Montar toda<em> In situ</em> Hibridação (WISH) foi utilizado em um curso superior de Biologia Comparada de Vertebrados nível de graduação, além de vertebrados dissecções. Isso deu aos alunos a oportunidade de estudar padrões de expressão gênica, bem como anatomia, ligando o estudo da biologia molecular e do organismo dentro de um curso.
Montar toda a hibridização in situ (WISH) é uma técnica comum em laboratórios de biologia molecular utilizadas para estudar a expressão do gene através da localização de transcrições de mRNA específicos dentro espécime montar todo. Esta técnica (adaptado de Albertson e Yelick, 2005) foi usado em um nível superior de graduação comparativa sala de aula Vertebrados laboratório de Biologia da Universidade de Syracuse. Os primeiros dois terços do comparativo de laboratório do curso de Vertebrados Biologia deram aos alunos a oportunidade de estudar a embriologia e anatomia dos diversos organismos que representam taxa chordate vários principalmente através dissecções tradicionais eo uso de modelos. A parte final do curso envolveu uma abordagem inovadora para ensinar anatomia através da observação do desenvolvimento dos vertebrados empregando técnicas moleculares em que WISH foi realizada em embriões do zebrafish. Um fator de crescimento de fibroblastos heterozigotos 8-A (fgf8a) linhagem mutante, ace, foi usado. Devido à herança mendeliana, ás intercrosses produzida tipo selvagem, heterozigoto, e os mutantes homozigotos ace/fgf8a em uma proporção de 01:02:01. Sondas de RNA com padrões de expressão conhecida na linha média e no desenvolvimento de estruturas anatômicas, como o coração, somitos, tailbud, miótomo e cérebro foram utilizados. WISH foi realizada utilizando zebrafish no somito 13 e prim-6 etapas, com os alunos realizar a reação de coloração em sala de aula. O estudo de embriões zebrafish em diferentes estágios de desenvolvimento deram aos alunos a capacidade de observar como estas estruturas anatômicas mudado ao longo da ontogenia. Além disso, alguns mutantes ace/fgf8a exibido looping coração imprópria, e defeitos em somito e desenvolvimento do cérebro. Os alunos neste laboratório observou o desenvolvimento normal de vários sistemas do órgão usando tanto a anatomia externa, bem como padrões de expressão gênica. Eles também identificaram e descreveram embriões exibindo desenvolvimento anatômico inadequado e de expressão gênica (ie, os mutantes putativos).
Para instrutores em instituições que ainda não possuem o equipamento necessário ou onde os fundos de laboratório e de inovação curricular são limitados, o custo financeiro dos reagentes e aparelhos pode ser um fator a considerar, assim como o tempo eo esforço necessário por parte do instrutor, independentemente da configuração. No entanto, sustentamos que o uso de WISH neste tipo de ambiente de laboratório em sala de aula pode proporcionar uma importante ligação entre a genética do desenvolvimento e anatomia. Com o avanço da tecnologia ea capacidade de estudar o desenvolvimento do organismo em nível molecular se torna mais fácil, mais barato e cada vez mais popular, muitos biólogos evolutivos, ecologistas e fisiologistas estão se voltando para estratégias de pesquisa no campo da biologia molecular. Usando WISH em um comparativo de sala de aula de laboratório de Vertebrados Biologia é um exemplo de como as moléculas e anatomia podem convergir em um único curso. Isso dá a estudantes universitários de nível superior a oportunidade de praticar as modernas técnicas de pesquisa biológica, levando a uma educação mais diversificada e a promoção da investigação interdisciplinar futuro científico.
WISH foi usado em um comparativo curso de laboratório de Vertebrados Biologia para ajudar os alunos a compreender o papel da genética no desenvolvimento anatômico através da visualização dos padrões de expressão gênica conhecida. Para a primeira parte do curso, os alunos realizadas dissecções em organismos representando taxa chordate várias diferentes, permitindo-lhes tempo suficiente para estudar, compreender, comparar e anatomia de vertebrados contraste.
Como uma introdução à segunda parte do curso, os alunos receberam uma palestra formal descrevendo o desenvolvimento zebrafish e anatomia. Os métodos e resultados esperados da experiência WISH também foram discutidas. Os alunos foram então dadas ao vivo em zebrafish somitogenesis e prim-6 estágios de desenvolvimento, e em 2 e 5 dias após a fertilização (DPF) para examinar sob o microscópio de dissecação. Isso era para dar aos alunos uma melhor compreensão do que embriões zebrafish aparência e os tipos de alterações morfológicas que ocorrem durante a ontogenia.
Na sessão de laboratório próximo, os alunos receberam embriões zebrafish em que gostaria que tivesse sido previamente realizada. Eles foram convidados a estudar e descrever os padrões de expressão gênica para cada gene de interesse (riboprobe utilizado). Embriões utilizados para WISH foram derivadas de acasalamentos entre os membros de uma linha ace/fgf8a heterozigotos. Com base na herança mendeliana, 25% dos embriões dos acasalamentos ace/fgf8a deveriam ser mutantes homozigotos e exibir defeitos de muitas das estruturas anatômicas focada em neste curso. Com base em relatórios publicados e não publicados observações no laboratório Albertson, defeitos no cérebro e coração looping imprópria eram esperados, bem como defeitos na somitos (Brand et al, 1996;. Albertson e Yelick, 2005; observações pessoais).
Os alunos foram convidados a examinar todas as amostras, de tipo selvagem (animais heterozigotos são indistinguíveis dos irmãos do tipo selvagem nos estágios iniciais de desenvolvimento) e os mutantes homozigotos, para cada padrão de expressão gênica apresentada. Eles foram, então, convidado a escrever relatórios de laboratório descrevendo seus resultados, e com base em seus conhecimentos de anatomia e genética, como a expressão do gene defeituoso pode ter precipitado malformações anatômicas.
Alunos pareciam receber este exercício de laboratório com entusiasmo e curiosidade. A maioria nunca tinha usado antes e WISH estavam extremamente interessados nesta parte do curso. Alunos encontraram os diferentes padrões de expressão gênica em embriões do zebrafish intrigante, alguns até mesmo descrito o padrão de coloração visualizado por associá-las com o bem conhecido desenhos e símbolos, como um rosto sorridente. Os relatórios de laboratório resultantes mostraram que os alunos tinham um entendimento geral do protocolo WISH ea expressão de genes específicos em estruturas anatômicas. Os estudantes também foram obrigados a entender as funções específicas dos genes estudados utilizando WISH durante o (Stickney et al, 2000 laboratório;. Huelsken et al, 2002;. Geetha-Loganathan et al, 2008a;.. Geetha-Loganathan et al, 2008b ). Era evidente no entanto, que alguns alunos tiveram conhecimento de fundo limitado das vias de sinalização e genes de interesse. Mais informações sobre esses conceitos no WISH aula introdutória pode ser uma adição bem-vinda ao uso de WISH, no futuro, cursos de Biologia Comparada de Vertebrados.
Desde o protocolo geralmente leva quatro dias consecutivos, dependendo do horário do curso, os alunos só poderão ser capaz de completar uma parte da experiência em sala de aula eo professor deve ser responsável pelo restante. Em nossa classe da Biologia Comparada de Vertebrados, os alunos completaram a coloração reações em laboratório, enquanto o Assistente de Ensino realizou todas as etapas anteriores. Se é preferível que os alunos realizam WISH em sala de aula, o protocolo pode ser dividida em subunidades que podem ser realizadas em sessões de laboratório vários, dependendo do tempo da classe. Se não é viável para os alunos a realizar todo o protocolo, como foi aqui devido à reunião de laboratório apenas uma vez por semana, os alunos podem adicionar a solução de coloração no início da classe e, dependendo do riboprobe usado, tem a coloração completa dentro de uma hora. O tempo que leva para a mancha de desenvolver varia muito com cada riboprobe e uma variedade de condições experimentais, e deve ser determinado antes da aula. Nomeadamente, se os alunos só será desenvolver a mancha no laboratório, os instrutores serão responsáveis por todas as etapas anteriores, o que exigirá tempo e esforços significativos fora da sala de aula. Se desejar, uma alternativa mais curta a WISH poderia ser imuno-histoquímica, utilizando rótulos de anticorpos para visualizar localização de proteínas, no entanto, neste momento, zebrafish anticorpos específicos para os genes de desenvolvimento não estão prontamente disponíveis. Outra opção seria realizar WISH em diferentes espécies de vertebrados umand que os alunos comparar os padrões de expressão dos mesmos genes em diferentes organismos (Pizard et al, 2004;. Aramaki et al, 2007;. organismos modelo Emergentes, 2008; Organismos modelo emergente, 2010).
O objetivo maior do uso de WISH em um curso de Biologia Comparada de Vertebrados foi demonstrar aos alunos como técnicas da biologia molecular são utilizados para estudar o desenvolvimento anatômico. Ele também proporcionou uma oportunidade para os alunos a especular sobre a forma como alterou a expressão do gene pode conduzir não só a malformações do desenvolvimento, mas também à mudança evolutiva. Formalizado como biologia evolutiva do desenvolvimento (muitas vezes referida como "evo-devo"), este campo de rápido crescimento de estudo pretende ligar o genótipo eo fenótipo através do desenvolvimento, e para elucidar bases mecanicistas potencial de mudança evolutiva. Com a ascensão deste campo, os ecologistas mais, os biólogos do organismo, e fisiologistas estão empregando técnicas moleculares em suas pesquisas. Defendemos que o uso de WISH em um curso de Biologia Comparada de Vertebrados ajudará a manter o currículo atualizado com atuais avanços tecnológicos e conceituais na pesquisa, e para facilitar um melhor alinhamento horizontal dos cursos de biologia de nível superior, combinando subcampos biológica. Além disso, esta abordagem integrativa irá proporcionar aos alunos a oportunidade de aprender uma variedade de técnicas de pesquisa biológica em um curso, levando a uma educação mais diversificada e a promoção da investigação interdisciplinar futuro científico.
The authors have nothing to disclose.
Os autores gostariam de agradecer o Departamento de Biologia da Universidade de Syracuse e Marilyn Dr. Kerr por seus papéis na administração do curso de Biologia Comparada de Vertebrados. O laboratório Albertson é apoiada por conceder R21DE019223 dos Institutos Nacionais de Saúde / Instituto Nacional de Pesquisa Dental e Craniofacial, bem como conceder R01AG031922 do National Institutes of Health / National Institute on Aging.
Material Name | Tipo | Company | Catalogue Number | Comment |
---|---|---|---|---|
5 Prime Fast Plasmid Mini Kit (100 preps) | Fisher | 2300000 | ||
One Shot TOP10 Chemically Competent E. coli with SOC Medium | Invitrogen | C404003 | ||
LB Agar | Fisher | BP1425-500 | ||
LB Broth | Fisher | BP1426-500 | ||
Ampicillin Sodium Salt | Fisher | BP1760-5 | ||
Isopropanol | Acros | 42383-0010 | ||
Petri Dish 100 x 20 mm non treated | Laboratory Products Sales | 430591 | ||
14 ml Culture Tube, Snap Top | Fisher | 1495911B | ||
Restriction Enzymes & Buffers & 10xBSA | New England Bio Labs | varies | ||
Diethyl Pyrocarbonate (DEPC) 25 ml | Sigma | D5758-25mL | ||
Sodium Acetate Trihydrate USP/FCC 500g | Fisher | s608500 | ||
Gal 200 proof Ethyl alcohol | Fisher | 04-355-451 | ||
Tris-Acetate-EDTA (TAE) 50x Sol 1L | Fisher | bp13321 | ||
Agarose Low EEO 100 g | Fisher | BP160-100 | ||
Ethidium Bromide 10 ml | Sigma | 45-E1510 | ||
Sucrose Gel Loading Dye 40% Sucrose | Fisher | BP655-1 | ||
1 kb Full Scale DNA Ladder | Fisher | BP2582200 | ||
DIG RNA Labeling Mix | Roche | 11277073910 | ||
T3 RNA Polymerase | Roche | 1031163 | ||
T7 RNA Polymerase | Roche | 10881767001 | ||
SP6 RNA Polymerase | Roche | 810274 | ||
Protector Rnase Inhibitor | Roche | 3335399001 | ||
Dnase I, Rnase Free 10,000 units | Roche | 4716728001 | ||
EDTA molecular biology reagent | Sigma | e5134-500G | ||
Lithium Chloride 100 g | Fisher | L121100 | ||
Sodium Carbonate 1 kg | Fisher | BP357-1 | ||
Sodium Bicarbonate, 500 g | Fisher | BP328-500 | ||
Acetic Acid glacial ACS 500 ml | Fisher | a38500 | ||
Paraformaldehyde R 500 g | Fisher | o4042500 | ||
PBS Phosphate Buffer Saline 10X | Fisher | bp3991 | ||
Tween 20 500 ml | Fisher | bp337500 | ||
Methanol 5 L | Fisher | A4124 | ||
Proteinase K 50 mg | Fisher | bp170050 | ||
Formamide 1 L | Fisher | F841 | ||
20x SSC 1 L | Fisher | bp13251 | ||
Citric Acid Anhydrous ACS 500 g | Fisher | a940500 | ||
Ribonucleic acid transfer type V | Sigma | r7876-2.5KU | ||
Heparin Sodium salt 50 mg | Fisher | bp252450 | ||
Maleic acid R 500 g | Fisher | o3417500 | ||
Sodium Chloride 500 g | Fisher | s271500 | ||
Sodium Hydroxide 500 g | Fisher | s318500 | ||
Blocking Reagent | Roche | 11096176001 | ||
Lamb Serum 500 ml | Invitrogen | 16070096 | ||
Anti DIG AP fragments | Roche | 11093274910 | ||
2M Tris Solution 500 ml | Fisher | bp1759500 | ||
Magnesium Chloride 500 g | Fisher | m33500 | ||
BCIP 3 ml | Roche | 11383221001 | ||
NBT 3 ml | Roche | 11383213001 | ||
Glycerol 99% 2.5 L | Fisher | AC158920025 | ||
Plate 12 well PS ST w/Lid | VWR | 62406-165 | ||
Tube 15 ml screw cap 50/rack 500/cs | Laboratory Products Sales | L262861 | ||
Tube 50 ml screw cap 25/rack 500/cs | Laboratory Products Sales | L262890 | ||
1.6 ml microfuge tube | Laboratory Products Sales | L234401 | ||
2 Parafilm 2″ x 250 ft | Fisher | s37441 | ||
Transfer Pipet 7 ml | USA Scientific | 1020-2520 | ||
.1-10 μl Pipet Tip, Bulk | USA Scientific | 1111-3000 | ||
1-200 μl Pipet Tip, Bulk | USA Scientific | 1111-0006 | ||
101-1000 μl Pipet Tip, Bulk | USA Scientific | 1111-2021 | ||
Aluminum Foil | Grocery Store |