דרוסופילים פיתוח ורבייה

Drosophila melanogaster, נמצאים בשימוש נרחב כאורגניזם מודל בהתפתחות המחקר ורבייה. Drosophila התקדמות דרך מספר שלבים התפתחותיים בתהליך המכונה מחזור החיים וכל שלב מספק פלטפורמה ייחודית למחקר התפתחותי. בסרטון זה, נציג את היסודות של פיתוח דרוסופילה ורבייה, כולל כיצד להקים צלב גנטי ולדון כיצד ניתן ליישם מחקר זה כדי להבין תהליכים החל ריפוי פצעים להתנהגות.

ראשית, בואו נדבר על מחזור החיים של דרוזופילה. Drosophila התקדמות דרך 4 שלבים עיקריים של התפתחות: עובר, זחל, גולם, ומבוגר.

העובר הוא ביצית מופרית באורך של כ-0.5 מ"מ בצורת אליפסה. מיד לאחר ההפריה עובר העובר חלוקה מיטוטית מהירה ללא צמיחה. הגרעין הזיגוטי עובר תשעה סבבים של חלוקה גרעינית, אך אינו עובר ציטוקינזיס, ויוצר תא רב-גרעיני הנקרא פיצוץ סינכרוני. מאז כל הגרעינים ב blastoderm סינכרוני חולקים ציטופלסמה נפוצה, חלבונים יכולים לפזר בחופשיות, יצירת שיפועים מורפוגן, אשר חשובים לביסוס תוכנית הגוף דפוס של איברים בודדים ורקמות בזבוב. לאחר החלוקה הגרעינית העשירית, הגרעינים נודדים לפריפריה של הפיצוץ הסינכירוני . לאחר הסיבוב ה -13 של חלוקה גרעינית, המתרחשת כ -3 שעות לאחר ההפריה, הגרעינים 6000 בפיצוץ הסינכיטלי הופכים לאינדיבידואליים ויוצרים את הפיצוץ התאי . הפיצוץ התאי מכיל מפיל תאים והופך למבנה רב שכבתי מורכב, בתהליך המכונה גסקולציה. במהלך גסטריולציה, צורת התא משנה את ההסתה של המונו-שכבתית, ובסופו של דבר יוצרת את שכבות הנבטים של אנדודרם, מסודרם ואקטודרם. האנדודרם מעורר את המעיים, המסודרם מעורר את השרירים והלב, והקטודרם מעורר את האפידרמיס ואת מערכת העצבים המרכזית. לאחר 24 שעות, עוברים בוקעים כזחלים.

זחלים לבנים עם גופים מקוטעים דמויי תולעת. הם זוחלים במזון רטוב ואוכלים כל הזמן, מה שמוביל לצמיחה מהירה. הזחלים מתקדמים בשלושה שלבים: הכוכב הראשון מזה 24 שעות, השני ל-24 שעות, והכוכב השלישי במשך 48 שעות. התכת מתרחשת בין כל שלב. כאשר הם מוכנים לגור, זחלי ה-Instar השלישיים עוזבים את מקור המזון שלהם ומתחברים למשטח מוצק, כגון צד של בריון.

הגולם חסר תנועה והם בתחילה רכים ולבנים אבל בסופו של דבר להקשיח ולהפוך חום. במשך תקופה של ארבעה ימים, רקמות זחל להתנוון ורקמות מבוגרות טופס. העיקול מסמן את סוף שלב הגועלים וזבובים מגיחים כמבוגרים.

8 שעות לאחר ההסמכה, המבוגרים הופכים פתוחים מינית ומתחילים להזדווג, מתחילים את מחזור החיים מחדש.

מחזור החיים המלא לוקח בערך 10 ימים ב 25 °C (5 °F), אבל זה יכול להיות מושפע על ידי הטמפרטורה. לדוגמה, ב 18 °C (50 °F) מחזור החיים הוא כ 19 ימים ב 29 °C (7 °F), מחזור החיים הוא רק 7 ימים.

לאורך כל הפיתוח, ויסות גנטי זהיר של היווצרות דפוס קובע את תוכנית הגוף ומציין רקמות ואיברים בודדים. חשוב לציין, הקמת הציר הקדמי-אחורי מגדירה את כיוון הראש לזנב של האורגניזם, ומוסדרת על ידי מספר קבוצות של גנים.

ראשית, גנים של השפעה אימהית מסופקים בביוציט וירשו מהנקבה. הם חשובים בפיצוץ הסינכרוני לביסוס בתחילה את הקדמי והאחורי של העובר. בפרט, הגן הביקויד מגדיר את הקדמי של העובר כולל הראש ובית החזה, בעוד הגן nanos מגדיר את האחורי, כולל הבטן.

שנית, הגנים של הפילוח, המווסתים על ידי גנים של אפקט אימהי, כוללים את הגנים של הפער ואת הגנים של שלטון הזוג. הגנים של גאפ יוצרים תוכנית גוף מקוטעת לאורך הציר הקדמי-אחורי על ידי חלוקה רחבה של העובר. גנים של שלטון זוגות באים לידי ביטוי בתבנית מפוספסת לציר הקדמי-אחורי, ומחלקים עוד יותר את העובר למקטעים קטנים יותר. לאחר מכן, הגנים הקוטביים של המקטע, כגון תחריטים, מתחילים לקבוע גורל תאים בתוך כל קטע.

לבסוף, גנים הומיאוטיים אחראים להגדרת מבנים אנטומיים מסוימים, כגון כנפיים ורגליים. מעניין, סדר הגנים על הכרומוזום משקף כיצד הם באים לידי ביטוי לאורך הציר הקדמי-אחורי.

Drosophila הם אורגניזמים פוריים מאוד שיכולים לייצר אלפי צאצאים בחיים. נקבות מטילות מאות ביצים ביום וממשיכות להפרות ביצים היטב לאחר ההזדווגות.

Drosophila הם גם אורגניזמים דימורפיים מבחינה מינית כלומר הנקבות שונות פנוטיפיות מזכרים. בפרט, הזכרים קטנים יותר מאשר נקבות ויש להם איברי מין חיצוניים בצבע כהה, כמו גם פיגמנט שחור יותר על הבטן התחתונה שלהם. לזכרים יש גם חלקת זיפים על הרגליים שלהם שנקראות מסרקי מין המשמשים להיצמד לנקבה במהלך ההזדווגות. הבדלים פנוטיפיים ברורים אלה מקלים מאוד להבחין בין זכרים לנקבות, וזה שימושי במיוחד בעת הגדרת צלב גנטי.

הקמת צלב עם Drosophila היא טכניקה שימושית לחקר גנטיקה. אז בואו נתחיל!

הצעד הראשון להקמת צלב הוא לאסוף נקבות בתולות של הגנוטיפ הרצוי, כך שתוכל לשלוט בדיוק עם איזה זכר עם מי היא תזדווג. Drosophila אינם מסוגלים להזדווג במהלך 8 השעות הראשונות לאחר ההסתה, ולכן איסוף מבוגרים צעירים מאוד מבטיח בתולים. כדי לאסוף נקבות חדשות, לפנות את המשחקון לחדר המתים כדי להיפטר מכל המבוגרים. כל 3-4 שעות, יש לבדוק את הבקריאל למבוגרים שזה עתה התקלו בו, ולאסוף את הנקבות במין חדש ללא זכרים עד שיהיו מוכנים לשימוש. נקבות בתולה מזוהות על ידי צבע הגוף הבהיר מאוד שלהם ונקודה כהה על הבטן שלהם, המכונה meconium.

כאשר אתם מוכנים להתחיל את הצלב, שלבו 4-6 זכרים עם 4-6 נקבות בתולות של הגנוטיפים הרצויים שלכם בוויאל מזון מיושן, וחסנו ב-25 מעלות צלזיוס ו-60% לחות. לאחר 3-4 ימים, הזחלים יהיו נוכחים ויש להעביר את ההורים לתחנתון חדש, המונע מההורים להזדווג עם הצאצאים. לאחר כ -10 ימים, צאצאים חדשים יצוצו וניתן יהיה לבדוק את הפנוטיפים שלהם.

כלי אחד שחוקרי Drosophila משתמשים בו הם כרומוזומי איזון המונעים רקומבינציה גנטית ומכילים סמנים גנטיים כגון כנפיים מתולתלות, אשר שימושיים בקביעת הגנוטיפ הנכון של זבוב. אם אתה רוצה זבובים כי הם heterozygous עבור שתי מוטציות שונות, אתה יכול לחצות מניה עם מוטציה #1 מעל CyO כרומוזום מאזן, למניה שנייה עם מוטציה #2 גם מאוזן על CyO. כל צאצא שיוצא ללא כנפיים מתולתלות הוא הטרוזיגוס לשתי המוטציות.

כלי נפוץ נוסף במחקר Drosophila הוא מערכת UAS-GAL4, המאפשרת לחוקרים לבטא או להפיל גן ברקמה מסוימת. GAL4 הוא גורם שעתוק שמרים המונע על ידי מקדם ספציפי לרקמות ו- UAS הוא רצף ההפעלה במעלה הזרם, השולט בביטוי של גן העניין . כאשר אתה חוצה זבוב עם טרנסג'ין GAL4 ספציפי לרקמה לזבוב עם טרנסג'ן UAS עם גן העניין שלך ישירות במורד הזרם, חלבון GAL4 קושר את ה- UAS ומניע ביטוי של הגן הרצוי שלך. לדוגמה, UAS-GFP חצה ל- apterous-GAL4, הספציפי לדיסקים כנף בגולם, מבטא GFP במיוחד בתאים אלה.

ישנם יישומים רבים שניתן להשתמש בהם כדי ללמוד פיתוח Drosophila ורבייה. יישום אחד הוא ניתוח התנהגותי - במיוחד התנהגות חיזור. במהלך החיזור, הזכר מכוון את עצמו לכיוון הנקבה ועוקב אחריה תוך כדי הקשה עליה עם רגליו. אם הנקבה פתוחה, היא מאפשרת לזכר לעלות עליה. הזכר מסלסל את בטנו ומעביר נוזל זרע לנקבה, תהליך המכונה הזדווגות. ניתוחי התנהגויות אלה של חיזור במוטנטים שונים מעניקים תובנה על השליטה הגנטית בהתנהגות

פיתוח Drosophila הוא תהליך דינמי מאוד הכולל תנועות תאים רבים ושינויי צורה, אשר ניתן ללמוד באמצעות הדמיה חיה. לדוגמה, סגירת געש במהלך העובר היא כאשר פער האפיתל נסגר באופן דמוי רוכסן המערב את התיאום של סוגי תאים רבים. סגירת גב במהלך הפיתוח משמשת לעתים קרובות כמודל לחקר סגירת פצעים, אשר עשויות להיות השלכות קליניות.

יישום שלישי המשמש להבנת תהליכים במהלך פיתוח Drosophila הוא הפרעות RNA, אשר מפיל את הפעילות של גנים בודדים וניתן להשתמש בו בקנה מידה גדול מסכים גנטיים הפוכים. לדוגמה, ניתן להזריק dsRNA לעוברים, וניתן להעריך את ההשפעה של ההנפקה של הגן על התפתחות האיברים. כאן, הפרעות RNA חשפו גן חשוב עבור היתוך במהלך התפתחות קנה הנשימה.

הרגע צפיתם בהקדמה של JoVE לשכפול ופיתוח של דרוזופילה מלנוגאסטר. בסרטון זה סקרנו: מחזור החיים Drosophila, כולל פרטים על כל שלב של התפתחות. למדנו גם כיצד להשתמש ביכולות הרבייה של Drosophila כדי ללמוד גנטיקה ולהקים צלב. לבסוף, למדנו כיצד פיתוח דרוסופילה ורבייה שימושיים להבנת תהליכים מורכבים כגון התנהגות, סגירת פצעים ופיתוח איברים.