该协议概述了一种从现场天然底物中有效提取活线虫的方法。
除了是强大的实验模式生物外, 秀丽隐杆线虫 及其亲戚也是生活在自然界中的真实动物。研究野生线虫在自然环境中对于理解生物学的许多方面都很有价值,包括独特的基因组和表型特征进化的选择性制度,复杂性状变异的遗传基础以及所有动物种群的基本自然遗传多样性。这份手稿描述了一种从其天然基质中提取线虫的简单而有效的方法,包括腐烂的水果,花朵,真菌,落叶和土壤。Baermann漏斗法是一种经典的线虫学技术,可选择性地将活性线虫与其底物分离出来。由于Baermann漏斗技术可以从样品中回收几乎所有的活性蠕虫,因此可以回收与丰富且快速生长的基因型同时发生的稀有和缓慢生长的基因型,这在涉及多代繁殖的提取方法中可能会被遗漏。该技术也非常适合解决元遗传,种群遗传和生态问题。它同时在样本中捕获整个群体,允许对年龄,性别和基因型的自然分布进行公正的观察。该协议允许在现场大规模部署,快速将底物转化为蠕虫板,作者已经通过在多个大洲的实地考察对其进行了验证。
随着在实验室中研究秀丽隐杆线虫 的研究人员将他们的重点扩展到野生秀 丽隐杆线虫 和相关横纹线虫,有价值的生物学见解正在出现。对野生线虫的研究将基因和基因组置于其自然环境中,揭示了可能被实验室条件掩盖的功能1,2,3,4,5。这些研究揭示了进化本身的先决条件,即遗传变异6,7,8,9,10。野生样本捕获的自然遗传变异也为许多复杂性状的遗传基础提供了途径11,12,13。
在设计需要隔离线虫自然种群的研究时,特别是在进行远程野外工作时,实际考虑因素脱颖而出。该协议旨在将可在OP50上培养的整个活性线虫种群与诱饵或野生基质干净地隔离开来。该方法非常适合提取自由生活的横纹线虫和双星线虫,包括 Caenorhabditis, Oscheius和 Pristionchus。
有许多技术可以将线虫与其基质隔离14,15。最基本的方法是将基质直接放在线虫介质板上,在动物爬出时挑选它们8,15。如果目标是从样品中分离出所有线虫,则该方法需要大量的时间和人力。更复杂的技术利用了动物的体重,大小,移动性或这些的某种组合14。每种方法在设置和吞吐量方面都有其优点和缺点。它们在采样偏差方面也不同,如果样品中的动物沿着方法分离原理的轴线变化,则可以选择某些线虫。
Baermann漏斗方法于1917年由荷兰医生G. K. T. F. Baermann首次描述,他在研究土壤中居住的线虫(包括寄生钩虫)时在Java上发明了该装置16。贝尔曼漏斗基于移动性原理发挥作用。将基材放置在衬有布或纸质过滤器的漏斗中(本研究使用”Kimwipe”,在当前方案中称为”无绒擦拭”),并在底部密封关闭。然后,漏斗充满水,浸没样品,同时过滤器将其与密封的出口分开。样品中的活性线虫将自己释放到水中并通过过滤器游动,最终沉降在漏斗的底部。打开漏斗出口,并将一滴线虫排出到板上(图1)。
图1:Baermann漏斗技术摘要 (A)从感兴趣的部位收集富含细菌的样品。(B)将样品浸入Baermann漏斗中,等待蠕虫扭动并下沉。(C) 从漏斗中释放一滴。(D)将单个雌雄同体或交配的雌性移动到单独的板块。插图由Ramin Rahni创作。 请点击此处查看此图的放大版本。
Baermann漏斗不适用于每种线虫(参见讨论部分了解具体的替代方案),并且最适合那些在Caenorhabditis或较小大小范围内的活性形式14。但是,如果研究可以使用Baermann漏斗,则有很多优点。该方法在现场是可行的,需要有限的设置,动手时间和成本。研究人员留下干净的样品,没有板上基质的障碍物,这使得拣选变得容易。使用过滤器还可以防止昆虫幼虫或螨虫污染板,这些幼虫或螨虫会咀嚼板或捕食样品中的线虫。最重要的是,Baermann漏斗有效地从底物中提取几乎整个群体14,根据研究的设计,这可能是必需的。例如,对计算野生种群的阶段或性别分布,发现生长缓慢或稀有的基因型或对未被OP50吸引的线虫进行采样感兴趣的研究人员可能会从这种方法中受益。这适用于研究生态17,群体遗传18或元遗传学19问题的研究人员,因为采样方案在采样时拍摄了种群的快照。
本手稿描述了使用Baermann漏斗分离线虫种群并在现场建立异方体和等雌雄同体线虫群的完整方案,使用为便于运输而选择的设备。对于在实验室附近进行实地考察的研究人员来说,可以省略或简化其中的许多步骤。
这种方法的核心原理是线虫会穿过淹没在水中的组织,而它们的底物和较大的无脊椎动物污染物则不会。该协议的关键步骤是(1)收集适当的基质,(2)将基质浸没在过滤材料中,(3)收集通过过滤器并沉入水底的蠕虫,以及(4)隔离单个蠕虫以产生异方体或异雌雄同体线。该方法的所有其他部分都可以根据可用资源,基质的性质或实地工作目标进行必要的修改。一些值得考虑的修改如下。
通过种植水果来诱捕蠕虫
如果在野外没有充足的富含细菌的腐烂材料,人们可能希望携带样品,如一块苹果或西红柿,任其腐烂。用几个木桩将诱饵固定好,这样较大的动物就不会将它们移走,这样以后可以很容易地找到它进行收集。避免阳光直射,因为诱饵在腐烂之前可能会变干。
用任何可用的材料构建漏斗装置
任何具有足够大的孔以容纳卡套管并足够稳定以支撑头重脚轻的漏斗的结构都可以工作。对于单个漏斗,水杯是合适的支架。可以使用任何类型的纸巾 – 面巾纸,卫生纸或纸巾。
减少漏斗中的材料,或调整等待时间,以防止缺氧或感染
如果样品中含有非常高浓度的蠕虫或细菌,线虫可能会在12小时孵育完成之前开始死于缺氧或感染。如果这是一个问题,研究人员可以更早地检查漏斗,或者用高度填充的底物的非常小的子样本准备一个额外的漏斗。
根据实验需求和约束调整NGM板制备
NGM板可以用适合实验的任何介质和食物来源制备。上述现场协议旨在最大限度地减少行李重量。根据行李限制和现场工作时间,携带已经浇注的NGM板 – 无论是在实验室中制备还是在商业上购买 – 可能比在现场浇注板更可取。
在实验室中执行漏斗隔离
该协议描述了在野外条件下执行完整的程序,以捕获自然界中发生的线虫种群。对于某些研究目标,在将样品装在密封袋中返回实验室后,稍后分离线虫可能就足够了。即便如此,贝尔曼漏斗法也提供了比其他分离方法更干净、更完整的存活线虫样本。然而,密封袋中的样品在旅行过程中可能会被选中,因为它们暴露在潜在的极端温度和缺氧中。通过在样品收集后尽快进行隔离,可以最大限度地减少这种情况。
Baermann漏斗的常见替代方法是将底物直接放在NGM板上并等待蠕虫爬出,这要么是高度劳动密集型的,要么导致种群的收集不完整。它还会产生被螨虫和昆虫幼虫污染的板块。Baermann漏斗法是一种低成本、低技术、低劳动力的策略,用于快速将整个活性蠕虫种群与其基质分离。
Baermann漏斗方法并不普遍适用于收集所有类型的野生线虫。一些植物性线虫需要超过12小时的时间才能从其基质中出来,并且过早释放的液滴中会消失,而一些昆虫寄生虫会爬到漏斗的顶部而不是底部,也逃避收集14。Baermann漏斗的替代品要么需要更专业的设备,要么需要更多的劳动力来恢复蠕虫。但是,如果上述警告是实验的问题,则它们可能仍然是首选。van Bezooijen14审查的替代选择包括漏斗喷雾方法,该方法为漏斗提供恒定的水雾,添加氧气并允许悬浮液中的细菌溢出。这允许从植物中更延长线虫的提取期。搅拌机离心浮选法通过按比重分离缓慢移动、非活动或向上爬行的线虫来回收它们,Oostenbrink洗脱器应用暗流将沉降沉积物与悬浮线虫分离,Cobb的方法使用一系列筛子通过其大小、形状和沉降率来分离线虫14。然而,为了收集横纹肌,Baermann漏斗有效地快速,轻松地生产出干净的样品。
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了NIH拨款R35GM141906和R21ES031364以及Damon Runyon Fellowship DRG-2371-19的支持。
1 L glass bottle | NA | NA | Step 1 – vessel for making plate media |
1 mL pipette tips | any | NA | Step 1 – dispense worm media additives and seed plates |
1 mL pipetter | any | NA | Step 1 – dispense worm media additives and seed plates |
35 mm worm plates | Tritech | T3500 | Step 1 – worm plates |
4mm ID rubber tubing | Fisher | 14178A | Step 3 – part of the funnel |
60 mm worm plates | Greiner | 628161 | Step 1 – worm plates |
65 mm Funnel | Fisher | 22170156 | Step 3 – part of the funnel |
Calcium chloride | Fisher | C79-500 | Step 1 – worm plate medium |
Cooking pot | NA | NA | Step 1 – a water bath for melting the agar to pour plates |
E. coli strain OP50 | Caenorhabditis Genetics Center | OP50 | Step 1 – worm food |
Field microscope | OMAX | G223CS | Step 6 – for viewing worms in the field |
Fly vial storage tray | Azer Scientific | ES-260T | Step 3 – to build a platform to hold 12 funnels |
Hot plate or stove | NA | NA | Step 1 – to heat the water bath |
Kimwipes | KimberlyClark | 34120 | Step 4 – filter for the funnels |
LB media | Gibco | 10855021 | Step 1 – for growing OP50 |
Lighter | NA | NA | Step 6 – sterilize the worm pick |
Magnesium sulfate | Fisher | M63-500 | Step 1 – worm plate medium |
NGM-lite agar | USBiological | N1000 | Step 1 – worm plate medium |
Parafilm M wrapping film | Fisher | 13-374-10 | Step 6 – pack worm plates for travel |
Potassium phosphate dibasic | Fisher | BP363-500 | Step 1 – worm plate medium |
Potassium phosphate monobasic | Fisher | P285-3 | Step 1 – worm plate medium |
scalpel | NA | NA | Step 3 – cut holes for the funnels |
scissors | NA | NA | Step 3 – cut the rubber tubing |
Tape | NA | NA | Step 3 – tape the funnel holder together |
Tubing clamps | Fisher | 5869 | Step 3 – part of the funnel |
Worm pick | NA | NA | Step 6 – for isolating individual worms |
Ziplock-style storage bags | NA | NA | Step 2 – to bag a substrate sample |