该协议描述了一种微注射方法, 我们已经标准化并使用了几年, 直接向蚊子和家蝇的血淋巴输送特定数量的核酸。该协议可将注射死亡率降至最低, 并允许对繁殖力进行剂量相关测量。
合成 dsrna, 用于诱导 rna 干扰, 可能有剂量依赖性表型效应。这些影响很难定义是否使用非定量方法交付 dsrna。准确交付已知数量的核酸或其他化学品对于测量所测试化合物的效力和能够在化合物之间进行可靠的比较至关重要。
在这里, 我们提供了一个可重复的, 定量的微注射协议, 以确保准确的特定剂量的 dsrna, 降低通常由注射伤害引起的死亡率。这些修改包括添加罗丹明 b, 一个分级注射针, 和从伊索和柯林斯借用的改进的恢复方法。这种方法允许计算剂量反应, 并促进化合物之间的比较。这种方法的版本已成功地用于三属蚊子和家蝇, 以评估由于核糖体 rna 转录体的基因沉默而导致的繁殖力下降。
该方案提供了减少小昆虫微注射的几个挑战的策略。机械交付 dsrna, 同时进行目视验证, 确定有效的交付地点, 并纳入注射后恢复期, 确保准确的剂量和较低的伤害死亡率。该方案还描述了一种用于均匀测定对繁殖力影响的产卵生物测定。
向成虫提供小型生物分子, 如核酸, 已被证明在库蚊和科都具有挑战性。据报道, 口服 dsrna 会产生不育 (当针对完全在成人睾丸中表达的基因时) 和死亡率 (当针对 snf7 和类固醇受体共活物时) 在幼虫埃及伊蚊 1,2.在家蝇3的目标时, 也观察到了死亡率. 然而, 这种表型效应并没有在食糖4、5 中喂养 dsrna 给成年的埃及埃及人吃完之后产生。
微注射在引入病原体或核酸时被用来规避中肠, 从而诱导全身反应5、6、7、8、9、10.存在多种微注射技术, 涉及的设备从需要视觉测量注射量的内部设备到微处理器控制的喷射器, 可实现低至 2.3 nl 的自动卷输送5,9,10,11. rna 干扰 (rnai) 触发点针对核糖体 mrna, 破坏不同类型的节肢动物的卵巢发育, 如牛微加子、埃及伊蚊和库蚊,房子飞的家蝇5,9,12,13。在这些研究中, 监测产卵的破坏对于确定接种剂的有效性至关重要, 因为表型可能表现为后代的终止或减少。这是一种多代致命表型, 在许多非传统的生物控制方法中发挥着关键和预期的效果, 如沃尔巴奇感染的男性介绍 (性不相容) 和 rnai 诱导的不育5 ,9,14。跟踪死亡率和繁殖力对于高度特定的生物 (自然发生的病原体和/或天然衍生物)的特征和发展是必要的15。
该协议介绍了针对成年蚊子和家蝇的详细微注射技术;一个在文献中往往没有很好描述的过程。此外, 还描述了用于充分评估 dsrna 对成人地平酮的影响的产卵生物测定方法。这些协议是专门为埃及伊蚊和家蝇开发的, 但可以为其他物种修改。
微注射是一种有价值的实验室技术, 可确保 dsrna 或其他生物 (即农药、病毒、小孢子虫) 的输送。虽然许多实验室进行微注射, 但由于交付系统的技术限制, 在交付量没有直接测量的情况下, 注射的确切数量往往不清楚。交付的体积和浓度是关键参数, 可以计算标准的毒理学措施, 如 ec50 或 ic50, 或定义最低有效剂量5,16。这一点在成年昆虫中使用 rnai 的功能研究中尤其重要, 在这种情况下, 通过喂养进行分娩并不总是导致系统接触所需的颗粒, 而穿过中肠的实际剂量尚不清楚5。
虽然微注射过程最初具有挑战性, 但通过实践和耐心, 可以快速提高速度和交付精度。掌握注射过程本身是一个时间投资, 但一旦完成, 该程序产生重复的结果和伤害死亡率的 lt;3%。成功注射的比例会随着熟练程度的提高而增加, 每天可以注射300只蚊子或苍蝇。
微注射的许多挑战都是由于使用了针头。确定合适的毛细管针断点和尖端角度是一个具有挑战性的方面的程序, 需要一些试验和错误, 以确定最有效的开放大小的给定物种。最适合蚊虫微注射的细针 (~ 150μm) 太小, 无法快速将较大的注射量注入苍蝇, 而较大的针头 (~ 250μm) 对较小的蚊子造成广泛的伤害和不可接受的注射死亡率。用钝尖断的针通常很难通过角质层而不造成组织损伤和死亡率的增加。昆虫鳞片或组织片可以堵塞针在实验过程中, 所以它往往是有益的, 拉几个针, 如果需要更换。我们发现, 更换困难的针头比花时间试图清除卡住或弄脏的针头更容易。
观察进入昆虫的注射溶液是至关重要的, 以便可以去除不成功的注射 (见步骤 2.14-2.14)。罗丹明 b 添加到注射溶液提供了一个清晰的视觉, 以确保冷阶段昆虫收到适当的剂量, 并特别有帮助, 而练习 (见步骤 2.7)。
本文介绍的注射和产卵生物测定方法成功地诱导了成年家家艾叶和家蝇在针对特异性核糖体设计的 dsrna 时的基因敲除和可测量表型效应(图 4和图 5a)。此外, 这种方法能够准确地将微体积传递给个人, 从而能够生成少量材料 (低至50纳克;图 5b)。这对于筛选 sirna 或 dsrna 等方法尤其有用, 因为生产大量这些分子的成本可能过高。
在确保任何输送缓冲液通过注射无害后, 可以对这种方法进行改进, 以注射生物制剂 (病毒、细菌、小孢子虫) 或化学农药。由于交付量受到昆虫大小的限制, 生产集中的检测解决方案非常重要。
为了充分评估 dsrna 的功效, 有必要跟踪卵动定位, 因为致命的表型可能只表现在后代。正如这里所介绍的, 在血液之后分别持有女性埃及埃及埃及人,可以对相同的个体进行单独离合器尺寸的测定和进一步的测试, 可以在产卵下游进行 (即基因表达研究,额外的淋病周期, 组织特异性击倒), 以关联生殖输出与其他措施, 如基因表达。由于家蝇一般在群体反应中排卵, 煽动孤立的妊娠苍蝇躺下是非常劳动密集型的, 对大量的个人来说是不现实的。因此, 提出了一种确定平均离合器尺寸的方法。
这里介绍的微注射方法为蚊子和家蝇提供了一致的全身传递。再加上死亡率和产卵跟踪生物检测, 这些多功能工具可用于评估小 rna 分子、生物制剂和传统杀虫剂的转录和表型效应, 因为口服杀虫剂是不可行的。
The authors have nothing to disclose.
作者感谢 hanayo aremto (美国海军)、dana johnson、lucy li 和 roxie white (usda-ars) 在数据采集和分析方面提供的帮助。我们还感谢 pia olafson 博士 (usda-ars) 和 ke wu (佛罗里达大学) 对手稿进行了严格审查, 并感谢 niklaus hostetler (佛罗里达大学) 拍摄了显微镜镜头。美国农业部、海军和海军陆战队公共卫生中心的 wi-141c 项目以及部署的战争战斗机保护方案提供了资金。资助者在手稿的设计或研究发展方向方面没有任何作用。
needle pulling | |||
vertical pipette puller | Kopf | 720 | settings: heater = 15 units, solenoid = 4 amps |
glass capillaries, 3.5" long, ID = 0.530 mm ± 25 μm, OD 1.14 mm | World Precision Instruments | 504949 | capillaries for pulling glass needles |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
microinjector station | |||
Nanoliter 2010 | World Precision Instruments | NANOLITER2010 | microinjector |
manual micromanipulator | World Precision Instruments | KITE-L | left hand KITE manipulator |
magnetic stand | World Precision Instruments | M9 | holds micromanipulator |
precision stereo zoom binocular microscope on boom stand | World Precision Instruments | PZMIII-BS | dissecting scope for microinjections |
1.5X objective | World Precision Instruments | 501377 | objective for microscope |
light LED ring | World Precision Instruments | 504134 | light ring for injection microscope |
laboratory chill table | BioQuip Products | 1431 | chill table for microinjections |
microscope slides | Fisher Scientific | 12-544-1 | for staging insects while injections |
Rhodamine B, 98+% | Acros Organics | AC296571000 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
mosquito oviposition bioassays | |||
large Petri dish | Fisher Scientific | FB0875714 | for holding staging slides |
plastic cup – 3 1/2 oz. | Dart Container Corporation | TK35 | mosquito oviposition bioassay cups |
matte tulle fabric | Joanne Fabrics | 1103068 | caps for oviposition bioassays |
blood source | locally acquired | typically bovine or live chickens | |
1 x 30mm clear edible collagen casing | Butcher and Packer | 30D02-05 | |
heavy weight seed germination paper | Anchor Paper Co | SD7615L | |
oral aspirator with HEPA filter | John W. Hock Company | 612 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
house fly oviposition bioassays | |||
4 L plastic food storage canister | Walmart | 555115143 | |
10-inch stockinette sleeve | Medonthego.com | FS15001H | |
wheat bran | locally acquired | typically found at feed stores | |
Calf Manna performance supplement | ValleyVetSupply.com | 16731 | pelleted livestock feed |
dried egg yolk | BulkFoods.com | 40506 | |
black cotton cloth | locally acquired | typically in craft supplies section | |
60 mL cup | Dart Container Corporation | P200-N |