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Biology II: Mouse, Zebrafish, and Chick

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Reprodução e Desenvolvimento de Zebrafish

Overview

O zebrafish (Danio rerio) tornou-se um modelo popular para estudar genética e biologia do desenvolvimento. A transparência desses animais em estágios iniciais de desenvolvimento permite a visualização direta da morfogênese tecidual no nível celular. Além disso, os zebrafish são favoráveis à manipulação genética, permitindo que os pesquisadores determinem o efeito da expressão genética no desenvolvimento de um vertebrado com alto grau de semelhança genética com os humanos.

Este vídeo fornece uma breve visão geral das principais fases do desenvolvimento de zebrafish, com foco especial nas primeiras 24 horas pós fertilização (hpf). A discussão começa com um zigoto consistindo de uma única célula, ou blastomere, em cima de uma grande bola de gema. O decote da blastomere é então mostrado para produzir um embrião contendo milhares de células em questão de horas. Em seguida, explicam os movimentos celulares dramáticos conhecidos como epiboly e gastrulation, revelando como eles contribuem para remodelar uma massa de células em um embrião em movimento com um coração batendo em apenas 1 dia. A apresentação segue o desenvolvimento de embriões através da fase de eclosão, quando eles se tornam natação, alimentando larvas. Considerações importantes para o cuidado com larvas são incorporadas, incluindo uma breve revisão de como os peixes são criados até a idade adulta em uma instalação dedicada conhecida como berçário. Finalmente, o vídeo conclui com algumas técnicas comuns utilizadas para estudar o desenvolvimento de embriões, demonstrando como os zebrafish são usados para nos ajudar a entender melhor o desenvolvimento humano e a doença.

Procedure

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Os embriões de zebrafish têm muitas características que os tornam um modelo favorito entre os biólogos do desenvolvimento. Seu rápido desenvolvimento externo e transparência os tornam exclusivamente adequados à visualização. Além disso, os embriões são favoráveis tanto às manipulações físicas quanto genéticas, permitindo que os pesquisadores provoquem os sinais que controlam os processos de desenvolvimento. Este vídeo vai passar por cima do ciclo de vida dos zebrafish, estágios iniciais do desenvolvimento de embriões, elevar os peixes até a idade adulta, e destacar algumas técnicas que aproveitam o desenvolvimento de embriões de zebrafish.

Primeiro, vamos passar por cima dos passos básicos no desenvolvimento de zebrafish.

O ciclo de vida dos zebrafish é dividido em quatro períodos principais: embrião, larva, juvenil e adulto. O ciclo de vida completo do óvulo fertilizado para o adulto é de 90 dias rápidos.

O desenvolvimento precoce ocorre a uma taxa rápida, mas previsível, quando os embriões são elevados a 28 °C. Como resultado, os estágios podem ser definidos como o número de horas ou dias após a fertilização (mais comumente abreviados como hpf ou dpf). No entanto, se a temperatura de incubação for aumentada ou diminuída, os estágios podem ser identificados com mais precisão por características morfológicas. Por este método, as primeiras 24 horas são divididas em cinco fases: Zigoto, decote, blastula, gastrula e segmentação. A fase da faringula abrange as próximas 24 horas até que os embriões eclodam em larvas.

Agora que você está familiarizado com os principais estágios do desenvolvimento de zebrafish, vamos passar as primeiras 24 horas com mais detalhes.

O ciclo de vida dos zebrafish começa com um óvulo fertilizado. Este zigoto tem algumas estruturas importantes, incluindo a membrana protetora em torno do embrião chamada chorão e a gema que fornece nutrientes para o desenvolvimento embrionário até que o peixe possa se alimentar sozinho. Logo após a fertilização, o citoplasma se move em direção a um polo do óvulo inflando uma única célula chamada blastodisc.

Durante o período de decote, o blastodisc se divide para formar os blastomeres, que continuam a sofrer divisões celulares rápidas e sincronizadas sem crescimento celular.

Essas divisões rápidas são possíveis porque o RNA depositado no óvulo pela mãe é usado para fazer as proteínas funcionarem dentro dos blastomeres, eliminando a necessidade de síntese de RNA. Durante o período da blastula, o embrião começa a fazer seu próprio RNA, alongando assim o ciclo celular. Este período também inclui o início de um movimento dramático de células sobre a superfície da gema, conhecida como epiboly.

Quando as células avançaram para cobrir cerca de metade da gema o período gastrula começa. Este período é nomeado para um tipo diferente de movimento, conhecido como gastraculação, no qual as células migram sob a frente celular avançando. O resultado são três camadas distintas de células chamadas camadas de germe, incluindo o endóderme, mesoderme e ectoderme. As células em cada uma dessas três camadas têm destinos muito diferentes: o ectoderme dá origem à epiderme e ao sistema nervoso, o endoderme forma o intestino, e o mesoderme gera músculo, osso e vasculatura.

Por 12 cv, o mesoderm começa a se dividir em somites, que são segmentos de tecido ao longo do tronco que mais tarde se tornarão músculos. Embora o número de somites defina as etapas individuais neste período de segmentação, há muito mais do que isso acontecendo durante sua duração de 10 horas. Por apenas 24 horas após a fertilização, os embriões estão ativos e até têm um coração pulsante!

Foi um longo caminho em apenas um dia, mas o trabalho do embrião ainda não está feito! Os embriões continuam a se desenvolver dentro de seus acordes até que eclodam em larvas em cerca de 3 dias após a fertilização. Ao esgotar rapidamente os estoques de energia da gema, as larvas logo desenvolvem estruturas especializadas para natação, como a bexiga de natação: um órgão cheio de gás que controla a flutuação. Depois de 7 dpf, os peixes jovens, ou "fritar", são totalmente móveis e procuram comida!

Pronto para adotar um peixe? Você vai precisar de um berçário para criar sua batata frita até a idade adulta. Não, não é bem assim. Larvas são colocadas em tanques com pouca ou nenhuma troca de água para começar, e aumentando o fluxo de água à medida que os peixes melhoram sua capacidade de caçar e nadar. Larvas são geralmente alimentadas com uma combinação de alimentos secos e microrganismos rehidratados, como paramecia, para maximizar as taxas de crescimento. Após 2-3 meses no berçário, os peixes atingem a idade adulta, completando o ciclo de vida.

Agora que vimos alguns dos principais estágios do desenvolvimento de zebrafish, vamos olhar para algumas técnicas usadas para estudar essas etapas.

O pequeno tamanho e transparência dos embriões de zebrafish os torna favoráveis ao RNA na hibridização situ. Esta técnica usa uma molécula de RNA rotulada complementar a um mRNA de interesse, para visualizar a expressão genética em todo o organismo. Mudanças na expressão genética ao longo do tempo e em órgãos específicos são facilmente observadas e fornecem insights para processos de desenvolvimento.

Além disso, o desenvolvimento externo de embriões de zebrafish os torna favoráveis ao transplante celular. Células de embriões precoces fluorescentes podem ser transplantadas em embriões hospedeiros sem rótulo, e rastreadas ao longo do tempo. Esse método permite que os pesquisadores examinem como as interações celulares contribuem para a função dos órgãos, bem como para visualizar facilmente os movimentos celulares in vivo.

Finalmente, como os embriões de zebrafish são facilmente manipulados geneticamente por microinjeção, os pesquisadores podem examinar o papel de genes específicos durante o desenvolvimento a partir do estágio de uma célula. Por exemplo, para estudar o efeito da perda de função de um gene, o zebrafish pode ser injetado com morfolnos, que são oligonucleotídeos antissamparados projetados para bloquear a expressão proteica. A triagem de peixes injetados para fenótipos de desenvolvimento, como alterações na montagem de vasos sanguíneos, fornece uma visão do controle genético de processos complexos de desenvolvimento.

Você acabou de assistir ao vídeo do JoVE sobre o desenvolvimento de zebrafish. Este vídeo esboçou o ciclo de vida dos zebrafish, cobriu os estágios do desenvolvimento precoce de zebrafish, e destacou o poder do zebrafish como uma ferramenta na biologia do desenvolvimento. Obrigado por assistir!

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