2013年2月13日
我们演示了如何利用RNAi饲喂技术在C. elegans中敲低目标基因,并评估其体长表型。该方法可用于大规模筛选,以鉴定潜在的感兴趣遗传组分,例如参与DBL-1/TGF-β信号通路调控体长的基因。
本视频演示了一种用于鉴定调控线虫生长和体型大小基因的实验方法。通过RNA干扰(RNAi)技术使候选基因失活:首先制备含有表达针对目的基因的双链RNA细菌的培养板。将处于四龄幼虫期的雌雄同体线虫转移至RNAi培养板中。
当它们发育至年轻成虫阶段后,将其转移至新的RNAi平板以产卵。数小时后移除成虫,留下同步化的胚胎群体。在所需发育阶段收集后代,并将其置于载玻片上进行观察。
最后,获取线虫的显微图像。图像分析展示了基因失活所引起的身体尺寸变化。尽管该方法可用于鉴定TGF-β信号通路的调控因子,也可应用于其他调控海鞘类动物幼后发育的信号通路,例如胰岛素信号通路。
首先将目标基因序列克隆到载体 L4440 中(一种常用的线虫 RNAi 质粒),然后将重组质粒转化至细菌菌株 HT115(DE3) 中进行培养。将转化后的细菌接种于含有 25 µg/mL 氨苄青霉素和 12.5 µg/mL 四环素的 LB 琼脂平板上,随后挑取单克隆用于后续实验。
同时,将空载体 L 4 4 4 0 转化至细菌菌株 HT one 15 中。作为实验对照,将转化后的细菌接种于 1 毫升含有 100 微克/毫升氨苄青霉素的 LB 液体培养基中,在 37 摄氏度下过夜培养。
不添加四环素,因为它会降低RNAI的效率。向过夜培养物中加入5毫升含有100微克/毫升氨苄青霉素的LB培养基,然后在37摄氏度下继续孵育4至6小时。培养物准备就绪后,将0.5毫升实验组或对照组细菌接种到标记有相应克隆名称的RNAI线虫平板上。
每种条件至少应准备两个培养皿。将培养皿在37摄氏度下孵育过夜。第二天。
应存在表达RNAi(含或不含目标基因序列)的细菌菌苔。动物将利用这些细菌作为食物来源。一旦RNAi喂养平板准备就绪,用火焰灭菌铂丝的尖端。
然后用铂金丝将六到十只四龄幼虫期(L4期)的秀丽隐杆线虫雌雄同体转移到每个RNAi平板上。在20摄氏度下培养过夜。次日,这些线虫将发育为年轻成虫。
将它们转移到新制备且正确标记的RNAi平板上。在20摄氏度条件下孵育4至6小时,使成虫产卵。孵育结束后,从平板中移除所有成虫,以同步后代发育。
成虫移除后,开始计时,此为零时。将培养皿置于20摄氏度条件下孵育,使动物生长至目标发育阶段。
此处将选择年轻成体进行表型分析。对于发育速率正常的基因敲低样本,需要72小时的孵育时间。需要注意的是,不同基因对动物发育的影响各不相同,因此孵育时间可能需要相应调整。
如果RNAi导致动物以不同的速率生长,则可通过以下特征识别年轻成虫:即处于L4期后不超过24小时,且具有完全发育的外阴结构(VUL)以及子宫内含有2至6个胚胎的个体,如图所示。要识别其他发育阶段,研究人员应以性腺和外阴(VUL)的发育情况作为参考依据。一旦动物生长至适当阶段,即可准备对经RNAi处理的线虫进行体长表型的评分。
接下来,如图所示,在一个厚度为一毫米的玻璃载玻片上放置两层彩色标签胶带。制备两个这样的载玻片。然后将一个新的玻璃载玻片置于两个带有胶带的载玻片之间,并加入一滴溶于水的2% Agros溶液。
在新载玻片中央,将另一块载玻片压在上面,形成一层薄薄的琼脂垫。待琼脂凝固后,移除上方的载玻片。带有琼脂垫的载玻片即可用于加样线虫。
用克隆名称标记载玻片。向 aros 垫中加入 10 微升 25 毫摩尔的叠氮化钠。然后像之前一样使用铂金丝,将 30 至 40 只动物转移至叠氮化钠溶液中。
为了固定它们,在顶部放置盖玻片。对携带RNAi处理的重组和空L 4 4 4 0动物均进行此操作。接着,将微米尺载玻片置于解剖显微镜下,使用2.5倍物镜。
使用 Q Capture 或类似软件拍摄显微测微尺的图像并保存。然后将线虫置于显微镜下并拍摄图像。首先测量体长时,在 Image Pro 软件中打开显微测微尺的图像。
然后单击“测量”并选择“校准”。接着选择“空间校准向导”,并选中“校准活动图像”选项。单击“下一步”。
输入校准的名称,并确保空间参考单位设置为微米。然后勾选“创建参考校准”按钮,点击“下一步”。点击“绘制参考线”。
将出现一个参考比例尺。移动比例尺的位置,使其两端与显微测微尺的末端对齐。然后指明该参考比例尺表示1000个单位。
单击“确定”,然后单击“下一步”和“完成”。软件校准后,打开一张线虫图像。
然后在“测量”菜单下选择校准,再点击选择空间。在下拉菜单中,选择为显微测微尺校准创建的文件名。然后在“测量”菜单下,选择打开窗口中的测量选项。
选择自由绘制工具,使用计算机鼠标沿动物身体从头部到尾部的中心画一条线。长度将在窗口中显示。对视野中的所有动物重复此过程。
将长度测量数据导出至 Microsoft Excel 文件或其他合适的统计软件中。通过计算每个样本的均值和标准差来分析数据,然后使用学生t检验对各组结果进行比较。
转化生长因子β(TGFβ)超家族蛋白DBL-1是激活TGFβ信号通路所必需的。在信号激活后,细胞内Smad信号转导分子会转位至细胞核,并启动基因转录。TGFβ通路发生缺陷的秀丽隐杆线虫表现为体型较小,其体长较野生型动物更短。
因此,秀丽隐杆线虫可用于筛选体形大小突变体,以鉴定TGFβ信号通路的组分和调控因子,并通过喂养法RNAi检测其有效性,从而筛选体形大小突变体。利用RNAi通过喂养法敲低了秀丽隐杆线虫四种不同品系中DBL-1通路组分SMA-3和SMA-6。
测试的秀丽隐杆线虫品系包括两种对RNAi高度敏感的品系:A一、Lin 15 B和RF三,以及标准野生型品系N二和LIN 36品系,其中LIN 36的RNAi敏感性与N二相似,如图所示。当SMA三或SMA六的表达被干扰时,除Lin 36中SMA六RNAi外,动物体长显著短于对照动物。RF三为背景品系。
经RNAi处理后,幼龄成虫的体长为仅含载体对照组的84%至95%。在A型lin-15B背景下,经RNAi处理后幼龄成虫的体长为对照动物的68%至86%。然而,A型lin-15B品系产生的子代数量较少。
这使得它们不适合大规模筛选。因此,建议在这些技术中使用RF三菌株。观看本视频后,您应该能够很好地理解如何利用RNA干扰技术鉴定调控生长和体型的基因。
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本视频展示了使用RNA干扰(RNAi)来识别调节秀丽隐杆线虫生长和体型大小的基因的程序。该方法允许大规模筛选以通过DBL-1/TGF-β信号发现参与体型调节的遗传组分。
This RNAi feeding strategy enables scalable, cost-effective screening for genes regulating body size in C. elegans, supporting target validation in developmental pathways. By linking phenotypic readouts to TGF-β signaling, it provides mechanistic de-risking for early discovery programs focused on growth regulation. The method’s reproducibility and minimal equipment needs make it suitable for academic-industrial collaboration in preclinical target identification.
The method fits within early discovery to lead identification, where genetic hits are prioritized for pathway validation and mechanistic follow-up.