在该方案中, 我们演示了如何繁殖成虫, 饲养幼虫, 并在幼虫后的鱼类上进行全身免疫组织化学检查, 以比较表面和洞穴形态的表型。
马尾树的河流和包体适应种群在形态、生理和行为上存在差异。以比较成人形态为重点的研究揭示了其中一些差异的遗传基础。对幼体后阶段 (喂养开始时) 种群的差异了解较少。这类研究可以提供洞察, 了解在自然环境中, 洞穴鱼是如何在成年后存活下来的。在实验室中比较幼体后发育的方法需要标准化的水产养殖和喂养制度。在这里, 我们描述如何在非循环水中饲养营养丰富的轮虫的饮食中的鱼, 最长可达两周。我们演示如何从这个苗圃系统收集幼虫后的鱼, 并进行全身免疫染色。免疫染色是一种很有吸引力的转基因表达分析替代品, 可用于研究mexicanus的发育和基因功能。苗圃方法也可用作标准协议, 用于建立密度匹配的种群, 使其成长为成人。
墨西哥的 tetra是一种单一的鱼类, 它作为河流居住的种群 (水面鱼类) 和一些以其居住的洞穴命名的洞穴种群 (洞穴鱼类) (即tinaja、molino、pachón) 而存在。越来越多的研究人员正在使用来研究行为1、2、3、4、代谢5、6的遗传和发育基础 7,8,和形态演变9,10,11。用于研究mexicanus 的可用资源包括测序和注释基因组 12;转录组13;发展分期表14;和方法繁殖15,16, 17, 创造转基因 18, 和编辑基因19.传播更多的工具和更新的标准协议将加速洞穴研究界的发展 (见此方法集合20)。
我们的目标是通过提供一个强有力的方法, 以实验室之间可比的方式, 就地评估幼虫后的基因活性, 从而增加现有的工具。实现这一目标有两个挑战。首先, 需要有标准化的实验室之间孵化和饲养鱼类的制度, 因为喂养和密度等参数的差异会影响生长和成熟, 从而影响基因活性。其次, 需要一种标准化但适应性强的方法来检查幼虫后鱼类的基因活动模式。我们在这里解决这些问题, 建立标准的做法, 将鱼提高到幼虫后阶段, 并引入一个强大的全安装免疫组织化学 (ihc) 协议来评估在 a. mexicanus中的基因表达。
我们首先演示如何通过天然产卵繁殖鱼类并识别受精卵。下面描述的是如何孵化受精卵 (幼虫) 并将其转移到苗圃容器中, 在那里, 受精卵的密度为每个容器 20条, 为期两周, 无需循环或更换水。在受精后 5天, 鱼已经发展到幼虫后阶段 (不再有蛋黄供应), 并作为营养丰富的食物来源提供藻类喂养的brachionus plicatilis (rotifers), 不需要每天补充。该方法为幼虫和幼虫后的发育提供了一致的生长参数。
为了评估基因功能, 我们演示了如何从苗圃容器中去除鱼, 并执行全安装 ihc。所介绍的 ihc 方法是根据开发用于 daio rerio 21的协议进行的, 对于检查所有接受测试的a. mexicanus组织中的抗原 (包括大脑、肠道和胰腺) 是有效的。ihc 是一种更快的替代生成转基因动物的基因表达和蛋白质定位的检查。该方案将有助于研究生长的, 并比较幼虫后阶段的水面鱼类和紫外鱼的表型。
比较表面和洞穴之间的基因活性, 需要仔细控制的环境参数和方法, 可以在实验室之间复制。我们的提高的方案在幼虫后的发育过程中提供了一致的营养成分。在这种喂养模式下, 使用我们所提出的强大的免疫组织化学协议, 可以自信地比较人群之间的基因功能。在这里, 我们讨论了这种方法的意义, 以及它的局限性和未来的应用.
为了实现密度匹配的生长, 我们发现, 在 1.5 l 容器中, 在轮虫的饮食中, 可以在不循环水的情况下饲养幼鱼两周。该协议也可用于在循环系统上养鱼;然而, 必须每天添加轮虫, 以补偿那些因坦克流出而损失的人。新孵化的青蒿素通常被用作水产养殖的食物来源, 但我们发现, 使用轮虫具有相当大的优势, 包括: 降低价格、改善生物安全、稳定营养和改善水质 (见下文)。
首先, 轮虫每周消耗品的费用为4美元, 而阿特米亚的每周消耗品费用为14美元。在生物安全方面, 在受控条件下在实验室饲养轮虫, 而青蒿素则从野外采集, 并受到微生物或病原体含量的自然变化23。此外,青蒿素的营养成分是由环境决定的, 因此不一致。诺普利孵化后在自己的能量储存上茁壮成长;随着它们的发育, 它们很快就会失去营养价值, 并应在几个小时内最好地喂给鱼。青蒿素在孵化后的12所房子开始进食, 这是第一次可以营养丰富;然而, 在这个阶段, 它们已经变得太大, 5 dpf 鱼无法食用。相比之下, 轮虫无论何时收获轮虫, 都会不断以海洋微藻为食, 从而产生较高的营养成分。轮虫比艺术鸟要小得多 (160微米400微米), 使它们更容易捕捉和吞咽的鱼。幼虫后的河豚和河豚食用类似数量的轮虫, 表明在选择或捕获轮虫10的能力上没有差别。
最后,青蒿素在引进数小时后开始在淡水中死亡。如果不人工去除, 不均匀的, 就会腐烂, 从而迅速降低水质。清除死的青蒿素对于幼体后的鱼来说是耗时和危险的, 它们的体型并不大, 可能会被意外切除或受伤。轮虫可以无限期地生活在苗圃容器中, 随时为鱼类提供食物, 而不会对水质产生重大影响。
虽然使用轮虫作为食物来源有相当大的好处, 但要维持轮虫种群, 每天都必须在养殖系统中添加藻类。这可以通过自动给料机来实现, 该给料机将液体藻类分配到轮状养殖容器中 (见材料表)。轮客还必须每24-48 从这个设置中收获一次, 以保持文化的健康。繁殖鱼类的人很少繁殖 (例如, 每年繁殖一次), 也不关心在幼虫后阶段对种群进行比较, 他们可能更喜欢青蒿素作为食物来源, 因为包裹的胚胎可以在任何时候孵化。
我们建议跟踪孵化和存活的幼虫数量, 以监测孵化和生长的成功。如果大多数胚胎或幼虫死亡, 则可能是由于细菌或真菌污染。建议对鱼类准备好的水的水质进行监测, 并用70% 的乙醇对任何设备进行消毒。苗圃容器在清洗和消毒后可以重复使用。为了最大限度地降低患病风险, 在鱼群开始进食时, 从苗圃容器中取出任何死鱼, 不要在 5 dpf 前添加轮虫, 这一点也至关重要。
在大约一岁的时候, mexicanus就已经性成熟了。与能够在 10-12 24周繁殖的达尼奥·雷里奥(斑马鱼) 相比, 这是产生转基因a. mexicanus的一个限制。免疫组织化学 (ihc) 是研究基因表达和蛋白质定位的替代方法。这里描述的协议可以在每一步进行调整, 并用于检测任何感兴趣的组织中的抗原。但是, 需要注意的是, 由于色素沉着 (未着色的鱼中不存在的屏障), 一些组织可能更难以想象, 这可能会影响比较研究的解释。为了解决这个潜在的问题, 表面鱼类色素可以在使用3% 的过氧化氢固定后漂白。
ihc 需要成功的组织固定、阻断和抗体渗透。每个方法的不同程度取决于感兴趣的组织和蛋白质。固定时间和固定时间必须保持细胞结构, 同时保持抗原表位。对于这个协议, 我们使用交联固定剂 (甲醛), 省略变性固定剂 (如甲醇或丙酮)。我们发现丙酮中的培养减少了神经元和胰腺标记的抗体信号。阻塞步骤对于防止抗体与组织中的非目标蛋白结合至关重要。该方法在阻断溶液中使用正常血清 (5%) 和 bsa (0.2%) 的组合。阻断溶液中含有抗体和蛋白质, 结合到组织中蛋白质的反应位点, 减少原生和二级抗体的非特异性结合。
为了达到抗体渗透, 组织必须渗透。这可以通过洗涤剂或变性溶剂来实现, 但必须进行优化以保存抗原表位。我们的协议结合使用了 triton 和二甲基亚硫酸 (dmso)。在阻断和抗体培养步骤中, triton 和 dmso 分别包含在浓度为0.5% 和1% 的过程中。利用这种浓度, 我们观察到染色在大脑, 胰腺, 肠道和肌肉, 这表明它可能是有效的渗透所有组织。鱼的大小也可能影响渗透。该协议尚未在超过 14天 (长约7毫米) 的鱼类上进行测试。为了解决染色问题, 建议改变固定、阻塞和抗体渗透步骤。使用可用的基因组25, 研究有关的a. mexicanus蛋白的免疫原序列保护也很重要。
mexicanus是一个很好的模型, 可以研究进化过程, 因为在截然不同的环境中进化的同一物种的种群可以在实验室中直接进行比较。实验室内部和实验室之间的标准畜牧业规程对于了解表亲鱼和河豚之间的生物差异至关重要。本文提供了一种方法来检查在一致生长参数下接触的幼虫后鱼类的发育和基因活性。
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了国家卫生研究院 [hd089934、dk108495] 赠款的支持。
methylene blue | Kordon | B016CBHZUS | antifungal |
heater | Finnex | 4711457836017 | 100W Digital Control Heater |
airstone | Lee's Aquarium & Pet Products | 10838125202 | disposable air stone |
salt | Instant Ocean | 51378014021 | Sea Salt |
nursery container | IPC | 21545-002 | 40 oz or 1.5 L clear containers |
transfer pipette | VWR | 414004-002 | plastic bulb pipettes |
compact culture system(CCS) starter kit with Brachionus plicatilis (L-type) rotifers | Reed Mariculture | na | fish food |
RGcomplete | APBreed | 817656016572 | 32 oz bottle of rotifer food |
Programmable Auto Dosing Pump DP-4 | Jebao | DP-4 | automatic feeder for rotifers |
Tricane-S | Western Chemical | MS 222 | fish anesthetic |
sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | S5761-500G | for tricane solution |
nylon mesh strainer | HIC (Harold Import Co.) | 735343476235 | 3-inch diameter |
Formalin solution, neutral buffered, 10% | Sigma-Aldrich | HT501128-4L | fixative |
10X PBS | Invitrogen | AM9625 | buffer, dilute to 1X using distilled water |
Triton-x 100 | Sigma-Aldrich | T8787-250ML | detergent |
sodium azide | Sigma-Aldrich | S2002-25G | anti-bacterial |
bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | A9647-100G | blocking reagent |
glass vial with screw-top cap 4mL | Wheaton | 224742 | staining vial |
plastic mesh screen for breeding tank | Pentair | N1670 | Cut into a rectangle 6mm larger on all edges than the dimensions of the bottom of the breeding tank. Cut a 6mm square from each corner of the rectangle. Bend the edges of the screen down along all four edges.Place a pair of 6mm vinyl-coated disk magnets on either side (top and bottom) of the mesh on each corner. The screen should be as snug as possible to the sides of the tank. The screen can be removed from the tank with a metal fish net. |
vinyl-coated disk magnets | Kjmagnets | D84PC-AST | |
New Life Spectrum Thera-A pellet fish food | New Life International | na | Adult fish food. A list of retailers for this product is available on the company website |
Antibodies | |||
insulin antibody from guinea pig | Dako | A0564 | 1:200 |
glucagon antibody from sheep | Abcam | ab36215 | 1:200 |
acetylated tubulin antibody from mouse | Sigma | T6793 | 1:500 |
HuD/HuC antibody from mouse | Life Technologies | A-21271 | 1:500 |
nitric oxide synthase (nNOS) antibody from rabbit | Abcam | ab106417 | 5μg/mL |
choline acetyltransferase (ChAT) from rabbit | Abcam | ab178850 | 1:2000 |
seratonin (5HT) from rabbit | Immunostar | 20080 | 1:500 |