La balane Balanus (Amphibalanus) improvisus est un modèle pour étudier l’osmorégulation et antifouling. Cependant, la reproduction saisonnière naturelle donne un approvisionnement imprévisible de la larve cypris. Ici, un protocole pour la cultiver tout au long de l’année des b. improvisus est décrite, y compris la production de larves. L’utilisation de bernacles cultivées dans des études d’expression génique est illustrée.
Balanes sont des crustacés marins accompagné d’un adulte sessile et larves nageuses, planctoniques. La balane Balanus (Amphibalanus) improvisus est particulièrement pertinente comme un modèle pour l’étude des mécanismes de l’osmorégulation en raison de son extrême tolérance à la salinité faible. Il est aussi largement utilisé comme un modèle de décantation de biologie, en particulier en ce qui concerne la recherche d’antifouling. Cependant, la reproduction saisonnière naturelle donne un approvisionnement imprévisible de larve cypris pour études. Un protocole pour la culture tout au long de l’année des b. improvisus a été développé et une description détaillée de toutes les étapes de la chaîne de production est décrit (p. ex., la mise en place de cultures adultes sur les panneaux, la collecte et l’élevage du larves de balanes et l’administration d’aliments pour les adultes et les larves). Aussi, la description fournit des conseils sur le dépannage et discute des paramètres critiques (par exemple, l’élimination de la contamination, la production d’aliments de qualité, les effectifs nécessaires et l’importance de la qualité d’eau de mer). Chaque lot du système de culture au maximum donne environ 12 000 nauplies et peut livrer quatre lots dans une semaine, donc jusqu’à presque 50 000 larves par semaine peuvent être produites. La méthode utilisée pour la culture b. improvisus est, probablement, dans une large mesure également applicable à d’autres invertébrés marins avec libre-swimminglarvae. Protocoles sont présentés pour la dissection des tissus différents pour adultes ainsi que la production d’ARN de haute qualité pour les études sur l’expression génique. Il est également décrits comment des adultes et cypris élevés peuvent être utilisées dans un large éventail de conceptions expérimentales pour étudier l’expression des gènes en fonction de facteurs externes. L’utilisation de bernacles cultivées dans l’expression des gènes est illustrée avec des études de rôles osmorégulateurs possibles de Na+/k+ ATPase et aquaporines.
Balanes sont des crustacés marins accompagné d’un adulte sessile et larves nageuses, planctoniques. La plupart des 1 200 espèces de Bernaches vivent dans des eaux peu profondes et beaucoup sont souvent exposés à faible salinité. Une seule espèce, la baie balane Balanus (Amphibalanus) improvise (b. improvisus), peut tolérer presque d’eau douce et Charles Darwin décrit cette espèce d’un petit ruisseau dans l’estuaire du Rio de la Plata en Uruguay1. La salinité de tolow tolérance extrême rend improvisus b. , un modèle particulièrement pertinent pour l’étude des mécanismes osmorégulateur2,3. Ce barnacle préfère des conditions saumâtres, mais est capable de vivre dans les eaux des salinités de psu environ 1,6 à aussi haut que 40 bloc d’alimentation4. C’est l’espèce de barnacle seulement trouvée dans l’eaux saumâtres de la Baltique. B. improvisus est censé provenir de la côte est du continent américain mais aujourd’hui se trouve dans le monde entier en raison de la dispersion par expédition5. C’est un important organisme salissants et trouve couramment sur les rochers, jetées et les coques de bateau et est donc d’intérêt général pour la compréhension des mécanismes de l’encrassement biologique sur les constructions dans les eaux marines et saumâtres6,7.
Comme pour la plupart des autres Bernaches, b. improvisus est hermaphrodite avec multiples métissages ; la reproduction se fait par le biais de l’accouplement entre individus voisins utilisant un pénis allongé et la fécondation interne. La période de reproduction est principalement de mai à septembre. B. improvisus a sept stades larvaire pélagiques (six nauplii suivies d’un cypris étape8). Les écoutilles d’ovule fécondé en une larve nauplius qui est nageant librement et se nourrit dans la colonne d’eau pour jusqu’à plusieurs semaines avant la mue en une larve cypris sans alimentation. Les cypris utilise plusieurs indices pour trouver un emplacement convenable pour régler et puis subit une métamorphose dans une balane juvénile sessiles9. Les espèces peuvent être cultivées en laboratoire et ont une durée de vie de 1 à 2 ans dans la mer (2 à 3 ans en culture en laboratoire). En moyenne, b. improvisus jusqu’à 10 mm de diamètre (avec un maximum d’environ 20 mm) et atteint une hauteur maximale d’environ 6 mm (même si elle peut grandir dans des conditions surpeuplées). L’espèce peut être identifié par son enveloppe même calcaire lisse (blanc ou gris), la base de calcaire radialement à motifs de la plaque de la coquille et la forme des plaques tergal1,10.
La nonnette b. improvisus a plusieurs caractéristiques avantageuses comme un modèle pour les études d’osmorégulation, en mettant l’accent sur les mécanismes moléculaires et physiologiques ainsi que des interactions écologiques et des conséquences évolutives. Il est aussi largement utilisé comme modèle pour les enquêtes de régler la biologie, en particulier en ce qui concerne la recherche d’antifouling et les mécanismes impliqués7,11,12,13. Cependant, la reproduction saisonnière naturelle donne un approvisionnement imprévisible de larve cypris pour études. La capacité à la culture ce barnacle à travers son cycle de vie entier tout au long de l’année est, par conséquent, un atout majeur pour permettre à différents types d’études moléculaires et mécanistes. En outre, sa présence dans les eaux saumâtres/marine dans le monde entier permet une combinaison de terrain et les études expérimentales. Reproduction contrôlée peut également produire des familles des pedigrees connues pour la culture à long terme14, et un temps de génération de quelques mois peut permettre une évolution expérimentale à long terme. Il existe aussi un génome de projet et plusieurs transcriptions, et ces ressources ont été utilisées pour le clonage de plusieurs gènes (par exemple, les gènes d’importance dans l’osmorégulation)2,3.
Ce protocole vise à décrire comment établir et maintenir une culture de la nonnette b. improvisus tout au long de l’année afin d’effectuer des études d’expression génique sur adultes ou larves de cet organisme. Rittschof et al. 15 a brièvement décrit une méthode pour la culture des Bernaches de la libération de nauplies au règlement des cypris pour les espèces Balanus amphitrite. Le protocole a été adapté pour la culture tout au long de l’année des b. improvisus au laboratoire de recherche Marine Tjärnö (Suède), et une description détaillée de toutes les étapes de la chaîne de production est exposée, y compris la production et l’élevage de barnacle les larves, ainsi que l’administration d’aliments pour les adultes et les larves. Pour un aperçu de l’ensemble de la procédure, voir la Figure 1. L’utilisation du système de culture est illustrée avec certaines configurations expérimentales communes et illustrée dans des études de génomique fonctionnelle de Na+/k+ ATPase et aquaporines, élucider leurs fonctions possibles à l’osmorégulation2, 3. Il est parfois essentiel d’étudier l’expression des gènes dans des tissus spécifiques, et quelques-unes des bases de la dissection barnacle seront couverts. Un bon approvisionnement en eau de mer de haute qualité, la mise en culture de la nonnette b. improvisuset potentiellement beaucoup d’autres espèces, devrait être possible dans les laboratoires marins dans le monde entier.
La culture de barnacle au laboratoire de recherche Marine Tjärnö (Suède) a fonctionné plus de 20 ans et a été utilisée pour des études dans de nombreux domaines de recherche différents. Plus de 30 articles scientifiques ont été publiés qui ont utilisé le système de culture au cours des dernières années, y compris les études en antifouling13,22, hydrodynamique,23, écologie chimique24, le changement climatique16 , Biologie Evolutive5et2de la biologie moléculaire.
Pour éviter la sélection de certaines personnes qui sont plus adaptées à l’environnement de laboratoire (individus qui pourrait ne pas être représentatif de la population sauvage), il est recommandé de recueillir un nouveau stock de géniteurs du champ chaque année. En outre, il est également conseillé de rajeunir la culture chaque année, puisqu’il n’y a à peu près 50-80 % de la mortalité chez les adultes au cours d’une année normale. Toutefois, si le but est de produire des lignées autofécondées ou de mettre en place des études de l’évolution expérimentale, seules les familles élevées en laboratoire doivent être utilisées.
Un bon moment pour recueillir des b. improvisus sur les panneaux au laboratoire de recherche Marine Tjärnö est en juin – août parce qu’à ce moment-là, il y a une bonne provision d’une larve cypris la mer. Vérifiez les panneaux chaque semaine pour voir quand la colonie barnacle commence et supprimer manuellement des autres se sont installés d’espèces b. improvisus (p. ex., les moules, tuniciers, bryozoaires, hydres, némertiens/vers tubicoles et autres espèces de barnacle) de la panneaux (par exemple, avec une brosse à dents). Autour de Tjärnö, il y a trois eaux peu profondes barnacle espèces présentes (b. improvisus, Semibalanus balanoideset Balanus crenatus). Cependant, b. improvisus est le principal fouler de surfaces dures lisses en juillet – août. S. balanoides a sa période de règlement au début du printemps et préfère principalement sur les substrats naturels (p. ex., pierres). B. crenatus peut survenir à faibles effectifs sur les panneaux au cours de l’été.
Il est également possible de démarrer de nouvelles générations balane adulte de cypris cultivées, ce qui serait essentiel si certains Chehalis avec des traits spécifiques ont été établies, ou dans l’étude de l’évolution expérimentale. Pour démarrer de nouvelles générations d’adultes, la plus commode consiste à régler cypris sur panneaux thermoplastiques en laboratoire. Ces panneaux avec cypris nouvellement établis pourrait également être utilisé dans les traitements expérimentaux ou pour exposition sur le terrain. En cas d’urgence, on peut aussi utiliser des adultes sur les rochers d’un site à proximité (par exemple, Idefjorden dans le cas du laboratoire de recherche Marine de Tjärnö) où b. improvisus est fréquente. Ces adultes déjà établies sont traités de la même manière que les adultes sur les panneaux, donc être placés dans des plateaux et alimentés par l’intermédiaire de système. Cellules d’écoulement permet également de créer des panneaux avec balanes25. Voici les accréditifs chambres avec filet sur les côtés où les cypris ne vous contentez pas, avec des panneaux sous la surface du seul établissement pour les larves à plancton.
Il y a plusieurs étapes qui sont essentielles pour mettre en place une culture barnacle fonctionnement à long terme, y compris toutes les étapes de la vie. Les méthodes utilisées pour la culture b. improvisus sont probablement, dans une large mesure, également applicable à d’autres invertébrés marins pélagiques, larves planctoniques. Procédures de culture de certaines espèces sont déjà bien décrites (par exemple, pour les différentes espèces d’huîtres et de moules bleues)26, tandis que pour d’autres invertébrés marins, il y a seulement quelques exemples des cultures à long terme couvrant toute leur vie cycle. Une des premières tentatives réussies de balanes (B. amphitrite) de la culture a été réalisée par Rittschof et al. 15. les ressources financières et personnelles à long terme devraient être en place avant d’envisager la mise en place d’une balane facilité de culture. L’entretien de ce type d’année-autour de barnacle culture nécessite au moins une personne travail mi-temps. Il peut y avoir quelque potentiel pour l’automatisation future de certaines étapes de la chaîne de production, principalement la culture de micro-algues27. En outre, pour réussir, il est essentiel d’avoir accès à de grandes quantités d’eau de mer de haute qualité. La culture de microalgues, Artemia et balanes n’implique pas des procédures particulières de sécurité. Cependant, les essais de certains antifouling substances ou produits chimiques toxiques peuvent devoir des précautions spéciales.
Les panneaux ont été vérifiés plusieurs fois par semaine pour des contaminations. L’eau de mer utilisée dans la culture a été pompé vers le haut d’une profondeur de 40 m dans le Fjord de Koster en dehors du laboratoire de recherche Marine de Tjärnö et était passé à travers deux filtres à sable avant d’entrer dans le circuit d’eau de laboratoire. Si aucun filtrage de l’eau n’avait été faite, il y aurait beaucoup plus de contamination dans la culture. Il est essentiel de nettoyer régulièrement les panneaux dans la culture de détritus et d’autres invertébrés (par exemple, renforcement des stolons hydroïdes et prédateurs némertiens) qui entrent dans le système par le biais de l’approvisionnement en eau de mer sur le terrain. Par exemple, si aucune larve n’est produites malgré le fait que la culture a été bien nourris et autrement semble être en bon état, le problème pourrait être la présence des némertiens qui semblent inhiber l’accouplement. Naturellement, bon nombre des organismes contaminants dans la culture au laboratoire de recherche Marine Tjärnö étaient spécifiques à la côte ouest suédoise, et autres types de contamination des organismes seront répandues et être plus difficile à d’autres endroits. Sur la côte ouest de la Suède, il est rare de trouver de la contamination par d’autres espèces de balanes sur les panneaux. Parfois, la mise en place de S. balanoides a été trouvé, mais il s’agit d’un problème très marginal (tout au plus, un art. balanoides contaminant pour 10 000 échantillons de b. improvisus ). L’absence de contamination des espèces dépendait probablement le régime pour établir de nouvelles cultures durant l’été, quand les larvaefrom b. improvisus ont été très dominante. En outre, il y avait aussi un enrichissement clair de b. improvisus sur les panneaux puisque cette espèce est sélective pour les surfaces lisses,13.
Il est indispensable d’éliminer les balanes adultes morts. Si les coquilles vides sont laissées sur les panneaux, ils peuvent devenir un refuge pour nauplies d’artémias et diverses espèces de contaminants. En outre, il a été remarqué que les individus morts influent sur le bien-être des individus, probablement avec la libération de composés toxiques lors de la décomposition de voisins. Une autre conséquence de la mortalité adulte est que certaines personnes seront laissés seul et loin de tout autres adultes afin de permettre l’accouplement (même si les balanes ont le pénis plus longs dans le monde animal par rapport à sa taille)28. Ces personnes vont survivre mais sont non productives pour les larves. Toutefois, ces individus adultes solitaires doucement peuvent être enlevés sans endommager la plaque de base et être placés horizontalement à proximité d’autres pour permettre l’accouplement. Balanes peuvent également être utilisées en plaçant des panneaux avec un adulte sur chacun, mais assez proche pour que la fécondation croisée peut survenir. De cette façon, les lignées génétiques peuvent être produite14.
Il est essentiel pour produire un flux de haute qualité et nourrir des cultures presque tous les jours. Encore quelques jours sans nourriture peuvent entraîner une libération décroissante des larves. Des essais antérieurs de la composition du régime alimentaire ont montré que les diatomées sont essentielles pour la croissance et la survie des nauplius de barnacle. Plusieurs espèces de diatomées semblent suffisantes comme se nourrir, bien que les cellules petites ou solitaires (moins de 10 µm de diamètre) peuvent être nécessaires pour l’ingestion de la nauplius. L’espèce S. marinoi, c. simplexet T. pseudonana ont tous s’est avérée l’alimentation adéquate pour nauplies de b. improvisus , ainsi que facile à cultiver. En outre, la qualité fourragère est généralement plus élevée en croissance exponentielle des algues. Il a également été signalé que les diatomées sont essentielles pour établir les cultures productives d’amphitrite B.15. Une théorie de l’importance des diatomées est qu’ils ont un profil d’acide gras unique et sont particulièrement riches en acides gras très polyinsaturés 20:529. Il a été démontré que certains acides gras sont importants pour le succès du développement des larves d’oyster30.
Au cours des années, il n’y a eu aucune incidence de maladies nuisibles dans la culture de barnacle. Dans beaucoup de commercial aquaculture d’invertébrés, comme les huîtres et les moules, les maladies sont assez communs et peuvent être très nocifs. Les effets néfastes des virus ont également des populations sauvages. L’huître indigène en France a été remplacé par l’huître portugaise Crassostrea angulata en 1925, mais cette espèce a été anéantie par un iridovirus autour de 1970,31. Plus récemment, il y a eu épisodes de mortalité massive dans l’huître Crassostrea gigas dans les cultures dans le monde entier, ce qui semble être associée à l’ herpèsvirus de type 1 d’ostreid32. Aucun rapport sur les agents pathogènes, bactéries ou les virus sur les bernaches n’ont été publiés jusqu’à présent. Cependant, ont observe des séquences du virus dans le génome-projet en cours sur improvisus b., (Alm Rosenblad et al., données non publiées) mais sans aucun lien apparent aux symptômes des maladies. Mélanges d’antibiotiques ont précédemment été appliqués aux cultures afin de minimiser le risque d’infections bactériennes ; Toutefois, cette procédure est actuellement abandonnée et jusqu’ici, cela n’a pas causé des problèmes de contamination.
Si l’eau de mer est chauffée (comme décrit ci-dessus), la surchauffe peut être le risque le plus grave dans la ligne de production de la culture. Bien sûr, il est difficile de protéger contre la surchauffe, même si les capteurs et systèmes d’alerte appropriés peuvent être utilisés (par exemple, envoyer des messages e-mail ou texte à personnes responsables). L’incidence de ce type dans le passé ont entraîné la mort importante d’adultes dans la culture. Ceci peut, bien sûr, être dévastateur et ruiner les investissements à long terme de temps et d’argent. En particulier, ce serait catastrophique si les lignées génétiques ont été établies. Pour assurer la longévité de ces lignes et fixez-les à perte accidentelle, il serait souhaitable d’élaborer une méthodologie de cryoconservation des balanes. Il a été signalé que les larves de l’huître du Pacifique peuvent être congelés vers le bas et relancés avec succès partiel33. Cryobanking a également été un outil précieux pour préserver les ressources génétiques d’un large éventail d’espèces34. Même les nauplii de B. amphitrite sont censés survivre congélation35, et il a été constaté que 20 % des individus congelés en bas avec succès métamorphosé en cypris36. Toutefois, appliquant le gel pour assurer la durabilité à long terme des cultures n’a jusqu’à présent pas été adoptée, mais cela serait en effet nécessaire pour l’entretien des lignes sélectionnées ; ce serait une étape essentielle pour établir fermement b. improvisus dans un modelsystem puissant de marine.
Ici, un protocole a été présenté pour la dissection des tissus différents des adultes b. improvisus (c.-à-d., cirres, soma et manteau). Toutefois, il convient de souligner que les autres tissus peuvent également être extraits. Par exemple, les tissus mous entre le manteau extérieur et intérieur de l’espèce membraneux-base Tetraclita japonica formosana a été soigneusement isolé et utilisé pour une extraction de l’ARN et l’analyse de la RNA-seq de gene expression37. Le protocole d’extraction optimisée décrit décrit ici fournit des quantités suffisantes d’ARN de haute qualité pour le séquençage d’une quantité minimale de matière première. Tout d’abord, la collection de larves individuels directement dans les tubes d’homogénéisation minimise toute perte lors du transfert d’un tube à l’autre. En outre, parmi les différentes méthodes testées, l’homogénéisation avec perles en céramique s’est avérés pour être le rendement le plus efficace en termes de RNA et intégrité, par rapport à l’homogénéisation de sonication ou un pilon. Lors de la planification pour l’expression des gènes ou des expériences de génomique, il faut garder à l’esprit le défi de la variation génétique élevé de balanes, au moins pour b. improvisus. Barnacle présente une diversité génétique dans la gamme de 3 à 5 %, même dans les régions (Alm Rosenblad et al., données inédites) de codage. Ceci, bien sûr, met les demandes spécifiques sur la conception d’amorces pour l’analyse de qPCR, où plus conservé les régions devraient être identifiées et utilisées comme modèles pour les amorces afin d’obtenir l’expression cohérente des résultats betweenbatches. Des régions conservées de gènes cibles, comme les aquaporines et Na + / K + ATPases, peuvent être identifiés par l’étude de la variabilité de la séquence de ces gènes dans RNA-seq données obtenues à partir des populations de cypris contenant des centaines de personnes. Pour une analyse du génome, ADN est échantillonné. Cependant, obtenir l’ADN de haute qualité de b. improvisus peut être difficile de21.
En conclusion, la culture établie barnacle s’est avéré pour être instrumental dans différents types d’études expérimentales. En particulier, la production de larves tous-an-environ nous permet de réaliser des expériences sans être limité à la période de frai naturelle (pour b. improvisus, c’est au cours de l’été). Les larves obtenues peuvent être utilisés pour effectuer un large ensemble d’études expérimentales, y compris les essais de colonisation, tests de comportement, études sur l’expression des gènes spécifiques, ainsi que génome transcriptome études.
The authors have nothing to disclose.
Cette recherche a été financée par grant 2017-04559 par le Conseil de recherche suédois (VR) et le projet pris en charge front de mer de l’UE à Anders Blomberg. En particulier, la création de la facilité de culture, au cours des années, bénéficie de subventions à par R. Jonsson auprès des agences de financement suivantes : SSF (Fondation suédoise pour la recherche stratégique) grâce au programme de sciences de la mer et la technologie et MISTRA grâce au programme de peinture Marine. Kent Berntsson a joué un rôle dans les premières phases de mise en place de la culturingfacility. Financement supplémentaire pour établir la facilité de culture est venu du Centre pour la biologie Marine de l’évolution (www.cemeb.science.gu.se), qui est financée par une subvention de Linné du suédois recherche conseils FORMAS et VR.
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RNeasy minikit | Qiagen | 74104 | RNA extraction of adults or many cyprids |
Soft tissue homogenising CK 14, 2 ml tubes | Precellys | KT03961-1-003.2 | Ceramic beads for homogenisation |
RNeasy micro kit | Qiagen | 74004 | RNA extraction of few cyprids |