Intero monte<em> In situ</emIbridazione> (desiderio) è stato utilizzato in un corso di laurea alto livello comparata dei vertebrati Biologia oltre a vertebrati dissezioni. Questo ha dato agli studenti l'opportunità di studiare gli schemi di espressione genica e anatomia, che collega lo studio della biologia molecolare e organismal all'interno di un corso.
Montare tutto ibridazione in situ (WISH) è una tecnica comune nei laboratori di biologia molecolare per studiare l'espressione genica attraverso la localizzazione di trascritti di mRNA specifico all'interno intero campione mount. Questa tecnica (adattato da Albertson e Yelick, 2005) è stato utilizzato in un superiore livello universitario comparativa aula laboratorio di Biologia dei Vertebrati alla Syracuse University. I primi due terzi del Comparative corso di laboratorio di Biologia dei Vertebrati ha dato agli studenti l'opportunità di studiare l'embriologia e anatomia degli organismi diversi che rappresentano diversi taxa cordati principalmente attraverso dissezioni tradizionale e l'uso di modelli. La parte finale del corso ha comportato un approccio innovativo per l'insegnamento dell'anatomia attraverso l'osservazione dello sviluppo dei vertebrati impiegando tecniche molecolari in cui è stata effettuata desiderio su embrioni di zebrafish. Un eterozigote fattore di crescita dei fibroblasti 8 bis (fgf8a) mutante linea, asso, è stato utilizzato. A causa di eredità mendeliana, asso incrociati prodotto wild-type, eterozigote e omozigote mutanti ace/fgf8a in un rapporto 01:02:01. Sonde di RNA con pattern di espressione nota sulla linea mediana e nello sviluppo di strutture anatomiche come il cuore, somiti, tailbud, myotome, e il cervello sono stati utilizzati. DESIDERO è stata effettuata utilizzando pesce zebra alla somite 13 e prim-6 tappe, con gli studenti di eseguire la reazione di colorazione in classe. Lo studio di embrioni di zebrafish a diversi stadi di sviluppo ha dato agli studenti la capacità di osservare come queste strutture anatomiche cambiata nel corso dell'ontogenesi. Inoltre, alcuni mutanti ace/fgf8a visualizzata looping improprio cuore e difetti di somite e lo sviluppo del cervello. Gli studenti in questo laboratorio di osservare il normale sviluppo dei vari apparati utilizzando sia l'anatomia esterni così come i modelli di espressione genica. Essi hanno inoltre identificato e descritto embrioni visualizzazione improprio sviluppo anatomico e di espressione genica (cioè, i mutanti putativo).
Per gli istruttori di istituzioni che non già in possesso delle attrezzature necessarie e dove i fondi per laboratorio e di innovazione curriculare sono limitate, il costo finanziario dei reagenti e gli apparecchi possono essere un fattore da considerare, così come il tempo e lo sforzo necessario da parte del istruttore indipendentemente dall'impostazione. Tuttavia, ci sostengono che l'uso del desiderio in questo tipo di impostazione in aula di laboratorio in grado di fornire un collegamento importante tra la genetica dello sviluppo e anatomia. L'avanzare della tecnologia e la capacità di studiare lo sviluppo organismal a livello molecolare diventa più facile, più economico, e sempre più popolare, molti biologi evoluzionisti, ecologisti, e fisiologi si stanno rivolgendo a strategie di ricerca nel campo della biologia molecolare. Utilizzando DESIDERANO in una comparativa aula laboratorio di Biologia dei Vertebrati è un esempio di come le molecole e anatomia possono convergere all'interno di un singolo corso. Questo dà agli studenti universitari di livello superiore la possibilità di praticare le moderne tecniche di ricerca biologica, portando a una formazione più diversificata e la promozione della futura ricerca scientifica interdisciplinare.
Desiderio era utilizzato in un corso di laboratorio di Biologia comparata dei vertebrati per aiutare gli studenti a comprendere il ruolo della genetica nello sviluppo anatomico attraverso la visualizzazione di modelli noti di espressione genica. Per la prima parte del corso, gli studenti eseguito dissezioni sugli organismi che rappresentino più diversi taxa cordati, permettendo loro il tempo per studiare, capire, confrontare e vertebrati anatomia contrasto.
Come introduzione alla seconda parte del corso, gli studenti hanno ricevuto una lezione formale che descrive lo sviluppo zebrafish e anatomia. I metodi e risultati attesi dell'esperimento WISH sono stati anche discussi. Gli studenti hanno poi dato zebrafish vivo al somitogenesis e prim-6 fasi di sviluppo, ed a 2 e 5 giorni dopo la fecondazione (DPF) di esaminare al microscopio dissezione. Questo è stato quello di dare agli studenti una migliore comprensione di ciò che embrioni di zebrafish aspetto e le tipologie di cambiamenti morfologici che si verificano con l'ontogenesi.
Nella prossima sessione di laboratorio, gli studenti hanno ricevuto embrioni di zebrafish, in cui desiderio era stato precedentemente effettuato. Sono stati invitati a studiare e descrivere i pattern di espressione genica per ogni gene di interesse (riboprobe utilizzato). Gli embrioni utilizzati per DESIDERA sono stati ottenuti da accoppiamenti tra i membri di una linea eterozigoti ace/fgf8a. Sulla base di eredità mendeliana, il 25% degli embrioni da accoppiamenti ace/fgf8a dovevano essere omozigoti mutanti e di esporre i difetti di molte delle strutture anatomiche focalizzato su in questo corso. Sulla base delle relazioni pubblicate e osservazioni non pubblicate in laboratorio Albertson, difetti nel cervello e nel cuore loop improprio ci si aspettava, così come difetti del somiti (Brand et al, 1996;. Albertson e Yelick, 2005; osservazioni personali).
Agli studenti è stato chiesto di esaminare tutti i campioni, wild-type (animali eterozigoti sono indistinguibili da fratelli di tipo selvatico nelle fasi iniziali di sviluppo) e mutanti omozigoti, per ogni pattern di espressione genica presentato. Sono stati poi chiesto di scrivere relazioni di laboratorio che descrivono i loro risultati, e in base alla loro conoscenza dell'anatomia e della genetica, come espressione dei geni difettosi possono avere precipitato malformazioni anatomiche.
Studenti sembravano a ricevere questo esercizio di laboratorio con entusiasmo e curiosità. La maggior parte non avevano mai usato prima e DESIDERA erano estremamente interessati a questa parte del corso. Gli studenti trovano i diversi modelli di espressione genica in embrioni di zebrafish intrigante, alcuni addirittura descritto il pattern di colorazione visualizzati associandoli con i ben noti disegni e simboli, come ad esempio una faccina sorridente. Le relazioni di laboratorio risultante ha mostrato gli studenti avevano una comprensione generale del protocollo desiderio e l'espressione dei geni in specifiche strutture anatomiche. Gli studenti sono stati necessari per comprendere le funzioni specifiche dei geni studiati utilizzando WISH durante l'(Stickney et al, 2000 laboratorio;. Huelsken et al, 2002;. Geetha-Loganathan et al, 2008a;.. Gita-Loganathan et al, 2008b ). Era evidente però, che alcuni studenti hanno una conoscenza limitata di fondo delle vie di segnalazione e di geni di interesse. Ulteriori informazioni su questi concetti nel desiderio conferenza introduttiva potrebbe essere una gradita aggiunta per l'utilizzo del desiderio in futuro corsi di vertebrati Comparative Biology.
Dato che il protocollo richiede generalmente quattro giorni consecutivi, a seconda del calendario del corso, gli studenti possono solo essere in grado di completare una parte dell'esperimento in classe e l'istruttore deve essere responsabile per il resto. Nella nostra classe comparata Biologia dei Vertebrati, studenti hanno completato le reazioni colorazione in laboratorio, mentre l'Assistente didattico effettuato tutti i passaggi precedenti. Se si preferisce avere il WISH studenti svolgono in classe, il protocollo può essere diviso in subunità che può essere eseguito su diverse sessioni di laboratorio, a seconda del lasso di tempo della classe. Se non è possibile per gli studenti a svolgere l'intero protocollo, come è stato qui per l'incontro di laboratorio una volta alla settimana, gli studenti possono aggiungere la soluzione colorante all'inizio di classe e, a seconda del riboprobe usato, hanno la colorazione completa nel giro di un'ora. Il tempo necessario per la macchia di sviluppare varia notevolmente con ogni riboprobe e una varietà di condizioni sperimentali, e devono essere predeterminati prima classe. In particolare, se gli studenti saranno solo sviluppando la macchia in laboratorio, gli istruttori sarà responsabile per tutte le fasi precedenti, che richiederà tempo e risorse al di fuori della classe. Se lo si desidera, un'alternativa più breve di DESIDERA potrebbe essere immunoistochimica, utilizzando etichette di anticorpi per visualizzare la localizzazione delle proteine, tuttavia in questo momento, zebrafish anticorpi specifici per i geni dello sviluppo non sono facilmente disponibili. Un'altra opzione sarebbe quella di eseguire DESIDERA su diverse specie di vertebrati uno° gli studenti hanno confrontare i pattern di espressione degli stessi geni in diversi organismi (Pizard et al, 2004;. Aramaki et al, 2007;. Organismi modello emergente, 2008; organismi modello emergente, 2010).
L'obiettivo primario di utilizzare desiderio in un corso di biologia comparata dei vertebrati è stato quello di dimostrare agli studenti come vengono utilizzate tecniche di biologia molecolare per studiare lo sviluppo anatomico. Ha anche fornito l'opportunità per gli studenti di speculare su come modificare l'espressione genica può portare non solo a malformazioni di sviluppo, ma anche di cambiamento evolutivo. Formalizzato come la biologia evoluzionistica dello sviluppo (spesso definito come "evo-devo"), questo campo in rapida crescita di studio mira a collegare genotipo e fenotipo attraverso lo sviluppo, e di chiarire le basi meccanicistiche potenziale di cambiamento evolutivo. Con l'ascesa di questo campo, più ecologi, biologi organismal, e fisiologi stanno adottando tecniche molecolari nella loro ricerca. Ci sostengono che l'uso di desiderio in un corso di Biologia comparata dei Vertebrati contribuirà a mantenere il curriculum aggiornato con gli attuali progressi tecnologici e concettuali nella ricerca, e per facilitare un migliore allineamento orizzontale dei corsi di alto livello, combinando biologia sottocampi biologico. Inoltre, questo approccio integrato offrirà agli studenti l'opportunità di imparare una varietà di tecniche di ricerca biologica in un unico corso, portando a una formazione più diversificata e la promozione della futura ricerca scientifica interdisciplinare.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori desiderano ringraziare il Dipartimento di Biologia presso la Syracuse University e il Dr. Marilyn Kerr per il loro ruolo nella gestione del corso di Biologia comparata dei Vertebrati. Il laboratorio Albertson è supportato da concedere R21DE019223 dal National Institutes of Health / National Institute of Dental Research e craniofacciale, oltre a concedere R01AG031922 dal National Institutes of Health / National Institute on Aging.
Material Name | Type | 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 |