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Biology II: Mouse, Zebrafish, and Chick

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Sviluppo del pulcino

Overview

L'embrione di pollo (Gallus gallus domesticus) fornisce un modello economico e accessibile per la ricerca sulla biologia dello sviluppo. I pulcini si sviluppano rapidamente e sono suscettibili di manipolazioni genetiche e fisiologiche, consentendo ai ricercatori di studiare i percorsi di sviluppo fino ai livelli cellulari e molecolari.

Questa recensione video dello sviluppo dei pulcini inizia descrivendo il processo di fecondazione e formazione degli ovuli all'interno del tratto riproduttivo del pollo. Successivamente, viene introdotta la nomenclatura di messa in scena dei pulcini più comunemente usata, la serie di stadi di Hamburger Hamilton. Vengono quindi delineati i principali eventi nello sviluppo dei pulcini, compresi i drammatici movimenti cellulari noti come gastrulazione che formano i tre principali strati cellulari: l'ectoderma, il mesoderma e l'endoderma. Le cellule di questi strati continuano a generare tutti i tessuti all'interno dell'organismo, così come le membrane extraembrionali, che sono necessarie per il trasporto di gas, sostanze nutritive e rifiuti all'interno del guscio d'uovo. Per concludere la discussione, verranno presentate alcune tecniche interessanti come strategie per studiare lo sviluppo dei pulcini in modo più dettagliato.

Procedure

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Secoli di studi embriologici condotti sui pulcini hanno notevolmente fatto avanzare la nostra comprensione dello sviluppo dei vertebrati. L'addomesticamento diffuso dei polli significa che i loro embrioni sono facilmente e convenientemente acquisiti. Inoltre, gli embrioni si sviluppano esternamente e sono suscettibili di molte manipolazioni fisiche e genetiche che consentono un'esplorazione approfondita dei processi di sviluppo. Questo video coprirà le basi della riproduzione della gallina, dell'anatomia dell'uovo e dello sviluppo dell'embrione prima di approfondire alcune tecniche di laboratorio che sfruttano questo sistema di sviluppo.

Prima di discutere dell'embriogenesi, esaminiamo come si formano le molte strutture essenziali dell'uovo.

Le femmine di pollo, o galline, depongono le uova quasi ogni giorno, indipendentemente dal comportamento di accoppiamento; un tratto che spesso approfittiamo al tavolo della colazione!

Il compito di 24 ore di assemblaggio delle uova inizia con un ovulo nell'ovidotto. Questa cellula è costituita da un tuorlo ricco di sostanze nutritive insinte nella membrana vitellina. Se la gallina si è accoppiata di recente, la fecondazione avviene in questa fase, iniziando divisioni cellulari limitate a una piccola area sulla superficie del tuorlo chiamata disco germinale. Mentre l'uovo passa lungo l'ovidotto, uno strato di albume o albume d'uovo si forma intorno al tuorlo, contenente acqua e proteine per protezione e nutrimento. Successivamente, vengono aggiunte membrane a guscio contenenti cheratina, fornendo una difesa contro i batteri. Infine, un guscio semi-permeabile in carbonato di calcio è assemblato nell'utero, che proteggerà l'uovo e consentirà lo scambio di gas e umidità.

Ora che sappiamo un po 'di cosa succede all'interno del pollo, esaminiamo i passaggi successivi dopo che le uova sono state deposte.

Anche se lo sviluppo è già iniziato a questo punto, la progressione si fermerà quando le uova saranno esposte a temperature più fredde. Poiché la crescita continua dipende dall'incubazione a 37,5 °C, le fasi dello sviluppo dei pulcini sono più comunemente definite da pietre miliari morfologiche, come delineato nella serie di stadi di Hamburger Hamilton.

Quando l'uovo viene deposto, il pulcino è alla fase 1 di Hamburger Hamilton. A questo punto, le cellule che formeranno l'embrione si trovano all'interno di una "zona pellucida" trasparente al centro della struttura bianca simile a un occhio di bue chiamata blastoderma. La fase successiva dello sviluppo è caratterizzata dalla comparsa di una formazione cellulare sulla linea mediana dell'embrione nota come striscia primitiva. Le cellule dell'area pellucida migrano attraverso un solco che si forma nella striscia per generare tre strati discreti, noti come strati germinali.

Le prime cellule a muoversi attraverso la striscia diventano l'endoderma, che forma il rivestimento dell'intestino e del tratto respiratorio; e le cellule che passano attraverso le cellule successive diventano il mesoderma, che forma muscoli e sangue. Le cellule che rimangono sulla superficie rappresentano l'ectoderma, che diventa pelle e tessuto neurale.

Questo processo, noto come gastrulazione, inizia in una massa di cellule nota come nodo di Hensen all'estremità anteriore della striscia primitiva. Il trapianto di questa struttura in un altro embrione provoca la formazione di strutture embrionali secondarie, dimostrando il ruolo cruciale del nodo nel modellare l'asse embrionale.

L'analisi dell'espressione genica in questo embrione secondario mostra inoltre che il nodo è coinvolto nella specificazione dei tessuti neurali come il tubo neurale, che in seguito forma il cervello embrionale e il midollo spinale.

Una caratteristica evidente di questi embrioni successivi è la complessa rete di vasi sanguigni che si irradiano sul tuorlo. La circolazione attraverso questi vasi è essenziale per la distribuzione dei nutrienti dal tuorlo in tutto l'embrione in rapida crescita. Man mano che l'embrione diventa più complesso, cresce anche il sistema di membrane extraembrionali vascolarizzate che lo sostengono. Mentre il sacco vitellino è principalmente coinvolto nella consegna dei nutrienti, l'allantoide e il corion svolgono un ruolo fondamentale nella respirazione e nell'escrezione dell'embrione. Dopo circa 7 giorni di incubazione, queste due membrane si fondono, creando la membrana corioallantoica o CAM. Grazie al suo posizionamento, il CAM consente lo scambio di gas con il mondo esterno e consente inoltre all'embrione di utilizzare il guscio come fonte di calcio.

Questo sistema di trasporto trasporta l'embrione attraverso circa 21 giorni di sviluppo, dopo di che il pulcino rompe un buco nel guscio impoverito di calcio e si schiude.

Ora che abbiamo toccato alcuni dei passaggi chiave nello sviluppo del pollo, diamo un'occhiata a come i ricercatori studiano questi processi in laboratorio.

Come per gli esperimenti sul nodo di Hensen, il trapianto tra embrioni può dimostrare la funzione di tessuti isolati in fase di sviluppo. Un'estensione comune di questa tecnica è l'innesto di tessuti di altre specie aviarie, come la quaglia, in embrioni di pulcino. In questi studi, le cellule trapiantate possono essere facilmente monitorate utilizzando marcatori specifici per le quaglie per valutare il loro impatto sui processi di sviluppo, come la formazione della mascella.

I modelli dinamici di espressione genica dirigono le affascinanti trasformazioni osservate nel corso dello sviluppo dei pulcini. Per comprendere meglio i percorsi di sviluppo, l'ibridazione dell'RNA in situ viene utilizzata per visualizzare l'espressione genica in embrioni interi. Per questa procedura, gli embrioni vengono raccolti, fissati e quindi incubati con una sonda di RNA, che si lega a specifici bersagli di mRNA. Le etichette sulle sonde evidenziano le cellule in cui gli mRNA bersaglio sono abbondanti, indicando una robusta espressione genica.

Abbiamo visto come si formano le strutture neurali primitive nel pulcino, ma come si evolvono in un complesso sistema nervoso dei vertebrati? Un approccio allo studio delle connessioni neurali embrionali è chiamato tracciamento neurale. I ricercatori iniettano colorante nei neuroni di interesse e permettono al colorante di diffondersi attraverso l'assone. Gli embrioni fissi vengono quindi affettati sottilmente e immunostainati. I percorsi che i neuroni seguono possono quindi essere visualizzati utilizzando l'etichetta del colorante insieme a marcatori noti del tessuto cerebrale.

Hai appena visto il video di JoVE sullo sviluppo del pollo. Questo video ha coperto le basi della formazione delle uova, gli eventi chiave nello sviluppo dei pulcini e alcune tecniche di ricerca comuni utilizzate per comprendere meglio l'affascinante trasformazione dalla colazione alla cena. Grazie per l'attenzione!

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