Overview
דג הזברה(דניו ריו)הפך למודל פופולרי לחקר גנטיקה וביולוגיה התפתחותית. השקיפות של בעלי חיים אלה בשלבים התפתחותיים מוקדמים מאפשרת הדמיה ישירה של מורפוגנזה של רקמות ברמה התאית. יתר על כן, דגי זברה מקובלים על מניפולציה גנטית, ומאפשרים לחוקרים לקבוע את ההשפעה של ביטוי גנים על התפתחות בעל חוליות עם רמה גבוהה של דמיון גנטי לבני אדם.
סרטון זה מספק סקירה קצרה של השלבים העיקריים של התפתחות דגי הזברה, עם דגש מיוחד על 24 השעות הראשונות לאחר ההפריה (hpf). הדיון מתחיל עם זיגוטה המורכב מתא אחד, או blastomere, על גבי כדור גדול של חלמון. מחשוף הבלאסטומר מוצג לאחר מכן כמפיק עובר המכיל אלפי תאים בתוך שעות ספורות. לאחר מכן, התנועות התאיות הדרמטיות המכונות אפיבולי וגסטרולציה מוסברות, וחושפות כיצד הן תורמות לעצב מחדש מסה של תאים לעובר נע עם לב פועם תוך יום אחד בלבד. המצגת עוקבת אחר התפתחות העובר דרך שלב הבקיעה, כאשר הם הופכים לשחייה, האכלת זחלים. שיקולים חשובים לטיפול בזחלים משולבים, כולל סקירה קצרה של האופן שבו דגים גדלים לבגרות במתקן ייעודי המכונה משתלה. לבסוף, הסרטון מסתיים בכמה טכניקות נפוצות המשמשות לחקר התפתחות העובר, ומדגים כיצד משתמשים דגי זברה כדי לעזור לנו להבין טוב יותר את ההתפתחות האנושית ואת המחלה.
Procedure
לעוברים של דגי זברה יש מאפיינים רבים שהופכים אותם למודל מועדף בקרב ביולוגים התפתחותיים. ההתפתחות המהירה והחיצונית שלהם ושקיפותם הופכות אותם להתאמה ייחודית להדמיה. בנוסף, עוברים מקובלים הן על מניפולציות פיזיות והן על מניפולציות גנטיות, המאפשרות לחוקרים להקניט את האותות השולטים בתהליכים התפתחותיים. וידאו זה יעבור על מחזור החיים של דגי הזברה, שלבים מוקדמים של התפתחות העובר, גידול דגים לבגרות, ולהדגיש כמה טכניקות לנצל את פיתוח עוברים דגי זברה.
ראשית, בואו נעבור על השלבים הבסיסיים בהתפתחות דגי הזברה.
מחזור החיים של דגי הזברה מחולק לארבע תקופות עיקריות: עוברים, זחלים, נוער ומבוגרים. מחזור החיים המלא מביצית מופרית למבוגר הוא 90 יום מהיר.
התפתחות מוקדמת מתרחשת בקצב מהיר, אך צפוי כאשר העוברים גדלים ב 28 °C (50 °F). כתוצאה מכך, ניתן להגדיר שלבים כמספר השעות או הימים לאחר ההפריה (בדרך כלל מקוצר יותר כ- HPF או dpf). עם זאת, אם טמפרטורת הדגירה עולה או יורדת, שלבים יכולים להיות מזוהים בצורה מדויקת יותר על ידי תכונות מורפולוגיות. בשיטה זו, 24 השעות הראשונות מחולקות לחמישה שלבים: זיגוטה, מחשוף, בלטולה, גסטרולה וסגמנטציה. שלב הלוע מקיף את 24 השעות הבאות עד שהעוברים בוקעים לזחלים.
עכשיו שאתם מכירים את השלבים העיקריים של התפתחות דגי הזברה, בואו נעבור על 24 השעות הראשונות ביתר פירוט.
מחזור החיים של דגי הזברה מתחיל בביצית מופרית. זיגוטה זו יש כמה מבנים חשובים, כולל קרום מגן המקיף את העובר שנקרא chorion ואת החלמון המספק חומרים מזינים להתפתחות עוברית עד הדג יכול להאכיל את עצמו. זמן קצר לאחר ההפריה, ציטופלסמה נעה לכיוון מוט אחד של הביצית המנפח תא יחיד הנקרא blastodisc.
במהלך תקופת המחשוף, blastodisc מתחלק כדי ליצור את blastomeres, אשר ממשיכים לעבור חלוקות תאים מהירים ומסונכרנים ללא צמיחת תאים.
חטיבות מהירות אלה אפשריות מכיוון ש- RNA המופקד בביצה על ידי האם משמש כדי להפוך את החלבונים המתפקדים בתוך blastomeres, ביטול הצורך סינתזת RNA. במהלך תקופת הפיצוץ, העובר מתחיל ליצור RNA משלו, ובכך מאריך את מחזור התא. תקופה זו כוללת גם את תחילתה של תנועה דרמטית של תאים על פני השטח של החלמון, המכונה אפיבולי.
כאשר התאים התקדמו כדי לכסות כמחצית החלמון תקופת gastrula מתחיל. תקופה זו נקראת על שם סוג אחר של תנועה, המכונה גסקולציה, שבה תאים נודדים מתחת לחזית התא המתקדם. התוצאה היא שלוש שכבות נפרדות של תאים הנקראים שכבות הנבט, כולל אנדודרם, מסודרם וקטודרם. לתאים בכל אחת משלוש השכבות הללו יש גורלות שונים מאוד: הקטודרם מעורר אפידרמיס ומערכת העצבים, האנדודרם יוצר את המעיים, והמסודרם מייצר שרירים, עצם וערימה.
ב-12 כ"ס, המסודרם מתחיל להתחלק לסומיטים, שהם מקטעי רקמות לאורך תא המטען שיהפכו מאוחר יותר לשרירים. למרות שמספר הסומיטים מגדיר את השלבים הבודדים בתקופת פילוח זו, יש הרבה יותר מזה שקורה במהלך 10 שעות. רק 24 שעות לאחר ההפריה, העוברים פעילים ואפילו יש להם לב פועם!
זה עבר דרך ארוכה ביום אחד בלבד, אבל עבודתו של העובר עדיין לא נעשתה! העוברים ממשיכים להתפתח בתוך הכורציות שלהם עד שהם בוקעים לתוך זחלים בערך 3 ימים לאחר ההפריה. בעודם מרוקנים במהירות את מאגרי האנרגיה של החלמון, הזחלים מפתחים עד מהרה מבנים מיוחדים לשחייה, כמו שלפוחית השחייה: איבר מלא גז השולט בציפה. לאחר 7 dpf, הדגים הצעירים, או "טיגון", הם ניידים לחלוטין ומחפשים מזון!
מוכן לאמץ דג? תצטרך חדר ילדים כדי להעלות את הצ'יפס שלך לבגרות. לא, לא בדיוק ככה. זחלים ממוקמים במיכלים עם מעט מאוד חילופי מים להתחיל, והגברה זרימת המים כמו הדגים לשפר את יכולתם לצוד ולשחות. זחלים מקבלים בדרך כלל שילוב של מזון יבש rehydrated ומיקרואורגניזמים, כגון paramecia, כדי למקסם את שיעורי הצמיחה. לאחר 2-3 חודשים בחדר הילדים, הדגים מגיעים לבגרות ומשלימים את מחזור החיים.
כעת, לאחר שראינו כמה מה השלבים העיקריים של התפתחות דגי הזברה, בואו נבחן כמה טכניקות המשמשות לחקר השלבים האלה.
הגודל הקטן והשקיפות של עוברים דגי זברה הופכים אותם למקובלים ל- RNA בהכלאה במקום. טכניקה זו משתמשת במולקולת RNA המסומנת המשלימה ל- mRNA של עניין, כדי לדמיין ביטוי גנים ברחבי האורגניזם כולו. שינויים בביטוי הגנים לאורך זמן ובאיברים ספציפיים נצפים בקלות ומספקים תובנה לתהליכים התפתחותיים.
בנוסף, ההתפתחות החיצונית של עוברים דגי זברה הופכת אותם למקובלים להשתלת תאים. תאים מעוברים מוקדמים המסומנים באופן פלואורסצנטרי יכולים להיות מושתלים בעוברים מארחים ללא תווית, ומעקב לאורך זמן. שיטה זו מאפשרת לחוקרים לבחון כיצד אינטראקציות בין תאים תורמות לתפקוד האיברים וכן לדמיין בקלות תנועות תאים ב- vivo.
לבסוף, מכיוון שעוברי דגי זברה עוברים מניפולציה גנטית בקלות על ידי מיקרו-הנדסה, חוקרים יכולים לבחון את תפקידם של גנים ספציפיים במהלך ההתפתחות החל משלב התא האחד. לדוגמה, כדי לחקור את ההשפעה של אובדן תפקוד של גן, דגי זברה יכולים להיות מוזרקים עם מורפולינוס, שהם אוליגונוקלאוטידים אנטיסנס שנועדו לחסום ביטוי חלבון. סינון דגים מוזרקים עבור פנוטיפים התפתחותיים, כגון שינויים בהרכבה של כלי הדם, מספק תובנה על השליטה הגנטית של תהליכים התפתחותיים מורכבים.
הרגע צפית בסרטון של ג'וב על פיתוח דגי זברה. סרטון זה תיאר את מחזור החיים של דגי הזברה, כיסה את שלבי התפתחות דגי הזברה המוקדמת והדגיש את כוחו של דג הזברה ככלי בביולוגיה התפתחותית. תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
לא הוכרזו ניגודי אינטרסים.
