A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
هنا ، نقدم سير عمل سريع ومنخفض التكلفة للتصوير عالي الدقة لعيون ذبابة الفاكهة البالغة لتحديد عيوب الزخرفة والنمو. نصف بروتوكولنا لإعداد العينة عن طريق تركيب النقاط والحصول على الصور عالية الدقة وتحليل الصور.
ذبابة الفاكهة العين المركبة هي نسيج منقوش بدقة كشف عن الآليات الجزيئية والعمليات البيولوجية التي تدفع التشكل. إنه هيكل بسيط لعيون الوحدة المتكررة ، والتي تسمى ommatidia ، والتي تستخدم لتوصيف التفاعلات الجينية ووظائف الجينات. يمكن اكتشاف الطفرات التي تؤثر على بنية العين وتحليلها بسهولة. ومن ثم، كثيرا ما يستخدم هذا النظام في المؤسسات التي تعاني من نقص الموارد. غالبا ما يتضمن المزيد من التحليل الظاهري المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لتوليد صور عالية التكبير مناسبة للتحليل الكمي. ومع ذلك ، فإن SEMs باهظة الثمن وتتطلب كواشف مكلفة. يمتد تحضير العينة لأيام ؛ وغالبا ما يحتاجون إلى موظفين بدوام كامل لإعداد العينات وصيانة الأدوات. وهذا يحد من فائدتها في المؤسسات التي تعاني من نقص الموارد أو أثناء التقشف في الميزانية. في علم الحشرات ، يعد استخدام تقنية التصوير الرقمي عالي الدقة ممارسة شائعة لتحديد الأنواع وتوصيفها. تصف هذه الورقة طريقة تجمع بين الاستراتيجيات وتسمح بالتصوير الرقمي عالي الدقة لهياكل ذبابة الفاكهة البالغة والتحليل الكمي باستخدام البرنامج المفتوح ImageJ. يعد سير العمل بديلا سريعا وصديقا للطلاب يعالج قيود المرافق البحثية التي تعاني من نقص التمويل ونقص الموارد من خلال نهج فعال من حيث التكلفة وسريع لتحليل النمط الظاهري الكمي.
ذبابة الفاكهة السوداء هو كائن حي نموذجي وراثي قوي تم استخدامه لعقود لتوضيح مسارات الإشارات الجزيئية والسلوكيات الخلوية. تم تحديد العديد من مسارات الإشارات المحفوظة تطوريا والتي تعتبر ضرورية للتطور متعدد الخلايا لأول مرة وتحديد آلية عملها في ذبابة الفاكهة. حوالي 65-75٪ من جميع الجينات المرتبطة بالأمراض البشرية لديها أخصائيي تقويم العظام في ذبابة الفاكهة1،2. ذبابة الفاكهة البالغة العين هي نموذج مهم سمح بفحوصات جينية غير متحيزة سهلت اكتشاف الجينات المحفوظة المهمة المتورطة في الأمراض البشرية ، بما في ذلك السرطان3،4 ، والتنكس العصبي5 ، واضطرابات التمثيل الغذائي6.
تتكون عين ذبابة الفاكهة من ~ 800 وحدة عيون ، تسمى ommatidia ، والتي يتم تنظيمها بدقة في نمط سداسي عبر سطح العين البالغة7. يتكون كل أوماتيدييوم من ثمانية خلايا عصبية مستقبلة للضوء تحتل موقعا مميزا داخل شبه منحرف غير متماثل. يتم دعمها بواسطة أربع خلايا مخروطية غير عصبية وخليتين صبغيتين أساسيتين تفرزان العدسة والمخروط الزائف لتركيز الضوء على المخططات المستشعرة للضوء للخلايا العصبية المستقبلة للضوء. يتم فصل ommatidia المجاورة بصف واحد من الخلايا الشبكية interommatidial ، والتي تتكون من خلايا صبغية ثانوية ، وخلايا صبغية ثلاثية ، ومجمعات شعيرات حسية ميكانيكية8،9،10.
تظهر الاضطرابات في نمو العين في عيون البالغين على شكل زيادة أو نقصان حجم العين ، أو وفرة أو بنية غير طبيعية للعدسات أو الشعيرات ، أو "العين الخشنة" حيث يتعطل الزخرفة السداسية الثابتة عادة بحيث لا يمكن متابعة صف من ommatidia عبر سطح العين. يمكن تسجيل هذه الأنماط الظاهرية على مستوى الأنسجة الإجمالية باستخدام مجاهر التشريح. يتضمن التحليل التفصيلي للأنماط الظاهرية تقليديا الفحص المجهري الإلكتروني المتبوعا بالتحليل الكمي للصور11. ومع ذلك ، فإن الفحص المجهري الإلكتروني المسح يتطلب أجهزة باهظة الثمن ، وكواشف مكلفة ، وإعداد عينات تمتد لأيام ، وغالبا ما يكون موظفا بدوام كامل للحفاظ عليه.
الشكل 1: سير العمل لتصوير هياكل ذبابة الفاكهة البالغة. (أ) جمع ذبابة الفاكهة البالغة وإصلاحها في 70٪ من الإيثانول. (ب) إعداد عينات للتصوير عن طريق التركيب النقطي وتثبيته على المسامير. (ج) الحصول على صور عالية الدقة من خلال تكديس التركيز البؤري والتكامل. (د) تحديد الصور كميا باستخدام الفيجي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تقدم هذه الورقة سير عمل غير مكلف نسبيا ، وله وقت قصير لإعداد العينة ، ويمكن إعداده بسهولة على مقعد مختبر بطول 3 أقدام ، ولا يتطلب مواد خطرة ، ويمكن أن يكون إضافة طويلة العمر لمختبرات أبحاث ذبابة الفاكهة (الشكل 1). التثبيت النقطي هو تقنية حشرية تستخدم لتجفيف الحشرات الصغيرة الرخوة في الهواء والحفاظ عليها ، مثل ذبابة الفاكهة12. تعتمد هذه الطريقة على الجمع بين أهداف المجهر وكاميرات DSLR عالية الدقة لتكبير فعال من 10x إلى 1,000x. يتم التغلب على العمق المحدود للمجال المتأصل في التصوير الفوتوغرافي عن طريق تكديس التركيز: تجميع سلسلة من الصور معا مع تحرك المستوى البؤري عبر العينة ذات الأهمية13. تنتج هذه الطريقة صورا عالية الدقة مناسبة لقياس الأنماط الظاهرية ويمكن تكييفها بسهولة مع الهياكل الأخرى ذات الأهمية ، مثل الجناح والساق والصدر والبطن. يستخدم سير عمل تحليل الصور برنامج تحليل الصور المجاني FIJI (NIH ImageJ). تجعل هذه المنهجية إعداد العينات والتصوير عالي الدقة والتحليل في متناول الطلاب الجامعيين والعلماء في المؤسسات التي تعاني من نقص الموارد.
1. جمع ذبابة الفاكهة البالغة وتثبيتها
2. تحضير العينة عن طريق تركيب النقطة
ملاحظة: ذبابة الفاكهة هي حشرات ناعمة الجسم تصبح هشة وتنهار عند تجفيفها بالهواء. لذلك، يتطلب هذا البروتوكول تصوير العينات في نفس اليوم الذي يتم تركيبها فيه. اعمل في مجموعات صغيرة من ~ 5 ذباب في وقت واحد لمنع فقدان العينة. زيادة عدد العينات في مجموعة بناء على الكفاءة. يمكن تجفيف العينات التي تتطلب مزيدا من الوقت قبل التصوير من خلال سلسلة تركيز متزايدة من سداسي ميثيل ديسيلازان (HMDS)14.
الشكل 2: تحضير العينة. (أ) ذبابة الفاكهة البالغة يتم فرز بناء على علامات النمط الظاهري ويتم جمعها في أنابيب طرد مركزي دقيقة مصنفة تحتوي على 70٪ من الإيثانول على الجليد. يتم تخزين الذباب عند 4 درجات مئوية طوال الليل. (ب) يتم تحضير نقاط البطاقة الورقية عن طريق ثني الطرف الضيق بزاوية 90 درجة من باقي البطاقة باستخدام زوج من الملقط # 5. (ج) يتم استرداد الذباب من الأنابيب والسماح له بالجفاف في الهواء لفترة وجيزة. يتم تطبيق إخفاء الغراء على الطرف الصغير المطوي لنقطة البطاقة المعدة ويتم لصقه على الذبابة البالغة في أجزاء البطن 2-3. (د) يتم تثبيت العينات ، مع ملصق تعريف ، على دبوس حشرات من الفولاذ المقاوم للصدأ # 3. (ه) يتم تخزين العينات المثبتة على لوحة عينة حتى تصبح جاهزة للحصول على الصور. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
3. اكتساب تصوير تكديس التركيز عالي الدقة
الشكل 3: الحصول على الصور. (أ) جهاز تصوير بأجزاء تحمل علامة على النحو التالي: أ) جسم كاميرا DSLR؛ ب) عدسة تليفوتوغرافي. ج) هدف ومحول مجهر Apo 20x ؛ د) فلاش؛ ه) ناشرات العدسة والقبة ؛ و) وحدة تحكم Stackshot ، سكة حديد الماكرو ، والمرحلة الدوارة ؛ ز) المرحلة العالمية جيمبال ؛ ح) حامل ثلاثي القوائم. (ب) جهاز تصوير مع موزع ضوء في مكانه. (ج) لقطة مقربة للعينة المركبة في موضعها للتصوير. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
4. سير عمل تحليل فيجي لحساب منطقة العين البالغة
الشكل 4: تحليل الصور في فيجي. (أ) قياس الصورة الأصلية. قم بتنزيل صورة المعايرة وقم بقياس طول شريط 500 ميكرومتر. (ب) اضبط القياس باستخدام وظيفة ضبط المقياس . (ج) افتح الصورة المكدسة. (د) تكبير الصورة بحيث تكون العين في المنتصف وملء الشاشة تقريبا. (ه) استخدم أداة Freehand Select لتحديد العين عند الحد بين الصف الخارجي من ommatidia والبشرة المحيطة. (F) يتم حساب قياس المساحة داخل المنطقة المحددة بالنقر فوق تحليل | قياس | منطقة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ذبابة الفاكهة العين هي نظام نموذجي ممتاز لدراسة زخرفة الأنسجة والتحكم في النمو وموت الخلايا. نشرنا مؤخرا دراسة تبحث في كيفية تأثير الأس الهيدروجيني داخل الخلايا (pHi) على نمو الأنسجة. أولا ، أنشأنا نظاما وراثيا حيث يتسبب الإفراط في التعبير عن مبادل البروتون الصودي?...
نصف هنا طريقة لإعداد العينة والتصوير عالي الدقة وتحليل هياكل ذبابة الفاكهة البالغة. ذبابة الفاكهة هي نظام نموذجي قابل للتتبع وراثيا أسفر عن رؤى مهمة حول الآليات الجزيئية الكامنة وراء الأمراض بما في ذلك السرطان19 والتنكس العصبي20 وأمرا...
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
يود المؤلفون أن يشكروا أعضاء مختبر Grillo-Hill pHly على المناقشات والدعم. نشكر تيم أندريس وراندي كيرشنر وكيتي (نجوك هونغ) نجوين وماركو بارنت وجوني شالوب وليبرادو فيليز على الدعم الفني الممتاز. تم دعم هذا العمل من قبل جوائز المعاهد الوطنية للصحة SC3GM132049 و 1R16GM153640 (BKGH) ، وجائزة أبحاث أعضاء هيئة التدريس والطلاب في جامعة CSU للتكنولوجيا الحيوية (LM و BKGH) ، وأموال بدء التشغيل من كلية العلوم وقسم العلوم البيولوجية في جامعة ولاية سان خوسيه (FJL). تنويه خاص إلى بيرند بيكر لسعة حيلتهم ومساعدتهم خلال هذه العملية. نشكر مجتمع BioIcons (https://bioicons.com/) على توفير أيقونات عالية الجودة لشخصياتنا وخاصة Serviere لأيقونة الماصة ، و DBCLS لذبابة الفاكهة ، والملقط ، وأيقونات المجهر الإلكتروني المكتبي المستخدمة في الشكل 1 والشكل 2 ، والتي تم ترخيصها بموجب CC-BY 4.0 Unported. نشكر أيضا مجتمع SciDraw (https://scidraw.io/) على توفير أيقونات عالية الجودة لشخصياتنا ، وخاصة Diogo Losch De Oliveira (doi.org/10.5281/zenodo.3925953) ، المرخصة بموجب ترخيص المشاع الإبداعي 4.0 (CC-BY).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL serological pipette | ThermoFisher Scientific | 170353N | |
1.7 mL microcentrifuge tubes | Genesee Scientific | 24-282LR | |
20x Apo Microscope Objective | Mitutoyo Corp. | 378-804-3 | |
Archival 65 lb cardstock | Neenah, Inc. | 91901 | |
Canon EF 70-200 mm USM II telephoto lens | Canon | 3044C002 | |
Canon EOS 6D Mark II DSLR Camera Body | Canon | 1897C002 | |
Diffuser Dome | Macroscopic Solutions | PA-DIF-GIM-SM | |
Diffuser for Mitutoyo M Plan APO Objectives | Macroscopic Solutions | mitutoyo-diffusers | |
Drosophila vials and plugs | Genesee Scientific | 32-117BF | |
Dumont #5 fine-tip forceps | Fisher Scientific | NC9889584 | |
Goose feathers | Amazon | B01CMMJI6U | |
Heavy-Duty Anodized Aluminum Tripod | Really Right Stuff, LLC | TFA-32G | |
Kimwipes | Fisher Scientific | 06-666A | lint-free lab tissue |
Levenhuk M1000 Plus Digital Camera | Levenhuk | 70358 | |
No. 3 mounting pin | Indigo Instruments | 33414-3 | |
Nutri-Fly Bloomington Drosophila media | Genesee Scientific | 66-113 | fly food |
Point-Punch | M.C. Mieth Manufacturing, Inc. | 448Detail | |
Screwknob Clamp | Really Right Stuff, LLC | SK-Clamp | For attaching the macro rail to the tripod |
Stackshot Controller and Macro Rail | Cognisys Inc. | ST3X_100_BUNDLE | |
Step-down Ring Adapter | RAF Camera | 763461174207 | Lens adapter to connect the microscope objective to the camera lens |
Titebond Glue | Franklin International | 5013 | |
Yongnuo YN-24-EX Macro Twin Lite Flash | Shenzhen Yongnuo Photographic Equipment Co. | YN-24EX | |
Software | |||
Canon EOS Utility (v. 3.16.1). | Canon | acquisition software | |
FIJI | National Institutes of Health | Fiji is released as open source under the GNU General Public License. FIJI Version 2.14.0/1.54f | |
GraphPad Prism | GraphPad Software, Boston, Massachusetts USA | Prism Version 10.3.1 | |
Zerene Stacker (v.1.04) | Zerene Systems, LLC | Focus Stacking Software |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved