El percebe Balanus (Amphibalanus) improvisus es un modelo para el estudio de osmoregulación y antifouling. Sin embargo, natural desove estacional produce una fuente impredecible de larvas de cyprid. Aquí, se describe un protocolo para el cultivo de todo el año de B. improvisus , incluyendo la producción de larvas. Se ilustra el uso de percebes cultivadas en estudios de expresión génica.
Percebes son crustáceos marinos con un adulto sésil y larvas planctónicas, nadan libremente. El percebe Balanus (Amphibalanus) improvisus es particularmente relevante como modelo para los estudios de mecanismos osmoregulatoria debido a su extrema tolerancia a la salinidad baja. Es también ampliamente utilizado como un modelo de solución de biología, en particular en lo referente a investigación de antifouling. Sin embargo, natural desove estacional produce una fuente impredecible de larvas de cyprid de estudios. Se describe un protocolo para el cultivo de todo el año de B. improvisus se ha desarrollado y una descripción detallada de todos los pasos en la línea de producción (es decir, el establecimiento de cultivos adultos en paneles, la recogida y cría de larvas de percebe y la administración de la alimentación de adultos y larvas). La descripción también proporciona una guía de solución de problemas y analiza los parámetros críticos (por ejemplo, la eliminación de la contaminación, la producción de alimentos de alta calidad, mano de obra necesitada y la importancia del agua de mar de alta calidad). Cada lote de cultivo sistema máximo rinde aproximadamente 12.000 nauplios y puede ofrecer cuatro lotes en una semana, por lo que puede producir hasta casi 50.000 larvas por semana. El método utilizado para cultura B. improvisus es, probablemente, en gran medida también aplicable a otros invertebrados marinos con swimminglarvae libre. Los protocolos se presentan para la disección de varios tejidos de adultos, así como la producción de RNA de alta calidad para estudios de expresión génica. También es descritos como cultos adultos y criados cyprids puede ser utilizado en una amplia gama de diseños experimentales para examinar la expresión génica en relación con factores externos. El uso de percebes cultivadas en la expresión génica se ilustra con estudios de posibles roles osmoregulatoria de Na++ ATPasa de k y aquaporins.
Percebes son crustáceos marinos con un adulto sésil y larvas planctónicas, nadan libremente. La mayoría de las 1.200 especies de percebes habita aguas poco profundas y muchas están a menudo expuestos a baja salinidad. Una especie, el Bahía Percebe Balanus (Amphibalanus) improvisa (B. improvisus), puede tolerar agua casi dulce y Charles Darwin describió esta especie de un pequeño arroyo en el estuario del río de la Plata en Uruguay1. La salinidad de tolow tolerancia extrema hace B. improvisus un modelo particularmente relevante para los estudios de mecanismos osmoregulatoria2,3. Este Percebe prefiere condiciones salobres, pero es capaz de vivir en aguas con salinidades de alrededor 1.6 psu a tan alto como 40 psu4. Es la especie de Percebe único encontrada en el salobre mar Báltico. B. improvisus se cree para originar de la costa este del continente americano, pero hoy se encuentra en todo el mundo debido a la dispersión por el envío de5. Es un organismo importante de ensuciamiento se encuentra comúnmente en rocas, muelles y cascos de barco y por lo tanto es de interés general para la comprensión de los mecanismos de biofouling en construcciones en aguas marinas y salobres6,7.
Similar a la mayoría otras percebes, B. improvisus es hermafrodita con intercambio de ideas; reproducción se produce por apareamiento entre individuos vecinos usando un pene alargado y fertilización interna. El periodo reproductivo es principalmente de mayo a septiembre. B. improvisus tiene siete estadios larvarios pelágicos (seis nauplios seguidos por un cyprid etapa8). Las portillas del huevo fertilizado en una larva Nauplio que nadan libremente y se alimenta en la columna de agua de hasta varias semanas antes de mudar en una larva de cyprid de no alimentación. El cyprid utiliza señales múltiples para encontrar un sitio adecuado para asentarse y entonces sufre metamorfosis en sésiles Percebe juvenil9. Las especies pueden ser cultivadas en el laboratorio y tiene una duración de 1 a 2 años en el mar (2-3 años en cultivo de laboratorio). En promedio, B. improvisus crece a 10 mm de diámetro (con un máximo de alrededor de 20 mm) y alcanza una altura máxima de unos 6 mm (aunque pueden crecer más alto bajo condiciones de hacinamiento). La especie puede ser identificada por su concha hasta calcáreo liso (blanco o grisáceo), la base calcárea radialmente con motivos de la placa de shell y la forma de las placas tergal1,10.
El percebe B. improvisus tiene varias características ventajosas como modelo para estudios de osmoregulación, centrándose en los mecanismos moleculares y fisiológicos así como las interacciones ecológicas y consecuencias evolutivas. Es también ampliamente utilizado como modelo para las investigaciones de colocar biología, en particular en lo referente a investigación de antifouling y los mecanismos involucrados7,11,12,13. Sin embargo, natural desove estacional produce una fuente impredecible de larvas de cyprid de estudios. La capacidad de este Percebe a través de su ciclo de vida de la cultura todo el año es, por lo tanto, un activo importante para permitir que varios tipos de estudios moleculares y mecanicistas. Además, su presencia en aguas marinas/salobres en todo el mundo permite una combinación de campo y estudios experimentales. Cría controlada puede también producir familias de conocidos pedigríes para cultivo a largo plazo14, y un tiempo de generación de unos pocos meses puede permitir la evolución experimental a largo plazo. También hay un genoma proyecto y transcriptomas varios disponibles, y estos recursos han sido utilizados para la clonación de varios genes (por ejemplo, genes de importancia en la osmoregulación)2,3.
El objetivo de este protocolo es describir cómo establecer y mantener una cultura de los balanos B. improvisus durante todo el año para realizar estudios de expresión génica en adultos o las larvas de este organismo. Rittschof et al. 15 describe brevemente un método para el cultivo de percebes de la liberación de nauplios a la solución de cyprids para la especie Balanus amphitrite. El protocolo ha sido adaptado para el cultivo de todo el año de B. improvisus en el laboratorio de investigación marina de Tjärnö (Suecia), y se contornea una descripción detallada de todos los pasos en la cadena de producción, incluyendo la producción y cría de la barnacla las larvas, así como la administración de alimento para las larvas y adultos. Para tener una visión general del procedimiento completo, vea la figura 1. El uso del sistema de cultivo se ejemplifica con algunos montajes experimentales comunes e ilustrado en los estudios de genómica funcional de Na++ ATPasa de k y aquaporins, dilucidar sus posibles funciones en osmoregulación2, 3. A veces es esencial para examinar la expresión de genes en tejidos específicos, y algunos de los fundamentos de la disección de Percebe serán cubiertos. Con un buen suministro de agua de mar de alta calidad, el cultivo de los balanos B. improvisusy potencialmente muchas otras especies, debería ser posible en laboratorios marinos en todo el mundo.
La cultura de Percebe en el laboratorio de investigación marina de Tjärnö (Suecia) ha estado funcionando más de 20 años y se ha utilizado para los estudios en muchas áreas de investigación diferentes. Se han publicado más de 30 trabajos científicos que han utilizado el sistema de cultivo durante los últimos años, incluyendo estudios de antifouling13,22, hidrodinámica23, ecología química24,16 el cambio climático ,5de la biología evolutiva y biología molecular2.
Para evitar la selección de ciertos individuos que están más adaptados al ambiente de laboratorio (individuos que podrían no ser representativas de la población salvaje), se recomienda recoger una reproductores nuevos en el campo cada año. Además, también es buena práctica para rejuvenecer la cultura anualmente, ya que hay aproximadamente 50-80% de la mortalidad en adultos durante un año normal. Sin embargo, si el objetivo es producir líneas puras o para estudios de evolución experimental, las familias sólo criados en laboratorio son para usarse.
Un buen momento para recoger B. improvisus en paneles en el laboratorio de investigación marina de Tjärnö es de junio a agosto porque en ese momento, hay un buen suministro de larvas cyprid en el mar. Revise los paneles semanal para ver cuando comienza el asentamiento de percebe y eliminar manualmente otros establecieron especies B. improvisus (por ejemplo, mejillones, tunicados, Briozoos, hidrozoos, nemertinos/tubeworms y otras especies de balanos) de la paneles (por ejemplo, con un cepillo de dientes). Alrededor de Tjärnö, hay tres especies de aguas someras Percebe presente (B. improvisus Semibalanus balanoidesy Balanus crenatus). Sin embargo, B. improvisus es el dominante sobresalía de superficies lisas durante julio – agosto. Balanoides S. tiene su período de asentamiento durante la primavera y prefiere principalmente substratos naturales (p. ej., piedras). B. crenatus puede ocurrir en los números bajos en los paneles durante el verano.
También es posible iniciar nuevas generaciones Percebe adulto de culto cyprids, que sería esencial si se han establecido ciertos linajes con características específicas, o en estudios de evolución experimental. La forma más conveniente para iniciar nuevas generaciones de adultos es colocar cyprids en los paneles termoplásticos en el laboratorio. Estos paneles con cyprids recién colocado también podrían utilizarse en tratamientos experimentales o para la exposición en el campo. En casos de emergencia, se pueden utilizar también adultos en desde un sitio cercano (por ejemplo, Idefjorden en el caso del laboratorio de investigación marina de Tjärnö) donde es común B. improvisus . Estos adultos ya establecidos son tratados de la misma manera como los adultos en los paneles, por lo tanto se colocan en bandejas y alimentados a través de la fluir-por sistema. Células de flujo pueden utilizarse también para establecer grupos especiales con percebes25. Estas son cámaras de flujo con red a los lados en que el cyprids no conformarse, con paneles como la superficie del establecimiento solamente para las larvas del plancton.
Hay varios pasos que son fundamentales para la creación de una cultura de Percebe funcionamiento a largo plazo incluyendo todas las etapas de la vida. Los métodos utilizados para cultivo B. improvisus son probablemente, en gran medida, también aplicable a otros invertebrados marinos con larvas planctotróficas nadan libremente. Procedimientos de cultivo para algunas especies ya están bien describen (por ejemplo, mejillones azules y diferentes especies de ostras)26, mientras que para otros invertebrados marinos, son sólo algunos ejemplos de cultivos a largo plazo que abarca toda la vida ciclo. Uno de los primeros intentos exitosos de percebes de la cultura (B. Anfitrite) fue realizado por Rittschof et al. 15. recursos financieros y personales a largo plazo deben estar en lugar antes de considerar establecer un Percebe facilidad de cultivo. El mantenimiento de este tipo de año-alrededor de Percebe cultura requiere al menos una persona trabajando medio tiempo. Puede haber cierto potencial para la futura automatización de algunos pasos en la cadena de producción, principalmente el cultivo de microalgas27. Además, para tener éxito, es esencial tener acceso a grandes cantidades de agua de mar de alta calidad. El cultivo de microalgas, Artemia y percebes no implica ningún procedimiento de seguridad particular. Sin embargo, las pruebas de algunas sustancias antifouling o productos químicos tóxicos pueden necesitar precauciones especiales.
Los paneles se verificaron varias veces a la semana para contaminaciones. El agua de mar en la cultura fue bombeada desde una profundidad de 40 m en el fiordo de Koster fuera del laboratorio de investigación marina de Tjärnö y pasó a través de dos filtros de arena antes de entrar en el sistema de agua de laboratorio. Si ningún filtro del agua se ha hecho, sería mucho más contaminación en la cultura. Es esencial para limpiar regularmente los paneles en la cultura de detritos y otros invertebrados (e.g., Estolón-edificio hidroides y nemertinos depredadores) que entran en el sistema a través del suministro de agua de mar en el campo. Por ejemplo, si no las larvas se producción a pesar del hecho de que la cultura ha sido bien alimentado y parece estar en buenas condiciones, el problema podría ser la presencia de nemertinos que aparecen inhibir el acoplamiento. Naturalmente, muchos de los organismos contaminantes en el cultivo en el laboratorio de investigación marina de Tjärnö eran específicas para la costa oeste sueca, y otros tipos de contaminación de organismos a ser frecuente ya más de un desafío en otras áreas geográficas. En la costa oeste de Suecia, es raro encontrar contaminación por otras especies de percebes en los paneles. En ocasiones, el establecimiento de S. balanoides se ha encontrado, pero este es un problema muy marginal (a lo sumo, un S. balanoides contaminante para 10.000 B. improvisus muestras). La falta de contaminación de especies fue probablemente dependiente del régimen para establecer nuevas culturas durante el verano, cuando los larvaefrom B. improvisus eran altamente dominante. Además, también hubo un claro enriquecimiento de B. improvisus en los paneles ya que esta especie es selectiva para las superficies lisas13.
Es esencial eliminar percebes adultos muertos. Si se dejan las cáscaras vacías de los paneles, pueden llegar a ser un refugio para nauplios de Artemia , así como para diversas especies contaminantes. Además, se ha notado que personas muertas influyen en el bienestar de los vecinos particulares, probablemente con la liberación de compuestos tóxicos durante la descomposición. Una consecuencia adicional de la mortalidad de adultos es que algunos individuos se dejará solo y muy lejos de cualquier otro adulto para permitir el apareamiento (aunque percebes tienen el pene más largo en el mundo animal en relación con su tamaño)28. Estos individuos sobrevivirán pero son improductivos para las larvas. Sin embargo, estos individuos adultos solitarios pueden eliminarse suavemente sin dañar la placa base y colocados horizontalmente cerca de otros para permitir el apareamiento. Percebes también pueden ser acoplados mediante la colocación de paneles con un adulto en cada uno pero lo suficientemente cerca para que pueda ocurrir el intercambio de ideas. De esta manera, líneas genéticas pueden ser producido14.
Es esencial para producir un alimento de alta calidad y para alimentar las culturas casi todos los días. Incluso unos pocos días sin alimento pueden ocasionar una disminución liberación de larvas. Pruebas anteriores de la composición de la dieta han demostrado que las diatomeas son esenciales para el crecimiento y supervivencia de nauplios de Percebe. Varias especies de diatomeas parecen adecuadas como alimentación, aunque las células solitarias o pequeños (menos de 10 μm de diámetro) pueden ser necesarias para la ingestión de los nauplios. La especie S. marinoi, simplex de C.y T. pseudonana ha demostrado ser adecuada alimentación nauplios B. improvisus , así como fácil de cultivar. Además, la calidad del alimento es generalmente más alta para el exponencial crecimiento de algas. También se ha divulgado que las diatomeas son esenciales para el establecimiento de culturas productivas de amphitrite B.15. Una teoría de la importancia de las diatomeas es que tienen un perfil único de ácidos grasos y son especialmente ricos en ácidos grasos altamente poliinsaturados 20:529. Se ha demostrado ciertos ácidos grasos son importantes para el buen desarrollo de las larvas de ostra30.
Con los años, no han sido incidencias de enfermedades perjudiciales en el cultivo de Percebe. En muchos acuaculturas comerciales de invertebrados, como las ostras y los mejillones, las enfermedades son bastante comunes y pueden ser muy perjudiciales. Efectos perjudiciales de los virus también se han divulgado de las poblaciones silvestres. La ostra nativa en Francia fue reemplazada por la portuguesa ostra Crassostrea angulata en 1925, pero esta especie fue aniquilada por un iridovirus alrededor 197031. Más recientemente, ha habido eventos de mortalidad masiva en el ostión Crassostrea gigas en las culturas en todo el mundo, que parece estar asociado con el herpesvirus herpesvirus 132. No hay informes sobre agentes patógenos, bacterias o virus en los percebes se han publicado hasta ahora. Sin embargo, en el curso-proyecto del genoma de B. improvisus, se encontraron secuencias de virus (Alm Rosenblad et al., datos no publicados), pero con ningún vínculo aparente a los síntomas de enfermedades. Mezclas de antibióticos se han aplicado anteriormente a las culturas para minimizar el riesgo de infecciones bacterianas; sin embargo, este procedimiento está actualmente abandonado y hasta la fecha, esto no ha causado problemas de contaminación.
Si el agua de mar es calentado (como se describe anteriormente), un sobrecalentamiento puede ser el riesgo más serio en la línea de producción de cultura. Por supuesto, es difícil proteger contra el sobrecalentamiento, aunque los sensores y sistemas de alerta adecuados pueden ser utilizado (por ejemplo, envío de correo electrónico o mensajes de texto a personas responsables). Incidencias de este tipo en el pasado han provocado la matanza substancial de los adultos en la cultura. Esto puede, por supuesto, ser devastador y arruinar las inversiones a largo plazo de tiempo y dinero. En particular, esto sería catastrófico si se han establecido líneas genéticas puras. Para asegurar la longevidad de dichas líneas y seguro de pérdida accidental, sería conveniente desarrollar una metodología de criopreservación para percebes. Se ha reportado que las larvas de ostión pueden ser congeladas abajo y revividas con éxito parcial33. Cryobanking también ha sido una valiosa herramienta para preservar los recursos genéticos de una amplia gama de especies34. Incluso nauplios de B. Anfitrite se divulgan para sobrevivir congelación35, y se encontró que 20% de los individuos abajo congelado transformado con éxito en cyprids36. Aplicación de congelación para la sostenibilidad a largo plazo de las culturas hasta ahora no ha sido aprobada, pero de hecho esto sería necesario para el mantenimiento de las líneas seleccionadas; Esto sería un paso esencial para establecer firmemente B. improvisus en una potente Marina modelsystem.
Aquí, se presentó un protocolo para la disección de varios tejidos de adultos de B. improvisus (es decir, cirros, soma y la chimenea). Sin embargo, debe destacarse que también se pueden extraer otros tejidos. Por ejemplo, el tejido blando entre el manto exterior e interior de la especie base membranosa Tetraclita japonica formosana ha sido cuidadosamente aislado y utilizados para extracción de RNA y RNA-seq análisis del gene expresión37. El protocolo de extracción optimizado contorno descrito aquí proporciona cantidades suficientes de ARN de alta calidad para la secuenciación de una cantidad mínima de material de partida. En primer lugar, la colección de larvas individuales directamente en los tubos de homogeneización minimiza cualquier pérdida durante el traslado de un tubo a otro. Además, entre los diferentes métodos de prueba, la homogeneización con granos de cerámica demostró para ser la producción más eficiente en términos de RNA e integridad, en comparación con homogeneización de sonicación o Maja. Cuando la planificación de la expresión génica o experimentos de genómica, uno tiene que tener en cuenta el reto de la alta variación genética en percebes, por lo menos para B. improvisus. Percebe tiene una diversidad genética en el rango de 3 – 5%, incluso en la codificación de las regiones (Alm Rosenblad et al., datos no publicados). Esto, por supuesto, pone demandas específicas en el diseño de cebadores para el análisis de qPCR, donde más conservan las regiones deben ser identificadas y utiliza como plantillas para imprimaciones para conseguir expresión consistente resultados betweenbatches. Regiones conservadas de genes de la blanco, como aquaporins y Na + / K + ATPasas, pueden identificarse mediante el estudio de la variabilidad de la secuencia de estos genes en el RNA-seq datos obtenidos de poblaciones de cyprids que contiene cientos de individuos. Para un análisis de genoma, ADN a ser muestreado. Sin embargo, obtener ADN de alta calidad de B. improvisus puede ser un desafío21.
En conclusión, la cultura de Percebe establecidos ha demostrado para ser instrumental en diferentes tipos de estudios experimentales. En particular, el todo-año-alrededor de la producción larvaria nos permite realizar experimentos sin estar limitado al período natural de desove (para B. improvisus, esto es durante el verano). Las larvas obtenidas se pueden utilizar para realizar una amplia serie de estudios experimentales, incluyendo el establecimiento de ensayos, ensayos de comportamiento, estudios de expresión de genes específicos, así como estudios de genoma transcriptoma.
The authors have nothing to disclose.
Esta investigación fue apoyada por concesión 2017-04559 el Consejo Sueco de investigación (VR) y el proyecto europeo de apoyo marítimo a Anders Blomberg. En particular, el establecimiento de las instalaciones de cultivo, con los años, apoyo de becas a por R. Jonsson de los siguientes organismos de financiación: SSF (Fundación sueca para la investigación estratégica) a través del programa de ciencias marinas y tecnología y MISTRA a través del programa pintura Marina. Kent Berntsson era instrumental en las primeras fases de creación de la culturingfacility. Adicional de financiación para el establecimiento de las instalaciones de cultivo ha llegado del centro de biología evolutiva Marina (www.cemeb.science.gu.se), que es apoyado por una subvención de Linnaeus de la FORMAS de los consejos de investigación sueco y VR.
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