Dit protocol beschrijft een microinjection methodologie die we hebben gestandaardiseerd en gebruikt jarenlang voor bepaalde hoeveelheden van nucleïnezuren rechtstreeks naar de Hemolymfe van muggen en huis vliegt. Dit protocol resulteert in minimale injectie sterfte en laat dosis gecorreleerd metingen van vruchtbaarheid.
Synthetische dsRNAs, gebruikt voor het opwekken van RNA-interferentie, kunnen dosis afhankelijk fenotypische gevolgen hebben. Deze effecten zijn moeilijk te definiëren als de dsRNAs worden geleverd met een niet-kwantitatieve methode. Nauwkeurige levering van bekende hoeveelheden van nucleic zuren of andere chemicaliën is van cruciaal belang voor het meten van de doeltreffendheid van de stof wordt getest en aan betrouwbare vergelijking tussen verbindingen toestaan.
Hier bieden we een reproduceerbare, kwantitatieve microinjection-protocol dat zorgt voor een nauwkeurige levering van specifieke doses dsRNA, vermindering van de sterfte meestal geïnduceerd door injectie schade. Deze wijzigingen omvatten de toevoeging van Rhodamine B, een gegradueerde injectie naald, en een verbeterde herstelmethode geleend van Isoe en Collins. Deze methode stelt van de berekening van de dosis reacties en vergemakkelijkt vergelijkingen tussen verbindingen. Versies van deze methode zijn met succes gebruikt op drie geslachten van muggen, alsmede huis vliegt te beoordelen van de vermindering in de vruchtbaarheid als gevolg van gen tot zwijgen brengen van ribosomaal RNA afschriften.
Dit protocol biedt strategieën ter vermindering van de diverse uitdagingen van kleine insecten microinjection. Samen, mechanische levering van dsRNAs begeleid door visuele verificatie, identificatie van effectieve locaties voor levering, en opneming van een herstelperiode na injectie zorgen voor nauwkeurige dosering en lage letsel sterfte. Dit protocol beschrijft ook een bioassay oviposition voor uniforme bepaling van effecten op de vruchtbaarheid.
Leveren van kleine biomoleculen, zoals nucleïnezuren, aan volwassen dipterans heeft bewezen in zowel Culicidae als Muscidae uitdaging. Orale opname van dsRNAs is gemeld tot steriliteit (als gericht op genen uitsluitend in de teelballen van volwassenen uitgedrukt) en mortaliteit (bij het uitstippelen van de SNF7 en de coactivator van een steroïde receptor) in larvale Aedes aegypti1,2 . Sterfte is ook waargenomen bij het uitstippelen van de HSP70 in larvale Musca domestica3. Dergelijke fenotypische effecten, echter hebben niet geleid tot na de voeding dsRNA aan volwassen Ae. aegypti in suiker maaltijden4,5.
Microinjection is gebruikt voor het omzeilen van de middendarm, bij de invoering van pathogenen of nucleic zuren, waardoor inducerende een systemische aanpak5,6,7,8,9,10 . Verschillende microinjection technieken bestaan, waarbij apparatuur variërend van in-house geproduceerde toestellen waarvoor visuele meting van geïnjecteerde volume aan microprocessor gestuurde injectoren die toestaan voor geautomatiseerde volume levering zo laag als 2.3 nL 5 , 9 , 10 , 11. RNA interferentie (RNAi) triggers targeting ribosomal mRNAs, verstoren ovariële ontwikkeling bij geleedpotigen zo divers als het vee teek Rhipicephalus microplus, de muggen Aedes aegypti en Culex pipiens, en het huis vliegen Musca domestica5,,9,,12,13. In deze studies was toezicht op de verstoring van de oviposition essentieel voor het bepalen van de effectiviteit van de inoculant zoals het fenotype zich als beëindiging of vermindering van de nakomelingen manifesteren kan. Dit is een vorm van intergenerationele dodelijke fenotype thats een kritische en gewenste effect in veel van de niet-traditionele biocontrol methoden zoals Wolbachia –besmet mannetjes inleiding (seksuele incompatibiliteit) en RNAi geïnduceerde steriliteit5 ,9,14. Het bijhouden van zowel de sterfte en de vruchtbaarheid is nodig voor de karakterisering en de ontwikkeling van zeer specifieke biorationals (natuurlijk voorkomende ziekteverwekkers en/of natuurlijke derivaten)15.
Dit protocol presenteert gedetailleerde microinjection technieken voor zowel volwassen muggen en vliegen in huis; een proces die vaak niet goed in de literatuur wordt beschreven. Daarnaast worden oviposition bioassay methodologieën voor het adequaat evalueren dsRNA effecten op volwassen dipterans beschreven. Deze protocollen zijn speciaal ontwikkeld voor Aedes aegypti en Musca domestica maar voor andere soorten kunnen worden gewijzigd.
Microinjection is een waardevolle laboratorium-techniek om levering van dsRNA of andere biorationals (d.w.z., pesticiden, virussen, microsporidia). Terwijl veel laboratoria microinjection voeren, is het exacte bedrag geïnjecteerd vaak onduidelijk als gevolg van technische beperkingen van het uitvoeringssysteem waar geleverde volume niet rechtstreeks gemeten11. Geleverde volume en concentratie zijn kritische parameters waarmee berekening van toxicologische standaardmaatregelen zoals EC50 of IC50 of om te definiëren van de minimaal effectieve doses5,16. Dit is vooral belangrijk in functionele studies met behulp van RNAi bij volwassen insecten, waarbij levering per voeding niet altijd leidt tot systemische blootstelling aan de gewenste deeltjes en de werkelijke dosis, overschrijding van de middendarm onduidelijk5.
Hoewel de procedure microinjection kan aanvankelijk uitdagende, worden snelle verbeteringen in snelheid en levering nauwkeurigheid bereikt met de praktijk en geduld. Mastering de injectie-procedure zelf is een tijdsinvestering, maar zodra verwezenlijkt, de procedure wordt geproduceerd herhaalbare resultaten en letsel sterfte van < 3%. De verhouding van succesvolle injecties zal toenemen als de vaardigheid toeneemt waardoor injectie van 300 muggen of vliegt per dag.
Veel van de uitdagingen van microinjection zijn te wijten aan de naald wordt gebruikt. Bepalen van de juiste capillaire naaldpunt break en tip hoek is een uitdagende aspect van de procedure en vereist wat trial and error om te bepalen van de meest effectieve grootte van de opening voor een bepaalde soort. De fijne naald nuttigst voor mosquito microinjection (~ 150 µm) is te klein voor het snel leveren van het grotere volume geïnjecteerd in vliegen terwijl daarentegen de grotere naald openen dat werkt op vliegen (~ 250 µm) uitgebreide schade schade aan de kleinere muggen veroorzaakt en onaanvaardbaar injectie mortaliteit. Een naald gebroken met een botte uiteinde is vaak moeilijk te krijgen door middel van de epidermis zonder weefselschade en verhoogde sterfte. Insect schalen of weefsel stukken kunnen verstoppen naalden in de loop van een experiment, dus het is vaak handig om verschillende naalden trok als vervanging nodig is. We hebben gevonden dat het is makkelijker om een moeilijke naald vervangen in plaats van tijd besteden aan het proberen om een vastgelopen of vieze naald.
Observeren van de injectie-oplossing invoeren van het insect is essentieel zodat mislukte injecties kunnen worden verwijderd (Zie stappen 2.14-2.15). Rhodamine B toevoeging aan injectie oplossingen biedt een duidelijk visueel om ervoor te zorgen dat de koude-geënsceneerde insecten ontvangen van de juiste dosering en is vooral handig tijdens het beoefenen van (zie stap 2.7).
De hier gepresenteerde injectie en oviposition bioassay-methoden hebben met succes geïnduceerde gene vechtpartij en meetbare fenotypische effecten in volwassen Ae. aegypti en M. domestica wanneer met behulp van dsRNAs tegen soortspecifieke ribosomal ontworpen afschriften (Figuur 4 en figuur 5A). Bovendien, het vermogen van deze methode om het microvolumes nauwkeurig te leveren aan particulieren voorziet van dosis respons-curven voor kleine hoeveelheden materiaal moet worden gegenereerd (zo laag als 50 ng; Figuur 5B). Dit is vooral handig voor methoden zoals het screenen van siRNAs of dsRNAs, als de productie van grote hoeveelheden van deze moleculen kunnen kosten-verbiedend.
Deze methode kan worden aangepast voor het injecteren van biologische agentia (virussen, bacteriën, microsporidia) of chemische bestrijdingsmiddelen, na ervoor te zorgen dat elke levering buffers onschadelijk door injectie. Als levering volume is beperkt door de grootte van het insect, produceren geconcentreerd is testen oplossingen van belang.
Om adequaat evalueren dsRNA werkzaamheid, is het noodzakelijk om bij te houden van oviposition, zoals dodelijke fenotypen moge alleen bij nageslacht. Zoals hier gepresenteerd, vrouwelijke Ae. aegypti apart te houden na het blooding voorziet in de bepaling van de maat van de individuele koppeling en verder testen op de dezelfde personen kunnen worden gedaan stroomafwaarts van oviposition (dat wil zeggen, gen expressie studies, extra gonotrophic cycli, weefsel specifieke knockdown) naar het voortplantingsresultaat correleren met andere maatregelen, zoals de genexpressie. M. domestica oviposit in het algemeen in een reactie van de groep, is aanzetten tot geïsoleerde gravid vliegen te leggen zeer arbeid intensief en niet praktisch voor grote aantallen personen17. Daarom wordt een methode om te bepalen van de grootte van de gemiddelde koppeling gepresenteerd.
De methode van de microinjection gepresenteerde biedt consistente systemische levering aan muggen en huis vliegt. Gekoppeld aan mortaliteit en oviposition voor het bijhouden van bioassays, kunnen deze veelzijdige tools worden gebruikt om te beoordelen van de transcriptionele en fenotypische effecten van kleine molecules van RNA, biologische agentia en traditionele pesticiden waar mondelinge levering is niet haalbaar.
The authors have nothing to disclose.
De auteurs bedanken Hanayo Arimoto (US Navy), Dana Johnson en Lucy Li Roxie White (USDA-ARS) voor hulp bij data-acquisitie en analyse. Wij danken ook Drs. Pia Olafson (USDA-ARS) en Ke Wu (Universiteit van Florida) voor kritische evaluatie van het manuscript en Niklaus Hostettler (Universiteit van Florida) voor het filmen van de Microscoop beelden. Financiering werd verstrekt door de USDA, het project van de WII – 141C van de Marine en Marine Corps Public Health Center en het ingezet oorlog strijders beschermingsprogramma. De financiers had geen rol in het ontwerp of de richting van de studie of de ontwikkeling van het manuscript.
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 |