
Drosophila gelişimini ve üremesini incelemek için kullanılabilecek birçok uygulama vardır. Bir uygulama davranış analizleridir - özellikle kur yapma davranışı. Kur yapma sırasında, erkek kendini kadına doğru yönlendirir ve ön ayaklarıyla ona dokunurken onu takip eder. Dişi alıcıysa, erkeğin ona binmesine izin verir. Erkek karnını kıvırır ve seminal sıvıyı dişiye aktarır, bu da çiftleşme olarak bilinen bir süreçtir. Çeşitli mutantlarda bu kur yapma davranışlarının analizleri, davranışın genetik kontrolü hakkında fikir verir
Drosophila gelişimi, canlı görüntüleme yoluyla incelenebilen, birçok hücre hareketini ve şekil değişikliğini içeren son derece dinamik bir süreçtir. Örneğin, embriyogenez sırasında dorsal kapanma, epiteldeki bir boşluğun birçok hücre tipinin koordinasyonunu içeren fermuar benzeri bir şekilde kapatılmasıdır. Gelişim sırasında dorsal kapanma genellikle klinik etkileri olabilecek yara kapanmasını incelemek için bir model olarak kullanılır.
Drosophila gelişimi sırasındaki süreçleri anlamak için kullanılan üçüncü bir uygulama, bireysel genlerin aktivitesini azaltan ve büyük ölçekli ters genetik taramalarda kullanılabilen RNA girişimidir. Örneğin, dsRNA embriyolara enjekte edilebilir ve örneğin gen yıkımının organ gelişimi üzerindeki etkisi değerlendirilebilir. Burada, RNA girişimi, trakeal gelişim sırasında füzyon için önemli olan bir geni ortaya çıkardı.
Az önce JoVE'nin Drosophila melanogaster reprodüksiyonu ve gelişimi ile tanışmasını izlediniz. Bu videoda inceledik: Gelişimin her aşamasıyla ilgili ayrıntılar da dahil olmak üzere Drosophila yaşam döngüsü. Ayrıca Drosophila'nın üreme yeteneklerini genetik çalışmak ve bir haç oluşturmak için nasıl kullanacağımızı da öğrendik. Son olarak, Drosophila gelişiminin ve üremesinin davranış, yara kapanması ve organ gelişimi gibi karmaşık süreçleri anlamak için nasıl yararlı olduğunu öğrendik.
Drosophila melanogaster, çalışma geliştirme ve üreme çalışmalarında model organizma olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Drosophila, yaşam döngüsü olarak bilinen bir süreçte çeşitli gelişim aşamalarından geçer ve her aşama, gelişimsel araştırmalar için benzersiz bir platform sağlar. Bu videoda, genetik bir çaprazlamanın nasıl kurulacağı da dahil olmak üzere Drosophila gelişimi ve üremesinin temellerini sunacağız ve bu araştırmanın yara iyileşmesinden davranışa kadar değişen süreçleri anlamak için nasıl uygulanabileceğini tartışacağız.
İlk olarak, Drosophila yaşam döngüsünü tartışalım. Drosophila, gelişimin 4 ana aşamasından geçer: embriyo, larva, pupa ve yetişkin.
Embriyo, yaklaşık 0,5 mm uzunluğunda ve oval şekilli döllenmiş bir yumurtadır. Döllenmeden hemen sonra, embriyo büyümeden hızlı mitotik bölünmeye uğrar. Zigotik çekirdek dokuz tur nükleer bölünmeye uğrar, ancak sitokinez geçirmez ve sinsityal blastoderm adı verilen çok çekirdekli bir hücre oluşturur. Sinsityal blastodermdeki tüm çekirdekler ortak bir sitoplazmayı paylaştığından, proteinler serbestçe yayılabilir ve sinek içindeki tek tek organ ve dokuların vücut planını ve modelini oluşturmak için önemli olan morfojen gradyanları oluşturabilir. 10. nükleer bölünmeden sonra, çekirdekler sinsityal blastodermin çevresine göç eder. Döllenmeden yaklaşık 3 saat sonra meydana gelen 13. nükleer bölünme turunun ardından, sinsityal blastodermdeki 6000 çekirdek, hücresel blastodermi oluşturan bireyselleşir. Hücresel blastoderm, tek katmanlı bir hücre içerir ve gastrulasyon olarak bilinen bir süreçte karmaşık, çok katmanlı bir yapıya dönüştürülür. Gastrulasyon sırasında, hücre şekli değişiklikleri tek tabakanın istilasına neden olur ve sonuçta endoderm, mezoderm ve ektoderm germ tabakalarını oluşturur. Endoderm bağırsağa yol açar, mezoderm kaslara ve kalbe yol açar ve ektoderm epidermise ve merkezi sinir sistemine yol açar. 24 saat sonra embriyolar larva olarak yumurtadan çıkar.
Larvalar kurt benzeri parçalı gövdeli beyazdır. Sürekli yiyerek ıslak mamalarda sürünürler ve hızlı büyümeye yol açarlar. Larvalar üç aşamada ilerler: ilk instar 24 saat, ikinci instar 24 saat ve üçüncü instar 48 saat. Her aşama arasında tüy dökümü meydana gelir. Yavrulama için hazır olduklarında, üçüncü instar larvaları besin kaynaklarını terk eder ve bir şişenin kenarı gibi sağlam bir yüzeye yapışır.
Pupa hareketsizdir ve başlangıçta yumuşak ve beyazdır, ancak sonunda sertleşir ve kahverengiye döner. Dört günlük bir süre içinde larva dokuları dejenere olur ve yetişkin dokular oluşur. Eklosiyon, pupa evresinin sonunu işaret eder ve sinekler yetişkin olarak ortaya çıkar.
Eklosiyondan 8 saat sonra, yetişkinler cinsel olarak alıcı hale gelir ve çiftleşmeye başlar ve yaşam döngüsünü yeniden başlatır.
Tüm yaşam döngüsü 25 °C'de yaklaşık 10 gün sürer, ancak sıcaklıktan etkilenebilir. Örneğin, 18 °C'de yaşam döngüsü yaklaşık 19 gündür ve 29 °C'de yaşam döngüsü sadece 7 gündür.
Gelişim boyunca, patern oluşumunun dikkatli bir şekilde genetik olarak düzenlenmesi, vücut planını oluşturur ve tek tek doku ve organları belirler. Daha da önemlisi, ön-arka eksenin kurulması, organizmanın baştan kuyruğa yönelimini tanımlar ve birkaç gen grubu tarafından düzenlenir.
İlk olarak, maternal etki genleri oositte sağlanır ve dişiden miras alınır. Sinsityal blastodermde başlangıçta embriyonun ön ve arka tarafını oluşturmak için önemlidirler. Özellikle, bikoid geni, baş ve göğüs dahil olmak üzere embriyonun ön tarafını tanımlarken, nanos geni karın dahil olmak üzere arka tarafı tanımlar.
İkincisi, maternal etki genleri tarafından düzenlenen segmentasyon genleri, boşluk genlerini ve çift kural genlerini içerir. Gap genleri, embriyoyu geniş bir şekilde alt bölümlere ayırarak ön-arka eksen boyunca parçalı bir vücut planı oluşturur. Çift kuralı genleri, ön-arka eksene dik çizgili bir desende ifade edilir ve embriyoyu daha küçük segmentlere böler. Daha sonra segment polaritesi genleri, örneğin engrailed her segment içinde hücre kaderlerini oluşturmaya başlar.
Son olarak, homeotik genler, kanatlar ve bacaklar gibi belirli anatomik yapıları tanımlamaktan sorumludur. İlginç bir şekilde, kromozom üzerindeki genlerin sırası, ön-arka eksen boyunca nasıl ifade edildiklerini yansıtır.
Drosophila, bir ömür boyu binlerce döl üretebilen son derece verimli organizmalardır. Dişiler günde yüzlerce yumurta bırakır ve çiftleşme gerçekleştikten sonra yumurtaları döllemeye devam eder.
Drosophila ayrıca cinsel olarak dimorfik organizmalardır, bu da dişilerin fenotipik olarak erkeklerden farklı olduğu anlamına gelir. Özellikle, erkekler dişilerden daha küçüktür ve koyu renkli dış genital organların yanı sıra alt karın bölgelerinde daha fazla siyah pigmente sahiptir. Erkeklerin ayrıca ön ayaklarında, çiftleşme sırasında dişiye yapışmak için kullanılan seks tarakları adı verilen bir kıl parçası vardır. Bu belirgin fenotipik farklılıklar, erkekleri dişilerden ayırt etmeyi çok kolaylaştırır, bu da özellikle genetik bir çaprazlama oluştururken yararlıdır.
Drosophila ile bir haç kurmak, genetik çalışmak için yararlı bir tekniktir. Öyleyse başlayalım!
Bir haç kurmanın ilk adımı, istenen genotipteki bakire dişileri toplamaktır, böylece hangi erkekle çiftleşeceğini tam olarak kontrol edebilirsiniz. Drosophila, eklesyondan sonraki ilk 8 saat boyunca çiftleşemez, bu nedenle çok genç yetişkinleri toplamak bekareti garanti eder. Yeni kapatılmış dişileri toplamak için, tüm yetişkinlerden kurtulmak için şişeyi morga temizleyin. Her 3-4 saatte bir, şişeyi yeni kapatılmış yetişkinler için kontrol edin ve dişileri kullanıma hazır olana kadar herhangi bir erkek olmadan yeni bir şişede toplayın. Bakire dişiler, çok açık vücut renkleri ve karınlarında mekonyum olarak bilinen koyu renkli bir nokta ile tanımlanır.
Harazlamaya başlamaya hazır olduğunuzda, 4-6 erkeği istediğiniz genotiplerden 4-6 bakire dişi ile eski tarihli bir gıda şişesinde birleştirin ve 25 ° C ve% 60 nemde saklayın. 3-4 gün sonra larvalar mevcut olacak ve ebeveynler yeni bir şişeye aktarılmalı, bu da ebeveynlerin döl ile çiftleşmesini önleyecektir. Yaklaşık 10 gün sonra yeni yavrular çıkacak ve fenotipleri incelenebilecektir.
Drosophila araştırmacılarının kullandığı bir araç, genetik rekombinasyonu önleyen ve bir sineğin doğru genotipini belirlemede yararlı olan kıvırcık kanatlar gibi genetik belirteçler içeren dengeleyici kromozomlardır. İki farklı mutasyon için heterozigot olan sinekler istiyorsanız, dengeleyici kromozom CyO üzerinde mutasyon #1 olan bir stoğu, yine CyO üzerinde dengelenmiş mutasyon #2 ile ikinci bir hisse soğurma çaprazlayabilirsiniz. Kıvırcık kanatlar olmadan ortaya çıkan herhangi bir döl, her iki mutasyon için de heterozigottur.
Drosophila araştırmalarında yaygın olarak kullanılan bir diğer araç, araştırmacıların belirli bir dokudaki bir geni ifade etmesine veya parçalamasına izin veren UAS-GAL4 sistemidir. GAL4, dokuya özgü bir promotör tarafından yönlendirilen bir maya transkripsiyon faktörüdür ve UAS, ilgilenilen genin ekspresyonunu kontrol eden Yukarı Akış Aktive Etme dizisidir. Dokuya özgü bir GAL4 transgeni olan bir sineği UAS transgeni olan bir sinek, ilgilendiğiniz genin doğrudan aşağı akışta olduğu bir sineğe geçtiğinizde, GAL4 proteini UAS'ı bağlar ve istediğiniz genin ekspresyonunu yönlendirir. Örneğin, pupadaki kanat diskleri için spesifik olan apterous-GAL4'e çaprazlanan UAS-GFP, özellikle bu hücrelerde GFP'yi eksprese eder.
Drosophila gelişimini ve üremesini incelemek için kullanılabilecek birçok uygulama vardır. Bir uygulama davranış analizleridir - özellikle kur yapma davranışı. Kur yapma sırasında, erkek kendini kadına doğru yönlendirir ve ön ayaklarıyla ona dokunurken onu takip eder. Dişi alıcıysa, erkeğin ona binmesine izin verir. Erkek karnını kıvırır ve seminal sıvıyı dişiye aktarır, bu da çiftleşme olarak bilinen bir süreçtir. Çeşitli mutantlarda bu kur yapma davranışlarının analizleri, davranışın genetik kontrolü hakkında fikir verir
Drosophila gelişimi, canlı görüntüleme yoluyla incelenebilen, birçok hücre hareketini ve şekil değişikliğini içeren son derece dinamik bir süreçtir. Örneğin, embriyogenez sırasında dorsal kapanma, epiteldeki bir boşluğun birçok hücre tipinin koordinasyonunu içeren fermuar benzeri bir şekilde kapatılmasıdır. Gelişim sırasında dorsal kapanma genellikle klinik etkileri olabilecek yara kapanmasını incelemek için bir model olarak kullanılır.
Drosophila gelişimi sırasındaki süreçleri anlamak için kullanılan üçüncü bir uygulama, bireysel genlerin aktivitesini azaltan ve büyük ölçekli ters genetik taramalarda kullanılabilen RNA girişimidir. Örneğin, dsRNA embriyolara enjekte edilebilir ve örneğin gen yıkımının organ gelişimi üzerindeki etkisi değerlendirilebilir. Burada, RNA girişimi, trakeal gelişim sırasında füzyon için önemli olan bir geni ortaya çıkardı.
Az önce JoVE'nin Drosophila melanogaster reprodüksiyonu ve gelişimi ile tanışmasını izlediniz. Bu videoda inceledik: Gelişimin her aşamasıyla ilgili ayrıntılar da dahil olmak üzere Drosophila yaşam döngüsü. Ayrıca Drosophila'nın üreme yeteneklerini genetik çalışmak ve bir haç oluşturmak için nasıl kullanacağımızı da öğrendik. Son olarak, Drosophila gelişiminin ve üremesinin davranış, yara kapanması ve organ gelişimi gibi karmaşık süreçleri anlamak için nasıl yararlı olduğunu öğrendik.
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What are the four main stages of the Drosophila life cycle?
Drosophila progress through four developmental stages: embryo, larva, pupa, and adult. The embryo is a fertilized egg about 0.5 mm long that undergoes rapid nuclear division. Larvae are white, worm-like segmented organisms that eat constantly and progress through three instars over about 96 hours. Pupae are immobile stages where larval tissues degenerate and adult tissues form over four days. Adults emerge through eclosion and become sexually receptive within 8 hours.
Q2: How does the syncytial blastoderm contribute to Drosophila body patterning?
The syncytial blastoderm forms when nine rounds of nuclear division occur without cytokinesis, creating a multi-nucleate cell where all nuclei share common cytoplasm. This shared cytoplasm allows proteins to diffuse freely, forming morphogen gradients essential for establishing the body plan and patterning individual organs and tissues. After the 13th nuclear division, nuclei individualize into the cellular blastoderm, which then undergoes gastrulation to form the three primary germ layers.
Q3: What roles do maternal effect genes and segmentation genes play in anterior-posterior axis formation?
Maternal effect genes, supplied in the oocyte, initially establish the anterior and posterior regions of the embryo. The bicoid gene defines the anterior including the head and thorax, while the nanos gene defines the posterior including the abdomen. Segmentation genes, regulated by maternal effect genes, include gap genes that broadly subdivide the embryo and pair rule genes expressed in striped patterns that further divide it into smaller segments.
Q4: How do you collect virgin female Drosophila for setting up a genetic cross?
Drosophila cannot mate during the first 8 hours after eclosion, so collecting newly eclosed adults guarantees virginity. Clear the vial of all adults, then check every 3-4 hours for newly eclosed flies and collect females in a new vial without males. Virgin females are identified by their light body color and a dark spot on their abdomen called the meconium. Combine 4-6 males with 4-6 virgin females of desired genotypes in a dated food vial at 25°C.
Q5: What is the UAS-GAL4 system and how does it enable tissue-specific gene expression?
The UAS-GAL4 system allows researchers to express or knockdown genes in specific tissues. GAL4 is a yeast transcription factor driven by a tissue-specific promoter, while UAS is the Upstream Activating sequence controlling the gene of interest. When crossing a fly with tissue-specific GAL4 to one with a UAS transgene, GAL4 protein binds UAS and drives expression of the desired gene. For example, UAS-GFP crossed to apterous-GAL4 expresses GFP specifically in wing disc cells.
Q6: How can dorsal closure during Drosophila development inform wound healing research?
Dorsal closure is a dynamic developmental process where a gap in the epithelium closes in a zipper-like manner involving coordination of many cell types. This process involves numerous cell movements and shape changes that can be studied through live imaging. Dorsal closure during embryogenesis serves as a model system to study wound closure mechanisms, which has potential clinical implications for understanding and treating wound healing in higher organisms.
Q7: What makes Drosophila an ideal model organism for studying development?
Drosophila melanogaster is valuable because the molecular, cellular, and genetic foundations of development are highly conserved between flies and higher eukaryotes such as humans. The complete life cycle takes only about 10 days at 25°C, and Drosophila are extremely fertile, producing thousands of progeny in a lifetime. These characteristics, combined with the ability to use techniques like RNA interference and live imaging, make Drosophila an excellent platform for developmental research applicable to understanding processes in other organisms.
Chapters in this video
0:00
Overview
0:49
The Drosophila Life Cycle
4:23
Genetic Regulation of Pattern Formation
6:14
Drosophila Reproduction
7:11
How to Set Up a Genetic Cross
10:22
Applications
12:08
Summary
Videos from this collection: