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该方案使胚胎阿斯蒂亚纳克斯的基因表达可视化。这种方法的发展目标是最大限度地提高基因表达信号, 同时最大限度地减少非特异性背景染色。
近年来, 墨西哥盲人的基因组草案已经发布, 揭示了数千个基因的序列特征。此前对这一新兴模型系统的研究利用了全基因组的全面研究, 这些研究已经确定了许多与各种洞穴相关表型相关的定量性状位点 (qtl)。然而, 将感兴趣的基因与表型变化的遗传基础联系起来的能力仍然是一个重大的挑战。一种能够促进更深入地了解发育在多态进化中的作用的技术是全安装原位杂交。这项技术可以用来直接比较洞穴和地表居住形式之间的基因表达, 提名已建立的 qtl 基础的候选基因, 从下一代测序研究中识别感兴趣的基因, 或开发其他基因基于发现的方法。在本报告中, 我们提出了一个简单的协议, 并得到了灵活的清单的支持, 可以广泛适应, 远远超出所提出的研究系统。希望该议定书能够成为Astyanax社区内外的广泛资源。
原位杂交是染色固定组织的常用方法, 可直观地显示基因表达模式1。这项技术已在其他传统的2和非传统3型模型系统中进行多年, 用于各种生物研究。但是, 要成功执行此过程, 需要执行几个步骤和试剂。对于从未使用过这种技术的调查人员来说, 由于涉及许多步骤, 启动这一过程可能会令人望而生畏。此外, 此过程的冗长性质可能会导致技术错误, 而对故障排除可能会很有挑战性。
本文的总体目标是介绍一种简单而直接的方法, 使这种杂交技术可供广大受众访问。为了减少错误的引入, 我们提出了一个简单的方法, 产生高质量的基因表达染色, 并最大限度地减少非特异性背景信号。此过程类似于在传统模型系统中开发的其他方法, 如daio rerio 4。在这里, 我们的目标是使用可下载的清单 (补充文件 1) 促进每个步骤的谨慎实施, 以促进协议的谨慎实施。这样做的理由是通过这一程序所涉及的许多步骤为组织提供便利。本文适用于有兴趣在胚胎发育过程中进行全安装原位杂交的研究人员, 但尚未进行该程序。对于Astyanax研究人员来说, 所选择的方法的优点是, 它已在紫鱼和表面鱼类形态中进行了测试和验证, 从而有助于比较表达分析。该方法可供研究人员在阿斯蒂亚纳克斯等系统的研究中使用。
这里描述的所有方法都得到了辛辛那提大学动物护理和使用机构委员会 (《议定书》 #10-01-21-01) 的批准。
1. 固定
2. 脱水
3. 第1天: 补液
4. 第1天: 消化和固定
5. 第1天: 预杂交
6. 第2天: 杂交
7. 第3天: 解决方案准备
8. 第3天: 清除探测器
9. 第3天: 阻塞
10. 第4天: mabt 冲洗
11. 第5天: 探测可视化
12. 成像
在本报告中, 我们提供了一种简单而直接的方法来对胚胎Astyanax标本进行标记, 以进行高质量的基因表达分析。此技术可以在四天或五天内执行, 过程中的每个主要步骤都在颜色编码的流程图中表示 (图 1)。一旦完成, 染色的胚胎应该在表达特定感兴趣基因的组织中贴上深紫色的彩色标签。我们在 pachón 河豚 (图 2a-b, e) 和水面鱼类 (图 2A-d, f) 胚胎中成功地实现了这一协议。
对卵鱼胚胎进行染色, 发现两个转录因子标记早期神经冠状组织, sox9和tfap2a5,6。标记为sox9表达式的胚胎在发育中的分枝弓和胸鳍 (黄色箭头,图 2 a) 中表现出清晰的标记。请注意, 卵黄囊或侧面发育中的体细胞几乎不存在染色 (图 2a)。同样, tfap2a 表达在发育中的头部部分以及沿胚胎背侧侧区域的早期迁移神经冠细胞 (图 2b, 箭头) 中都很明显。为空鱼胚胎提供的第三个代表性基因是phf20a,这是成骨细胞分化的标志7。注意在体细胞中胚层和后头的部分, 注定会产生骨组织的积极染色 (图 2e, 箭头)。
在鱼类表面胚胎中, 我们研究了cxcr、 adxap1a和sox10基因。cxcr编码了一种 g 蛋白膜结合受体, 它能将 cxc 趋化因子8结合在一起。正面标记存在于头部和侧面的孤立区域 (图 2f, 箭头), 以及在卵黄囊上方的几个单独的细胞。腺苷酸环酶活化多肽 adcyap1a在中枢神经系统的各个区域表达, 包括垂体细胞。注意胚胎背侧的配对双侧细胞簇的高度特异性表达;以及更大的中线表达式区域 (图 2c, 箭头)。最后, 我们提出了sox10的表达式, 这是一种转录因子, 它标记早期神经冠和少突胶质细胞10。高度特异性阳性染色是明显的神经冠的早期标记的左侧和右侧的背侧 (图 2d, 箭头)。
我们提出了其他调查人员可能遇到的两类混淆问题中的每一种。一个人定期遇到的第一个问题是点点非特异性标签的斑点。这些斑点可能会出现在最后的 mabt 冲洗中的沉淀, 或在着色反应过程中的 ap 缓冲液。这种非特异性标记的一个例子在表面鱼类胚胎的蛋黄囊上很明显, 被染色为pnp4a 的表达。该基因编码一种酶 (嘌呤核苷磷酸化酶), 促进产生虹彩色素 11.这种基因首先在发育中的眼睛和游泳膀胱中显现出来。在协议的最后阶段, 通过频繁清洗和更换 ap 缓冲区 + nbt/bcip (图 3A), 消除了在一些表面样品中观察到的点状斑点 (图 3a)。一个人定期遇到的第二个问题是分散的, 主要是非特定的表达基因, 否则会产生一个独特的表达模式。一个例子是bmp4基因, 它显示为一个主要是漫反射的模式, 在整个标本中存在低含量的铬原 (图 3c)。在这样的情况下, 我们通常会识别基因的不同区域, 放大到一个载体, 并执行一个新的探针合成 (见补充文件 6)。提供了一个控制 (无探头) 样品的示例 (图 3d), 以说明我们失败的bmp4探头的漫反射和非特定性质。
图 1: 用于全安装原位杂交的简单流程图.该流程图利用颜色编码来说明原位杂交的主要步骤。请点击这里查看此图的较大版本.
图 2: 六个基因的代表性染色, 同时使用阿斯蒂亚纳克斯的洞穴和表面形态.(a) 图像显示了sox9在受精后 72小时 (hpf) 右侧的特定染色 (黄色箭头)。(b) tfap2a的具体染色在 36 hpf pachón cavefish (45x) 的右侧是明显的。(c) adcyap1a 的双侧和中线染色 (黄色箭头) 标记在 72 hpf 表面鱼类 (100x) 的背侧区域。(d) 将sox10 保存在24 hpf 表面鱼类 (100x) 的神经冠组织中。(e) phf20a在 24 hpf pachón 塌陷 (100x) 的背侧区域表现出微弱但清晰的表达模式。(f) 细胞因子受体cxcr在 24 hpf 表面鱼类 (100x) 右侧侧的不同区域表达。a、b、e、f 中的刻度条 = 0.5 mm;以 c、d = 2.5 毫米为标度条. 请点击此处查看此图的较大版本.
图 3: 全安装原位杂交的次优结果的代表性示例.(a) 在 72 hpf pachón 塌陷 (100x) 的右侧侧向, 特定染色与非特异性沉淀物和/或碎片 (红色箭头) 一起明显。(b) a 中显示的同一探针, 在 72 hpf pachón 塌陷 (100x) 中描绘了相同的染色模式, 没有沉淀或背景。(c) 72 hpf pachón 空鳍的右侧侧面显示bmp4 在45x 放大倍率下的漫反射、非特异性染色。(d) 在没有增加探测器的情况下, 接受本议定书的 72 hpf pachón 屈服。刻度条 = 0.5 毫米,请点击这里查看此图的较大版本.
由于 rna 容易降解, 该协议中最关键的步骤之一是 rna 探针的无菌合成。然而, 如果探头是精心生成的, 并提供了良好的结果, 它可以在随后的染色反应中重复使用。第二个关键步骤是仔细生产整个协议中使用的所有试剂。由于该协议涉及几天和许多小步骤, 因此必须准确地生产所有试剂, 并以无菌的方式储存。此外, 调查人员对协议中的每一步都进行仔细跟踪, 这一点至关重要。我们发现, 所提供的步骤清单对于确保准确和准确地完成本协议的各个方面非常有用。
我们并不经常修改我们在这里介绍的协议。然而, 研究人员可以在与建议温度不同的温度下进行探针孵育 (即 70°c)。杂交温度的轻微变化会影响 rna 探针的结合, 因此, 寻求最佳的杂交温度会对染色质量产生积极影响。关于故障排除, 我们强烈建议其他调查人员使用本文提供的检查表 (补充文件 1)。保持仔细的记录是确保高质量染色的必要的第一步。建议的第二个小修改是在不摇晃的情况下执行最终着色反应 (例如, 不放在平台振动台或螺母上)。这样做的原因是, 我们定期注意到沉淀的产生, 这大概产生于 ap 缓冲液。这种沉淀通常会被覆盖到深色, 并在染色组织上产生点状 (非特异性) 背景。为了最大限度地减少这种沉淀物的产生, 我们在每次反应之前准备了灭菌的 ap 缓冲液。此外, 一旦 nbt 和 bcip 添加到缓冲液中, 我们将每小时用新鲜的缓冲液和 nbt/bcip 替换它, 直到着色反应完成。
对所提出的方法的一个局限性是, 采用彩色染色的基因表达可视化。我们更喜欢这种方法, 因为它具有成本效益, 只需要光学显微镜即可可视化。如果你有兴趣评估定量差异, 我们建议他们使用荧光着色反应。这将使半定量, 例如, 通过比较实验之间的相对荧光表达单位。
现场杂交协议可在12、13 网络以及科学出版物上广泛查阅。我们提出的协议是专门为我们的模型系统--马西肛门开发的。我们使用这个协议来染色几十个基因的表达, 并觉得它一贯提供高质量的结果。此协议的一个显著优势是项目的分步检查, 以使调查员能够执行多个任务, 同时确保准确完成此协议的每个步骤。我们希望该协议将作为一个有用的资源, 其他调查人员在该领域和其他领域, 并预计这一共同的实验室技术将支持未来的发现, 将基因型与表型联系在盲目的墨西哥空鱼。
作者没有什么可透露的。
作者希望感谢格罗斯实验室的成员对这份手稿的有益评论。我们要感谢在2017年和2018年暑期实习期间使用这一礼仪的四名高中生, 其中包括克里斯汀·曹、迈克尔·沃登、阿基·李和大卫·恩万克沃。hl 在2017年夏季得到了 uc 生物 stem 研究金的支持。这项工作得到了国家科学基金会 (deb-1457630 至 jbg) 和国家牙科和颅面研究所 (nih;de025033 至 jbg)。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10 mL Serological Pipette | VWR | 89130-888 | |
1000 mL Filtration Unit | VWR | 89220-698 | |
15 mL Conical | VWR-Greiner | 82050-278 | |
25 mL Serological Pipette | VWR | 89130-890 | |
250 mL Filtration Unit | VWR | 89220-694 | |
5 mL Serological Pipette | VWR | 89130-886 | |
50 mL Conical | VWR-Falcon | 21008-940 | |
500 mL Filtration Unit | VWR | 89220-696 | |
Anti-Digoxigenin-AP, Fab fragments | Sigma-Roche | 11093274910 | |
BCIP | Sigma-Aldrich | B8503-1G | 1 g |
Blocking Solution | Sigma-Roche | 11 096 176 001 | 50 g |
Citric Acid | Fisher Scientific | A104-500 | 500 g |
DIG RNA Labeling Kit (SP6/T7) | Sigma-Roche | 11175025910 | |
Eppendorf Tubes | VWR | 20170-577 | |
Ethanol | Fisher-Decon | 04-355-223 | 1 Gal |
Formamide | Thermo Fisher Scientific | 17899 | 100 mL |
Glass dram vials | VWR | 66011-041 | 1 Dr |
Glass Pipettes | Fisher Scientific | 13-678-8A | |
HCl | Thermal-ScientificPharmco-AAPER | 284000ACS | 500 mL |
Heparin | Sigma | H3393-25KU | |
Magnesium Chloride-crystalline | Fisher Scientific | M33-500 | 500 g |
Maleic Acid | Sigma | M0375-100g | 100g |
Methanol | Fisher Scientific | A452-4 | 4L |
Molecular-grade Water (RNase-free) | VWR | 7732-18-5 | 500 mL |
NaCl | Fisher Scientific | S271-3 | 3 kg |
NaOH pellets | Fisher Scientific | S318-500 | 500 g |
NBT Substrate powder | ThermoFisher Scientific | 34035 | 1 g |
Normal Goat Serum | Fisher-Invitrogen | 31873 | |
Nutating Mixer | VWR | 82007-202 | |
Paraformaldehyde | Sigma | 158127-500g | 500 g |
PBS 10x | Fisher Scientific | BP399-20 | 20L |
Proteinase K (200mg/10ml) | Qiagen | 19133 | 10 mL |
Plastic Pipettes | VWR-Samco | 14670-147 | |
RNAse | Sigma | R2020-250mL | 250 mL |
Shaking Water Bath 12 L | VWR | 10128-126 | 12 L |
Standard Analog Shaker | VWR | 89032-092 | |
Tris | Sigma Millipore-OmniPur | 9210-500GM | 500 g |
tRNA Yeast | Fisher-Invitrogen | 15401011 | 25 mg |
Tween 20 | Sigma | P9416-50mL | 50 mL |
Vortex-Genie 2 | Fisher Scientific-Scientific Industries, Inc | 50-728-002 | |
Lithium Chloride (LiCl) | Sigma-Aldrich | 203637-10G | 10 g |
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