Todo el montaje<em> In situ</emHibridación> (WISH) fue utilizado en un nivel superior de grado comparativo curso de Biología de Vertebrados, además de vertebrados disecciones. Esto dio a los estudiantes la oportunidad de estudiar los patrones de expresión génica, así como anatomía, que une el estudio de la biología molecular y organismal dentro de un curso.
Todo el montaje hibridación in situ (WISH) es una técnica común en los laboratorios de biología molecular para estudiar la expresión génica mediante la localización de las transcripciones de ARNm específicos dentro de toda muestra de montaje. Esta técnica (adaptado de Albertson y Yelick, 2005) fue utilizado en un nivel superior de pregrado en el aula de laboratorio de Biología de Vertebrados comparativa en la Universidad de Syracuse. Los dos primeros tercios del curso de laboratorio de Biología de Vertebrados comparativo dio a los estudiantes la oportunidad de estudiar la embriología y anatomía de los organismos que representan a varios taxones diferentes cordados principalmente a través de disecciones tradicionales y el uso de modelos. La parte final del curso participan un enfoque innovador para la enseñanza de la anatomía a través de la observación del desarrollo de los vertebrados que emplean técnicas moleculares en la que desean se llevó a cabo en embriones de pez cebra. Un crecimiento de fibroblastos heterocigotos factor 8 un (fgf8a) mutante línea, as, se utilizó. Debido a la herencia mendeliana, as intercrosses tipo producido salvajes, heterocigotos y homocigotos mutantes ace/fgf8a en una proporción de 1:2:1. Sondas de ARN con patrones de expresión se conoce en la línea media y en el desarrollo de las estructuras anatómicas, como el corazón, somitas, tailbud, miotoma, y el cerebro se utilizaron. WISH se realizó con el pez cebra en el 13 y somite etapas prim-6, con los estudiantes de realizar la reacción de tinción en la clase. El estudio de los embriones de pez cebra en diferentes etapas de desarrollo dio a los estudiantes la capacidad de observar cómo estas estructuras anatómicas cambiado en la ontogenia. Además, algunos mutantes ace/fgf8a muestra bucle corazón inadecuado, y defectos en los somitas y el desarrollo del cerebro. Los estudiantes en esta práctica observada el normal desarrollo de diversos sistemas de órganos con la anatomía externa, así como patrones de expresión génica. También se identifican y describen los embriones mostrando un desarrollo inadecuado anatómica y la expresión de genes (es decir, mutantes putativos).
Para los instructores de las instituciones que aún no poseen el equipo necesario o cuando los fondos para el laboratorio y la innovación curricular son limitados, el costo financiero de los reactivos y los aparatos puede ser un factor a considerar, así como el tiempo y el esfuerzo necesario por parte de la instructor independientemente de la configuración. Sin embargo, sostenemos que el uso de deseo en este tipo de salón de clases de laboratorio puede proporcionar un vínculo importante entre la genética del desarrollo y la anatomía. A medida que avanza la tecnología y la capacidad para estudiar el desarrollo de organismos en el nivel molecular se hace más fácil, más barato y cada vez más popular, muchos biólogos evolucionistas, los ecologistas, y los fisiólogos están recurriendo a estrategias de investigación en el campo de la biología molecular. WISH utilizando en una clase de laboratorio de Biología de Vertebrados comparativo es un ejemplo de cómo las moléculas y la anatomía pueden converger en un solo curso. Esto le da a los estudiantes universitarios de nivel superior la oportunidad de practicar las técnicas modernas de investigación biológica, lo que lleva a una educación más diversificada y la promoción de la futura investigación científica interdisciplinaria.
Deseo fue utilizado en un curso de laboratorio de Biología de Vertebrados comparativa para ayudar a los estudiantes a entender el papel de la genética en el desarrollo anatómico a través de la visualización de patrones de expresión génica conocida. Para la primera parte del curso, los estudiantes realizaron disecciones en los organismos que representan a varios taxones cordados diferentes, lo que les permite suficiente tiempo para estudiar, comprender, comparar, y la anatomía de vertebrados contraste.
Como introducción a la segunda parte del curso, los estudiantes se les dio una conferencia formal que describe el desarrollo del pez cebra y la anatomía. Los métodos y los resultados previstos del experimento DESEA también fueron discutidos. Los estudiantes se les dio el pez cebra vive en somitogenesis y prim-6 etapas de desarrollo, ya las 2 y 5 días después de la fertilización (dpf) para examinarla bajo el microscopio de disección. Esto fue a dar a los estudiantes una mejor comprensión de lo que parece embriones de pez cebra y los tipos de cambios morfológicos que ocurren durante la ontogenia.
En la sesión de laboratorio siguiente, los estudiantes recibieron embriones de pez cebra en el que deseo se había realizado previamente. Se les pidió que estudiar y describir los patrones de expresión genética para cada gen de interés (riboprobe utilizado). Embriones utilizados para WISH se derivan de las uniones entre miembros de una línea de ace/fgf8a heterocigotos. Sobre la base de la herencia mendeliana, el 25% de los embriones de los apareamientos ace/fgf8a se espera que sea homocigotos mutantes y exhibir los defectos de muchas de las estructuras anatómicas se centró en este curso. Basándose en los informes publicados y observaciones no publicadas en el laboratorio de Albertson, defectos en el cerebro y el corazón de bucle incorrecto se esperaba, así como defectos en las somitas (Brand et al, 1996;. Albertson y Yelick, 2005; observaciones personales).
Los estudiantes se les pidió que examinar todas las muestras, de tipo salvaje (animales heterocigotos se distinguen de sus hermanos de tipo salvaje en las primeras etapas de desarrollo) y homocigotos mutantes, para cada patrón de expresión génica presentados. Luego se les pidió a escribir informes de laboratorio que describe sus resultados, y en base a sus conocimientos de anatomía y genética, ¿cómo la expresión del gen defectuoso puede haber precipitado malformaciones anatómicas.
Los estudiantes parecían recibir este ejercicio de laboratorio con el entusiasmo y la curiosidad. La mayoría nunca habían utilizado deseo antes y estaban muy interesados en esta parte del curso. Estudiantes que se encuentren los diferentes patrones de expresión genética en los embriones de pez cebra intrigante, algunos incluso se describen los patrones de tinción visualizarse mediante la asociación con conocidos diseños y símbolos, como una cara sonriente. Los informes de laboratorio resultantes mostraron que los estudiantes tenían un conocimiento general del protocolo de deseo y la expresión de genes en estructuras anatómicas específicas. Los estudiantes también fueron requeridos para entender las funciones específicas de los genes estudiados utilizando desee durante el tiempo de laboratorio (Stickney y otros, 2000;. Huelsken et al, 2002;. Gita-Loganathan et al, 2008a;.. Gita-Loganathan et al, 2008b ). Era evidente sin embargo, que algunos estudiantes tenían un conocimiento limitado de fondo de las vías de señalización y los genes de interés. Más información acerca de estos conceptos en el deseo de charla introductoria puede ser una adición bienvenida a la utilización de deseo en el futuro cursos de Biología Comparada de Vertebrados.
Dado que el protocolo generalmente toma cuatro días consecutivos, dependiendo del horario del curso, los alumnos sólo pueden ser capaces de completar una parte del experimento en la clase y el profesor debe ser responsable por el resto. En nuestra clase de Biología de Vertebrados comparativo, los alumnos de las reacciones de tinción en el laboratorio, mientras que el Asistente de Enseñanza realizado todos los pasos anteriores. Si se prefiere que los estudiantes realizan WISH en clase, el protocolo puede ser dividida en sub-unidades que se pueden realizar en varias sesiones de laboratorio, en función del tiempo de la clase. Si no es factible para los estudiantes para llevar a cabo todo el protocolo, ya que fue aquí, debido a la reunión de laboratorio una vez por semana, los estudiantes pueden agregar la solución de tinción en el comienzo de la clase y, en función de la riboprobe utilizados, tienen la coloración completa dentro de una hora. El tiempo necesario para que la mancha de desarrollar varía mucho con cada riboprobe y una variedad de condiciones experimentales, y debe ser determinado antes de la clase. Cabe destacar que, si los alumnos sólo será el desarrollo de la mancha en el laboratorio, los instructores serán responsables de todos los pasos anteriores, lo que requerirá mucho tiempo y esfuerzo fuera de las aulas. Si lo desea, una alternativa más corta que deseen podrían ser inmunohistoquímica, con las etiquetas de anticuerpos para visualizar la localización de proteínas, sin embargo en este momento, el pez cebra anticuerpos específicos para los genes de desarrollo no están disponibles. Otra opción sería realizar deseo en diferentes especies de vertebrados unº que los estudiantes comparar los patrones de expresión de los mismos genes en diferentes organismos (Pizard et al, 2004;. Aramaki et al, 2007;. emergentes organismos modelo, de 2008; emergentes organismos modelo, 2010).
El objetivo general del uso de deseo en un curso de Biología de Vertebrados comparativo era demostrar a los estudiantes como técnicas de biología molecular se utilizan para estudiar el desarrollo anatómico. Es también una oportunidad para que los estudiantes especular acerca de cómo modificar la expresión de genes puede conducir no sólo a malformaciones en el desarrollo, sino también para el cambio evolutivo. Formalizada como la biología evolutiva del desarrollo (a menudo denominado como "evo-devo"), este campo de rápido crecimiento de estudio tiene como objetivo vincular el genotipo y el fenotipo a través del desarrollo, y para dilucidar las bases potenciales mecánica del cambio evolutivo. Con el auge de este campo, más ecólogos, biólogos de organismos, y los fisiólogos están empleando técnicas moleculares en sus investigaciones. Nosotros sostenemos que el uso del deseo en un curso de Vertebrados Biología comparativa le ayudará a mantener el plan de estudios al día con los avances tecnológicos actuales y conceptuales en la investigación, y para facilitar un mejor alineamiento horizontal de los cursos de nivel superior mediante la combinación de la biología subcampos biológica. Por otra parte, este enfoque integrador proporcionará a los estudiantes la oportunidad de aprender una variedad de técnicas de investigación biológica en un curso, lo que lleva a una educación más diversificada y la promoción de la futura investigación científica interdisciplinaria.
The authors have nothing to disclose.
Los autores desean agradecer al Departamento de Biología de la Universidad de Syracuse y la Dra. Marilyn Kerr por su papel en la administración del curso de Vertebrados Biología comparativa. El laboratorio de Albertson es financiado por el subsidio R21DE019223 de los Institutos Nacionales de Salud / Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial, así como otorgar R01AG031922 de los Institutos Nacionales de Salud / Instituto Nacional del Envejecimiento.
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 |