We would like to thank Dr. Robert Angerer for his careful reading and editing of the manuscript. NIH R15HD088272-01 as well as the Office of Research and Development, and Department of Biological Sciences at Mississippi State University provided support for this project to RCR.

1. استراتيجية تصميم Morpholino إنتاجية عالية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد الجين (ق) من الفائدة (على سبيل المثال نهج الجين مرشح، تحليل رابطة الدول المستقلة التنظيمية، RNAseq و / أو شاشات التفاضلية البروتين). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الجيني، transcriptomic، وبيانات التعبير الجيني متاح في المواقع التي يتم تحديثها باستمرار (على سبيل المثال SpBase http://www.echinobase.org 20 و S. purpuratus الجينوم البحث المتشعب: ///urchin.nidcr.nih.gov/blast/index هتمل) لتحديد أن ملامح التعبير الزمانية المكانية يتداخل مع آلية تنموية في السؤال. إذا لم يكن هناك بيانات التعبير متاح، ثم تولد التمهيدي QPCR و / أو العقاقير في التحقيق الموقع لتقييم نمط التعبير الجيني. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد تحديد نمط التعبير المكاني والزماني، يجب الحصول على تسلسل الحمض النووي من المواقع على شبكة الإنترنت الجينوم. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لتوليد أليغنوكليوتيد] morpholino حجب الترجمة، والحصول على تسلسل سو في &quot;المنطقة تترجم الامم المتحدة (5 &#39;5 UTR) المنبع مباشرة من كودون بدء من أعرب تسلسل العلامة (EST) قواعد البيانات المتاحة على SpBase أو S. purpuratus الجينوم مواقع البحث. إذا كانت هذه المعلومات غير متاحة لهذا الجين من الفائدة، ثم نفذ 5 &quot;سباق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لتصميم morpholino حجب لصق، ابحث عن تسلسل الجيني بما في ذلك الإكسونات وإنترونات باستخدام أداة سقالة blastn في SpBase أو S. purpuratus الجينوم أداة البحث. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الموقع النوكليوتيد تصميم http://oligodesign.gene-tools.com من أجل تصميم المطلوب 25 قاعدة تسلسل الزوج morpholino. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لmorpholino حجب متعدية، استخدم تسلسل مرنا من 5 &#39;إلى 3&#39; كمصدر للتسلسل الهدف متعدية. تشمل تسلسل 5 &#39;UTR (ما يقرب من 70 النيوكليوتيدات المنبع للموقع بداية النسخ)، بالإضافة إلى 25 قواعد الترميز المنطقة (المصب من موقع بداية) مع بداية كودون واي ملحوظقوسين ال (ATG). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لmorpholino حجب لصق، حدد إنترون-إكسون أو تسلسل الحدود اكسون-إنترون وتشمل 50 قاعدة (25 قواعد تسلسل اكسون و 25 قواعد تسلسل إنترون) حول المناطق الحدودية. مسح الجينوم مع تسلسل morpholino للتحقق من أن تسلسل فريد من نوعه. </li></ol></li></ol> 2. Microinjection من Morpholino أليغنوكليوتيد] <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد 3 الحلول الأسهم ملم من أليغنوكليوتيد] morpholino بإضافة 100 ميكرولتر من nuclease خالية من المياه في morpholino قارورة 300 نانومول. ملاحظة: لا تستخدم DEPC المياه المعالجة لإعادة تعليق لاثيل pyrocarbonate يمكن أن تلحق الضرر morpholino. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لأول تدور إعادة أسفل القارورة التي تحتوي على محلول المخزون النوكليوتيد لمدة 30 ثانية بأقصى سرعة (14000 - 16000 x ج)، دوامة لفترة وجيزة، الحرارة عند 65 درجة مئوية لمدة 5 إلى 10 دقائق، دوامة لفترة وجيزة، والحفاظ على المخزون morpholino في الغرفة درجة الحرارة لمدة 1 ساعة على الأقل. Morpholino حل الأوراق المالية<html> يتم تخزين الصورة من -20 درجة مئوية إلى +4 درجة مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يعد حل الحقن التي تحتوي على أليغنوكليوتيد] morpholino في التركيز المطلوب. يحتوي هذا الحل عادة 20٪ الجلسرين أو 125 ملي بوكل باعتبارها الناقل و 15٪ FITC-ديكستران (فلوريسئين ثيوسيانات ديكستران 10000 ميغاواط 2.5 ملغ / ميكرولتر حل الأسهم). تستخدم FITC-ديكستران وغيرها تقارن ديكستران الفلورسنت بشكل روتيني لتحديد الأجنة حقن المجهري epifluorescence. حلول حقن مخزن في -20 درجة مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحرارة الحل morpholino عند 65 درجة مئوية في كتلة الحرارة أو حمام مائي لمدة لا تقل عن 2 - 5 دقائق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور لفترة وجيزة الحل morpholino لمدة 30 ثانية بأقصى سرعة (14000 - 16000 x ج)، دوامة لمدة 1 دقيقة وأجهزة الطرد المركزي بسرعة كاملة (14،000 - 16،000 x ج) لمدة 10 دقيقة على الأقل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل إبر الحقن بمحلول morpholino. لبروتوكول حقن مكروي مفصل يرجى الاطلاع Stepicheva وكلمات 2014 21 وهتاف وEttensohn، 2004&quot;&gt; 22. </li></ol> 3. التثبيت وفي بروتوكول الموضعي في 24 ساعة بعد الإخصاب (HPF) في س purpuratus الأجنة ملاحظة: يتم تعديل هذا البروتوكول من اريناس-مينا وآخرون. 2000 23 و سيتي وآخرون. 2014 (24). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة عدة قطرات من تثبيتي (انظر أدناه) إلى الآبار التي تحتوي على أجنة، مزيج بلطف قبل pipetting، والسماح لهم لتسوية. إزالة الحل تثبيتي، ثم خلط الأجنة مع اثنين من يغسل 180 ميكرولتر إضافية من تثبيتي. ملاحظة: من المهم أن تخلط جيدا الأجنة خلال يغسل طيف من قبل pipetting صعودا وهبوطا عدة مرات. يمكن عدم القيام بذلك تقلل من نسبة الإشارة إلى الضوضاء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ترك الأجنة لإصلاح في غسل تثبيتي الثاني لمدة 50 دقيقة إلى 1 ساعة في درجة حرارة الغرفة (RT) في 4٪ المجهر الإلكتروني الصف امتصاص العرق تتكون من 10 ملي اجتماعات الأطراف الرقم الهيدروجيني 7.0، 0.1٪ توين-20، والاصطناعية seawateص (مضادة للغواصات). جعل هذا الحل جديدة في كل مرة حصول على أفضل النتائج. وبالإضافة إلى ذلك، لسهولة والتطبيق العملي الأجنة يتم إصلاحها في لوحات 96-جيدا. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لمدة 20 مل استخدام مثبت 5 مل 16٪ امتصاص العرق، 15 مل مضادة للغواصات، و 200 ميكرولتر 1 M اجتماعات الأطراف الرقم الهيدروجيني 7.0، و 20 ميكرولتر توين-20. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يغسل 5 مرات في RT مع 180 ميكرولتر من اجتماعات الأطراف غسل عازلة مكونة من 0.1 M اجتماعات الأطراف الرقم الهيدروجيني 7.0، 0.5 M كلوريد الصوديوم و 0.1٪ توين-20 لمدة 5 دقائق على الأقل أو حتى الأجنة ينخفض ​​إلى أسفل البئر. مرة أخرى، ومن المهم أن تخلط جيدا الأجنة في غسل العازلة التي pipetting بلطف صعودا وهبوطا عدة مرات. غسل العازلة اجتماعات الأطراف يمكن أن تستخدم لمدة 2 أيام إذا تخزينها في 4 ° C. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 40 مل اجتماعات الأطراف غسل استخدام عازلة 4 مل 1 M اجتماعات الأطراف الرقم الهيدروجيني 7.0، 4 مل 5 M كلوريد الصوديوم، و 32 مل درهم 2 O، و 40 ميكرولتر توين-20. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ويمكن تخزين الأجنة ثابتة عند 4 درجة مئوية لمدة 2 أيام. ملاحظة: إذا تخزين الأجنة ثابتة لفترة أطول، ثم يضاف 0.2٪ أزيد الصوديوم في اجتماعات الأطراف غسل العازلة لمنع نمو البكتيريا.</li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل التهجين <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نضح في اجتماعات الأطراف غسل العازلة وإضافة 180 ميكرولتر من نسبة 2: 1 من اجتماعات الأطراف غسل العازلة إلى عازلة التهجين، مزيج الأجنة في حل من قبل pipetting لطيف عدة مرات، واحتضان لمدة 20 دقيقة على الأقل في RT. يتكون عازلة تهجين من 70٪ الفورماميد، 0.1 M اجتماعات الأطراف الرقم الهيدروجيني 7.0، 0.5 M كلوريد الصوديوم، 1 ملغ / مل BSA و 0.1٪ توين-20. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 40 مل استخدام عازلة تهجين 4 مل 1 M اجتماعات الأطراف الرقم الهيدروجيني 7.0، 4 مل 5 M كلوريد الصوديوم، 4 مل O 2 درهم، 0.04 ز BSA، و 40 ميكرولتر توين-20. مزيج جيد من قبل vortexing، إضافة 28 مل الفورماميد، ودوامة مرة أخرى. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة نسبة 2: 1 من اجتماعات الأطراف غسل ومخازن التهجين وإضافة 180 ميكرولتر من نسبة 1: 2 من اجتماعات الأطراف غسل العازلة إلى عازلة التهجين، مزيج الأجنة في الحل، واحتضان لمدة 20 دقيقة على الأقل في RT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل التحقيق التهجين المزيج بلطف الأجنة في 100-150 ميكرولتر من العازلة التهجين. احتضان الأجنة عند 50 درجة مئوية لمدة لا تقل عن 1ح. ملاحظة: احتضان الأجنة بين عشية وضحاها غير مقبول. قبل تفرخ، وختم الآبار مع ورقة لاصقة من أجل منع التبخر. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تهجين <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في أنبوب منفصل إضافة 0،1-0،3 نانوغرام / ميكرولتر من التحقيق و 500 ميكروغرام / مل الخميرة الحمض الريبي النووي النقال إلى عازلة تهجين، ثم دوامة بلطف لخلق حل التحقيق. يضاف الحمض الريبي النووي النقال الخميرة إلى حل التحقيق لخفض غير محددة ملزمة لجنة التحقيق لمكافحة الشعور. سخن هذا الحل إلى 50 درجة مئوية، والعازلة نضح التهجين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خلط الأجنة المهجنة مسبقا إلى 100 ميكرولتر من محلول التحقيق، وختم مع ورقة لاصقة، وهجن عند 50 درجة مئوية لمدة 2-7 أيام اعتمادا على التحقيق (التحقيق foxq2 يمكن المحتضنة لمدة 2 أيام). ملاحظة: سوف تختلف الأوقات الحضانة القائم قبالة التحقيق. بعض الجينات التي أعرب عنها في مستويات منخفضة تتطلب تصل إلى الحضانة لمدة 7 أيام. لوحات 96-جيدا يمكن وضعها في صندوق الرطوبة بمثابة تأمين ضد التبخر إذا كان ADHESفشلت ورقة إيف لختم صحيح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يغسل 5 مرات في 50 درجة مئوية مع 180 ميكرولتر من اجتماعات الأطراف تقدم طازجة غسل عازلة ليصبح المجموع 3 ساعات. ثم، ويغسل 3 مرات (15 دقيقة) مع 180 ميكرولتر من اجتماعات الأطراف غسل عازلة على RT. تذكر أن مزيج الأجنة في غسل العازلة في كل مرة من قبل pipetting بلطف عدة مرات. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الأجسام المضادة الحضانة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نضح في اجتماعات الأطراف غسل العازلة وخلط الأجنة في 180 ميكرولتر من عرقلة العازلة التي تتكون من 10٪ مصل الأغنام عادي و 5 ملغ / مل BSA في اجتماعات الأطراف غسل العازلة واحتضان لمدة 45 دقيقة على الأقل في RT أو 4 درجات مئوية خلال الليل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة عازلة تمنع وثم خلط الأجنة في عرقلة العازلة التي تحتوي على التخفيف 1: 1500 من القلوية الأجسام المضادة الفوسفاتيز مترافق مكافحة digoxigenin المخفف في عرقلة العازلة. احتضان بين عشية وضحاها في RT في لوحة مغلقة لتجنب التبخر. ملاحظة: لا تترك الأجسام المضادة لفترة أطول من ليلة وضحاها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غسل الأجنة 6 مرات (5 دقائق أو حتى إسقاط الأجنة) في اجتماعات الأطراف غسل عازلة على RT. يمكن الأجنةخزنها بين عشية وضحاها في 4 درجات مئوية. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وفي تطور الموقعي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غسل الأجنة 3 مرات (10 دقيقة) في RT مع تقدم طازجة عازلة درجة الحموضة 9.5 تتألف من 0.1 M تريس الرقم الهيدروجيني 9.5، 100 مم كلوريد الصوديوم، و 50 ملي MgCl 2، 1 ملم الليفاميزول، و 0.1٪ توين-20. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لمدة 20 مل درجة الحموضة استخدام 9.5 العازلة 2 مل 1 M تريس الرقم الهيدروجيني 9.5، 400 ميكرولتر 5M كلوريد الصوديوم، 1 مل 1 M MgCl 2 و 20 ميكرولتر توين-20، 16.6 مل درهم 2 O، و0.0048 ز الليفاميزول. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> احتضان الأجنة عند 37 درجة مئوية في المخزن تلطيخ محمية من الضوء. يتكون عازلة تلطيخ من 10٪ ثنائي ميثيل الفورماميد، 4.5 ميكرولتر / مل 4-نيترو نتروبلو الأزرق كلوريد (NBT)، و 3.5 ميكرولتر / مل 5-برومو-4-كلورو-3-indolyl فوسفات (BCIP) في تقدم طازجة عازلة درجة الحموضة 9.5 . <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ل1 مل من العازلة تلطيخ استخدام 100 ميكرولتر ثنائي ميثيل الفورماميد، 4.5 ميكرولتر NBT، و 3.5 ميكرولتر BCIP. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وقف رد فعل الفوسفاتيز القلوية عن طريق غسل 3-5 مرات في اجتماعات الأطراف غسل العازلة. واي رد فعلعشر التحقيق foxq2 وعادة ما يستغرق 30 دقيقة إلى 1 ساعة. قد يحتاج بعض تحقيقات الحضانة بين عشية وضحاها في أي RT أو 4 درجات مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خلط الأجنة في حل 70٪ غسل المماسح و30٪ الجلسرين. يوفر الجلسرين معامل الانكسار اللازمة للفحص المجهري. الأجنة يمكن تخزينها في هذا الحل لعدة أسابيع. ختم لوحات مع البارافين البلاستيك لمنع التبخر. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد الشرائح والتقاط صورة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد الشرائح عن طريق ترتيب ثلاث شرائح صغيرة من الشريط على الوجهين في مثلث مع فجوات صغيرة بين الشرائط على شريحة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نقل الأجنة في غسل المماسح 70٪ و 30٪ الحل الجلسرين إلى مركز المثلث، وتغطي مع ساترة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ختم ساترة عن طريق تطبيق طبقة من طلاء الأظافر حول حواف ساترة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التقاط الصور باستخدام مجهر الضوء مركب مع هدف 20X وكاميرا مثبتة. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Erwin, D. H., Davidson, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+evolution+of+hierarchical+gene+regulatory+networks.">The evolution of hierarchical gene regulatory networks.</a> Nature reviews. Genetics. 10, 141-148 (2009).</li><li>Peter, I. S., Davidson, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+gene+regulatory+networks+controlling+body+plan+development.">Evolution of gene regulatory networks controlling body plan development.</a> Cell. 144, 970-985 (2011).</li><li>Borggrefe, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Notch+intracellular+domain+integrates+signals+from+Wnt,+Hedgehog,+TGFbeta/BMP+and+hypoxia+pathways.">The Notch intracellular domain integrates signals from Wnt, Hedgehog, TGFbeta/BMP and hypoxia pathways.</a> Biochimica et biophysica acta. 1863, 303-313 (2016).</li><li>Range, R. C., Angerer, R. C., Angerer, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+canonical+and+noncanonical+Wnt+signaling+pathways+patterns+the+neuroectoderm+along+the+anterior-posterior+axis+of+sea+urchin+embryos.">Integration of canonical and noncanonical Wnt signaling pathways patterns the neuroectoderm along the anterior-posterior axis of sea urchin embryos.</a> PLoS Biol. 11, e1001467 (2013).</li><li>Cleary, M. A., van Osch, G. J., Brama, P. A., Hellingman, C. A., Narcisi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FGF,+TGFbeta+and+Wnt+crosstalk:+embryonic+to+in+vitro+cartilage+development+from+mesenchymal+stem+cells.">FGF, TGFbeta and Wnt crosstalk: embryonic to in vitro cartilage development from mesenchymal stem cells.</a> Journal of tissue engineering and regenerative medicine. 9, 332-342 (2015).</li><li>Lapraz, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RTK+and+TGF-beta+signaling+pathways+genes+in+the+sea+urchin+genome.">RTK and TGF-beta signaling pathways genes in the sea urchin genome.</a> Dev Biol. 300, 132-152 (2006).</li><li>Pires-daSilva, A., Sommer, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+evolution+of+signalling+pathways+in+animal+development.">The evolution of signalling pathways in animal development.</a> Nature reviews. Genetics. 4, 39-49 (2003).</li><li>Sethi, A. J., Wikramanayake, R. M., Angerer, R. C., Range, R. C., Angerer, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sequential+signaling+crosstalk+regulates+endomesoderm+segregation+in+sea+urchin+embryos.">Sequential signaling crosstalk regulates endomesoderm segregation in sea urchin embryos.</a> Science. 335, 590-593 (2012).</li><li>Range, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specification+and+positioning+of+the+anterior+neuroectoderm+in+deuterostome+embryos.">Specification and positioning of the anterior neuroectoderm in deuterostome embryos.</a> Genesis. 52, 222-234 (2014).</li><li>Petersen, C. P., Reddien, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wnt+signaling+and+the+polarity+of+the+primary+body+axis.">Wnt signaling and the polarity of the primary body axis.</a> Cell. 139, 1056-1068 (2009).</li><li>Lapraz, F., Haillot, E., Lepage, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+deuterostome+origin+of+the+Spemann+organiser+suggested+by+Nodal+and+ADMPs+functions+in+Echinoderms.">A deuterostome origin of the Spemann organiser suggested by Nodal and ADMPs functions in Echinoderms.</a> Nature communications. 6, 8434 (2015).</li><li>Kikuchi, A., Yamamoto, H., Sato, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+activation+mechanisms+of+Wnt+signaling+pathways.">Selective activation mechanisms of Wnt signaling pathways.</a> Trends in cell biology. 19, 119-129 (2009).</li><li>Hogan, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+morphogenetic+proteins:+multifunctional+regulators+of+vertebrate+development.">Bone morphogenetic proteins: multifunctional regulators of vertebrate development.</a> Genes Dev. 10, 1580-1594 (1996).</li><li>Houart, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishment+of+the+telencephalon+during+gastrulation+by+local+antagonism+of+Wnt+signaling.">Establishment of the telencephalon during gastrulation by local antagonism of Wnt signaling.</a> Neuron. 35, 255-265 (2002).</li><li>Bertrand, S., Escriva, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolutionary+crossroads+in+developmental+biology:+amphioxus.">Evolutionary crossroads in developmental biology: amphioxus.</a> Development. 138, 4819-4830 (2011).</li><li>Rottinger, E., Lowe, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolutionary+crossroads+in+developmental+biology:+hemichordates.">Evolutionary crossroads in developmental biology: hemichordates.</a> Development. 139, 2463-2475 (2012).</li><li>Genome Sequencing Sea Urchin, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genome+of+the+sea+urchin+Strongylocentrotus+purpuratus.">The genome of the sea urchin Strongylocentrotus purpuratus.</a> Science. 314, 941-952 (2006).</li><li>Ben-Tabou de-Leon, S., Su, Y. H., Lin, K. T., Li, E., Davidson, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+regulatory+control+in+the+sea+urchin+aboral+ectoderm:+spatial+initiation,+signaling+inputs,+and+cell+fate+lockdown.">Gene regulatory control in the sea urchin aboral ectoderm: spatial initiation, signaling inputs, and cell fate lockdown.</a> Dev Biol. 374, 245-254 (2013).</li><li>Saudemont, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ancestral+regulatory+circuits+governing+ectoderm+patterning+downstream+of+Nodal+and+BMP2/4+revealed+by+gene+regulatory+network+analysis+in+an+echinoderm.">Ancestral regulatory circuits governing ectoderm patterning downstream of Nodal and BMP2/4 revealed by gene regulatory network analysis in an echinoderm.</a> PLoS Genet. 6, e1001259 (2010).</li><li>Cameron, R. A., Samanta, M., Yuan, A., He, D., Davidson, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SpBase:+the+sea+urchin+genome+database+and+web+site.">SpBase: the sea urchin genome database and web site.</a> Nucleic Acids Res. 37, D750-D754 (2009).</li><li>Stepicheva, N. A., Song, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+throughput+microinjections+of+sea+urchin+zygotes.">High throughput microinjections of sea urchin zygotes.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. , e50841 (2014).</li><li>Cheers, M. S., Ettensohn, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+microinjection+of+fertilized+eggs.">Rapid microinjection of fertilized eggs.</a> Methods in cell biology. 74, 287-310 (2004).</li><li>Arenas-Mena, C., Cameron, A. R., Davidson, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+expression+of+Hox+cluster+genes+in+the+ontogeny+of+a+sea+urchin.">Spatial expression of Hox cluster genes in the ontogeny of a sea urchin.</a> Development. , 4631-4643 (2000).</li><li>Sethi, A. J., Angerer, R. C., Angerer, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicolor+labeling+in+developmental+gene+regulatory+network+analysis.">Multicolor labeling in developmental gene regulatory network analysis.</a> Methods in molecular biology. , 249-262 (2014).</li><li>Wikramanayake, A. H., Huang, L., Klein, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=beta-Catenin+is+essential+for+patterning+the+maternally+specified+animal-vegetal+axis+in+the+sea+urchin+embryo.">beta-Catenin is essential for patterning the maternally specified animal-vegetal axis in the sea urchin embryo.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 95, 9343 (1998).</li><li>Yaguchi, S., Yaguchi, J., Angerer, R. C., Angerer, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Wnt-FoxQ2-nodal+pathway+links+primary+and+secondary+axis+specification+in+sea+urchin+embryos.">A Wnt-FoxQ2-nodal pathway links primary and secondary axis specification in sea urchin embryos.</a> Dev Cell. 14, 97-107 (2008).</li><li>Molina, M. D., de Croze, N., Haillot, E., Lepage, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nodal:+master+and+commander+of+the+dorsal-ventral+and+left-right+axes+in+the+sea+urchin+embryo.">Nodal: master and commander of the dorsal-ventral and left-right axes in the sea urchin embryo.</a> Curr Opin Genet Dev. 23, 445-453 (2013).</li><li>Range, R. C., Glenn, T. D., Miranda, E., McClay, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=LvNumb+works+synergistically+with+Notch+signaling+to+specify+non-skeletal+mesoderm+cells+in+the+sea+urchin+embryo.">LvNumb works synergistically with Notch signaling to specify non-skeletal mesoderm cells in the sea urchin embryo.</a> Development. 135, 2445-2454 (2008).</li><li>Range, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cis-regulatory+analysis+of+nodal+and+maternal+control+of+dorsal-ventral+axis+formation+by+Univin,+a+TGF-beta+related+to+Vg1.">Cis-regulatory analysis of nodal and maternal control of dorsal-ventral axis formation by Univin, a TGF-beta related to Vg1.</a> Development. 134, 3649-3664 (2007).</li><li>Warner, J. F., Miranda, E. L., McClay, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contribution+of+hedgehog+signaling+to+the+establishment+of+left-right+asymmetry+in+the+sea+urchin.">Contribution of hedgehog signaling to the establishment of left-right asymmetry in the sea urchin.</a> Dev Biol. 411, 314-324 (2016).</li><li>Rottinger, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FGF+signals+guide+migration+of+mesenchymal+cells,+control+skeletal+morphogenesis+[corrected]+and+regulate+gastrulation+during+sea+urchin+development.">FGF signals guide migration of mesenchymal cells, control skeletal morphogenesis [corrected] and regulate gastrulation during sea urchin development.</a> Development. 135, 353-365 (2008).</li><li>Warner, J. F., McCarthy, A. M., Morris, R. L., McClay, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hedgehog+signaling+requires+motile+cilia+in+the+sea+urchin.">Hedgehog signaling requires motile cilia in the sea urchin.</a> Mol Biol Evol. 31, 18-22 (2014).</li><li>Technau, U., Steele, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolutionary+crossroads+in+developmental+biology.">Evolutionary crossroads in developmental biology.</a> Cnidaria. Development. 138, 1447-1458 (2011).</li><li>Yaguchi, J., Takeda, N., Inaba, K., Yaguchi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cooperative+Wnt-Nodal+Signals+Regulate+the+Patterning+of+Anterior+Neuroectoderm.">Cooperative Wnt-Nodal Signals Regulate the Patterning of Anterior Neuroectoderm.</a> PLoS Genet. 12, e1006001 (2016).</li><li>Duboc, V., Rottinger, E., Besnardeau, L., Lepage, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nodal+and+BMP2/4+signaling+organizes+the+oral-aboral+axis+of+the+sea+urchin+embryo.">Nodal and BMP2/4 signaling organizes the oral-aboral axis of the sea urchin embryo.</a> Dev Cell. 6, 397-410 (2004).</li><li>Bradham, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chordin+is+required+for+neural+but+not+axial+development+in+sea+urchin+embryos.">Chordin is required for neural but not axial development in sea urchin embryos.</a> Dev Biol. 328, 221-233 (2009).</li><li>Su, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+regulatory+networks+for+ectoderm+specification+in+sea+urchin+embryos.">Gene regulatory networks for ectoderm specification in sea urchin embryos.</a> Biochimica et biophysica acta. 1789, 261-267 (2009).</li><li>Lin, C. Y., Su, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genome+editing+in+sea+urchin+embryos+by+using+a+CRISPR/Cas9+system.">Genome editing in sea urchin embryos by using a CRISPR/Cas9 system.</a> Dev Biol. 409, 420-428 (2016).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

منهجية المعروضة هنا هي مثال يوضح قوة باستخدام الأجنة مع أقل التعقيد الجيني والصرفي من الفقاريات لفهم مسارات الإشارات تنبيغ وGRNs التي تحكم آليات التنموية الأساسية .. العديد من المعامل تستخدم المقايسات مماثلة خلال تطوير قنفذ البحر في وقت مبكر لتشريح مسارات الإشارات ال...

شبكات الجينات التنظيمية (GRNs) وإشارة مسارات نقل تنشئ التعبير المكاني والزماني للجينات خلال التطور الجنيني التي تستخدم لبناء خطة الكبار جسم الحيوان. خلية الى خلية مسارات نقل الإشارة هي المكونات الأساسية لهذه الشبكات التنظيمية، وتوفير الوسائل التي تتواصل الخلايا. هذه التفاعلات الخلوية إنشاء وصقل التعبير عن الجينات التنظيمية والتمايز في ومن بين المناطق المختلفة خلال مرحلة التطور الجنيني 1 و 2. التفاعلات بين جهري يفرز خارج الخلية (بروابط، الخصوم)، المستقبلات، وشارك في مستقبلات السيطرة على أنشطة مسارات نقل الإشارة. مجموعة متنوعة من الجزيئات داخل الخلايا transduces هذه المدخلات مما أدى إلى التعبير المعدلة وراثيا، وتقسيم، و / أو شكل الخلية. في حين أن العديد من الجزيئات الأساسية المستخدمة على الصعيدين خارج الخلية والخلايا في مسارات رئيسية هيالمعروف، وهو المعرفة غير مكتملة بسبب في جزء كبير منه إلى تعقيد مسارات الإشارات الفردية. وبالإضافة إلى ذلك، مسارات الإشارات المختلفة غالبا ما تتفاعل مع بعضها البعض إما سلبا أو إيجابا في الخلية، داخل الخلايا، ومستويات النسخي 3، 4، 5، 6. الأهم من ذلك أن المكونات الأساسية لمسارات نقل الإشارة والحفظ جدا في جميع الأنواع metazoan، وبشكل ملحوظ، فإن معظم مسارات الإشارات الرئيسية غالبا ما تؤدي وظائف تنموية مماثلة في العديد من الأنواع عند المقارنة بين الكائنات الحية من من الكائنات الحية ذات صلة وثيقة على وجه الخصوص 7، 8، 9، 10، 11. دراسة يشير خلال التنمية هي مهمة شاقة في أي كائن حي، وهناكهي عدة تحديات كبيرة لدراسة مسارات إشارات في معظم النماذج ثنائي الفم (الفقاريات، حبليات اللافقارية، نصف حبليات، وشوكيات الجلد): 1) في الفقاريات هناك أعداد كبيرة من الممكن يجند والتفاعلات مستقبلات / المشارك المغير، جزيئات تنبيغ الخلايا، وكذلك التفاعلات المحتملة بين مسارات الإشارات المختلفة نظرا لتعقيد للجينوم 12، 13، 14؛ 2) مورفولوجيا معقدة والحركات التخلق في الفقاريات غالبا ما تجعل الأمر أكثر صعوبة لتفسير التفاعلات الوظيفية في وبين مسارات نقل الإشارة. 3) تحليل في معظم الأنواع اللافقارية نموذج ثنائي الفم غير شوكي-تقتصر من قبل ويندوز قصيرة من الحمول باستثناء بعض الأنواع الغلالة 15 و 16. القنفذ البحر الجنين لديها عدد قليل من القيود المذكورة أعلاه ويقدم العديد من المزايا الفريدة لإجراء تحليل مفصل لمسارات نقل الإشارة في الجسم الحي. وتتضمن ما يلي: 1) البساطة النسبية للجينوم قنفذ البحر يقلل بشكل ملحوظ من عدد ممكن يجند، مستقبلات / مستقبل مساعد والخلايا جزيء التنبيغ التفاعلات 17؛ 2) GRNs السيطرة على مواصفات والزخرفة من طبقات جرثومية ومحاور الجنينية الرئيسية هي راسخة في الأجنة قنفذ البحر، والمساعدة في فهم السياق التنظيمي للخلية / إقليم تلقي الإشارات 18، 19؛ 3) العديد من مسارات نقل إشارة يمكن دراستها بين مراحل الانقسام والمعيدة في وقت مبكر عندما تتكون الأجنة من ظهارة الطبقات واحدة التي التشكل هو أسهل لتحليل. 4) جزيئات تنطويد في مسارات إشارات في والتلاعب بها بسهولة قنافذ البحر. 5) وحامل العديد من قنافذ البحر لمدة 10 إلى 11 شهرا في السنة (على سبيل المثال Strongylocentrotus purpuratus وLytechinus variegatus). هنا، فإننا نقدم وسيلة لتمييز منهجي وكفاءة مكونات مسارات الإشارات التي تحدد والأقاليم نمط في الأجنة قنفذ البحر لتوضيح المزايا التي توفرها العديد من الأنظمة نموذج اللافقارية في دراسة الآليات الجزيئية المعقدة.

<table><tbody><tr><td>Translational-blocking morpholino and/or splice-blocking morpholino</td><td>Gene Tools LLC</td><td>Customized</td><td>More information at www.gene-tools.com</td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Invitrogen</td><td>15514-011</td><td></td></tr><tr><td>FITC (dextran fluorescein isothiocyanate)</td><td>Invitrogen, Life Technologies</td><td>D1821</td><td>Make 25 mg/mL stock solution</td></tr><tr><td>Paraformaldehyde 16% solution EM Grade</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>15710</td><td></td></tr><tr><td>MOPS</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M1254-250G</td><td></td></tr><tr><td>Tween-20</td><td>Sigma Aldrich</td><td>23336-0010</td><td></td></tr><tr><td>Formamide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>47671-1L-F</td><td></td></tr><tr><td>Yeast tRNA</td><td>Invitrogen</td><td>15401-029</td><td></td></tr><tr><td>Normal Goat Serum</td><td>Sigma Aldrich</td><td>G9023-10mL</td><td></td></tr><tr><td>Alkaline Phosphatase-conjugated anti-digoxigenin antibody</td><td>Roche</td><td>11 093 274 910</td><td></td></tr><tr><td>Tetramisole hydrochloride (levamisole)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>L9756-5G</td><td></td></tr><tr><td>Tris Base UltraPure</td><td>Research Products Internationall Corp</td><td>56-40-6</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Chloride</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP358-10</td><td></td></tr><tr><td>Magnesium chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>7786-30-3</td><td></td></tr><tr><td>BCIP (5-Bromo-4-Chloro-3-indolyl-phosphate</td><td>Roche</td><td>11 383 221 001</td><td></td></tr><tr><td>4 Nitro blue tetrazolium chloride (NBT)</td><td>Roche</td><td>11 383 213 001</td><td></td></tr><tr><td>Dimethyl Formamide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D4551-500mL</td><td></td></tr><tr><td>Potassium Chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P9541-5KG</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Bicarbonate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S5761-500G</td><td></td></tr><tr><td>Magnesium Sulfate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M7506-2KG</td><td></td></tr><tr><td>Calcium Chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C1016-500G</td><td></td></tr></tbody></table>

the power of simplicity: sea urchin embryos as in vivo developmental models for studying complex cell-to-cell signaling network interactions

Remarkably few cell-to-cell signal transduction pathways are necessary during embryonic development to generate the large variety of cell types and tissues in the adult body form. Yet, each year more components of individual signaling pathways are discovered, and studies indicate that depending on the context there is significant cross-talk among most of these pathways. This complexity makes studying cell-to-cell signaling in any in vivo developmental model system a difficult task. In addition, efficient functional analyses are required to characterize molecules associated with signaling pathways identified from the large data sets generated by next generation differential screens. Here, we illustrate a straightforward method to efficiently identify components of signal transduction pathways governing cell fate and axis specification in sea urchin embryos. The genomic and morphological simplicity of embryos similar to those of the sea urchin make them powerful in vivo developmental models for understanding complex signaling interactions. The methodology described here can be used as a template for identifying novel signal transduction molecules in individual pathways as well as the interactions among the molecules in the various pathways in many other organisms.

في جنين قنفذ البحر أظهرنا أن 3 إشارات Wnt مختلف فروع (WNT / β-كاتينين، WNT / JNK، وWNT / بي كي سي) 4، 25 تفاعل لتشكيل شبكة الإشارات WNT الذي يحكم الأمامي الخلفي (ا ف ب) الزخرفة. إحدى النتائج الأكثر أهمية في هذه الأحداث يشير هو أن أعرب ع...

Watch this Scientific Journal Video about The Power of Simplicity: Sea Urchin Embryos as in Vivo Developmental Models for Studying Complex Cell-to-cell Signaling Network Interactions at JoVE.com

The Power of Simplicity: Sea Urchin Embryos as in Vivo Developmental Models for Studying Complex Cell-to-cell Signaling Network Interactions

تفاصيل هذه المقالة الفيديو مباشرة في منهجية الجسم الحي والتي يمكن استخدامها لمنهجية وكفاءة تميز مكونات مسارات الإشارات المعقدة وشبكات تنظيمية في العديد من الأجنة اللافقاريات.

قوة البساطة: قنفذ البحر الأجنة كما<em&gt; في فيفو</em&gt; نماذج التنموية لدراسة مجمع خلية الى خلية اشارة شبكة التفاعلات

Remarkably few cell-to-cell signal transduction pathways are necessary during embryonic development to generate the large variety of cell types and ...

the-power-simplicity-sea-urchin-embryos-as-vivo-developmental-models

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Cell Biology

Developmental Biology

The Power of Simplicity: Sea Urchin Embryos as in Vivo Developmental Models for Studying Complex Cell-to-cell Signaling Network Interactions

Unit 1

Principles of Cell Signaling

SCIENTISTS IN ACTION

7.8K Views.  Mississippi State University.  تفاصيل هذه المقالة الفيديو مباشرة في منهجية الجسم الحي والتي يمكن استخدامها لمنهجية وكفاءة تميز مكونات مسارات الإشارات المعقدة وشبكات تنظيمية في العديد من الأجنة اللافقاريات. 

Video: The Power of Simplicity: Sea Urchin Embryos as in Vivo Developmental Models for Studying Complex Cell-to-cell Signaling Network Interactions

Microbead Implantation in the Zebrafish Embryo

The zebrafish has emerged as a valuable genetic model system for the study of developmental biology and disease. Zebrafish share a high degree of genomic conservation, as well as similarities in cellular, molecular, and physiological processes, with other vertebrates including humans. During early ontogeny, zebrafish embryos are optically transparent, allowing researchers to visualize the dynamics of organogenesis using a simple stereomicroscope. Microbead implantation is a method that enables tissue manipulation through the alteration of factors in local environments. This allows researchers to assay the effects of any number of signaling molecules of interest, such as secreted peptides, at specific spatial and temporal points within the developing embryo. Here, we detail a protocol for how to manipulate and implant beads during early zebrafish development.

The zebrafish is an excellent model system for genetic and developmental studies. Bead implantation is a valuable tissue manipulation technique that can be used to interrogate developmental mechanisms by introducing alterations in local cellular environments. This protocol describes how to perform microbead implantation in the zebrafish embryo.

Microbead زرع الأجنة الزرد

The zebrafish has emerged as a valuable genetic model system for the study of developmental biology and disease. Zebrafish share a high degree of genomic ...

Stem cell-like Xenopus Embryonic Explants to Study Early Neural Developmental Features In Vitro and In Vivo

Understanding the genetic programs underlying neural development is an important goal of developmental and stem cell biology. In the amphibian blastula, cells from the roof of the blastocoel are pluripotent. These cells can be isolated, and programmed to generate various tissues through manipulation of genes expression or induction by morphogens. In this manuscript protocols are described for the use of Xenopus laevis blastocoel roof explants as an assay system to investigate key in vivo and in vitro features of early neural development. These protocols allow the investigation of fate acquisition, cell migration behaviors, and cell autonomous and non-autonomous properties. The blastocoel roof explants can be cultured in a serum-free defined medium and grafted into host embryos. This transplantation into an embryo allows the investigation of the long-term lineage commitment, the inductive properties, and the behavior of transplanted cells in vivo. These assays can be exploited to investigate molecular mechanisms, cellular processes and gene regulatory networks underlying neural development. In the context of regenerative medicine, these assays provide a means to generate neural-derived cell types in vitro that could be used in drug screening.

Stem cell-like Xenopus Embryonic Explants to Study Early Neural Developmental Features In Vitro and In Vivo

In Xenopus embryos, cells from the roof of the blastocoel are pluripotent and can be programmed to generate various tissues. Here, we describe protocols to use amphibian blastocoel roof explants as an assay system to investigate key in vivo and in vitro features of early neural development.

الخلايا الجذعية مثل<em&gt; القيطم</em&gt; الجنينية إإكسبلنتس إلى الدراسة في وقت مبكر العصبية التنموية الميزات<em&gt; في المختبر</em&gt; و<em&gt; في فيفو</em

Understanding the genetic programs underlying neural development is an important goal of developmental and stem cell biology. In the amphibian blastula, ...

Embryo Microinjection and Electroporation in the Chordate Ciona intestinalis

Simple model organisms are instrumental for in vivo studies of developmental and cellular differentiation processes. Currently, the evolutionary distance to man of conventional invertebrate model systems and the complexity of genomes in vertebrates are critical challenges to modeling human normal and pathological conditions. The chordate Ciona intestinalis is an invertebrate chordate that emerged from a common ancestor with the vertebrates and may represent features at the interface between invertebrates and vertebrates. A common body plan with much simpler cellular and genomic composition should unveil gene regulatory network (GRN) links and functional genomics readouts explaining phenomena in the vertebrate condition. The compact genome of Ciona, a fixed embryonic lineage with few divisions and large cells, combined with versatile community tools foster efficient gene functional analyses in this organism. Here, we present several crucial methods for this promising model organism, which belongs to the closest sister group to vertebrates. We present protocols for transient transgenesis by electroporation, along with microinjection-mediated gene knockdown, which together provide the means to study gene function and genomic regulatory elements. We extend our protocols to provide information on how community databases are utilized for in silico design of gene regulatory or gene functional experiments. An example study demonstrates how novel information can be gained on the interplay, and its quantification, of selected neural factors conserved between Ciona and man. Furthermore, we show examples of differential subcellular localization in embryonic cells, following DNA electroporation in Ciona zygotes. Finally, we discuss the potential of these protocols to be adapted for tissue specific gene interference with emerging gene editing methods. The in vivo approaches in Ciona overcome major shortcomings of classical model organisms in the quest of unraveling conserved mechanisms in the chordate developmental program, relevant to stem cell research, drug discovery, and subsequent clinical application.

Embryo Microinjection and Electroporation in the Chordate Ciona intestinalis

We present transient transgenesis and gene knockdown in Ciona intestinalis, a chordate sister group to vertebrates, using microinjection and electroporation techniques. Such methods facilitate functional genomics in this simple invertebrate that features rudimentary characteristics of vertebrates, including notochord and head sensory epithelia, and many orthologs of human disease associated genes.

حقن مكروي الجنين و Electroporation في حبلي<em&gt; Ciona المعوية</em

Simple model organisms are instrumental for in vivo studies of developmental and cellular differentiation processes. Currently, the evolutionary distance ...

Live Imaging of Cell Motility and Actin Cytoskeleton of Individual Neurons and Neural Crest Cells in Zebrafish Embryos

The zebrafish is an ideal model for imaging cell behaviors during development in vivo. Zebrafish embryos are externally fertilized and thus easily accessible at all stages of development. Moreover, their optical clarity allows high resolution imaging of cell and molecular dynamics in the natural environment of the intact embryo. We are using a live imaging approach to analyze cell behaviors during neural crest cell migration and the outgrowth and guidance of neuronal axons.
Live imaging is particularly useful for understanding mechanisms that regulate cell motility processes. To visualize details of cell motility, such as protrusive activity and molecular dynamics, it is advantageous to label individual cells. In zebrafish, plasmid DNA injection yields a transient mosaic expression pattern and offers distinct benefits over other cell labeling methods. For example, transgenic lines often label entire cell populations and thus may obscure visualization of the fine protrusions (or changes in molecular distribution) in a single cell. In addition, injection of DNA at the one-cell stage is less invasive and more precise than dye injections at later stages.
Here we describe a method for labeling individual developing neurons or neural crest cells and imaging their behavior in vivo. We inject plasmid DNA into 1-cell stage embryos, which results in mosaic transgene expression. The vectors contain cell-specific promoters that drive expression of a gene of interest in a subset of sensory neurons or neural crest cells. We provide examples of cells labeled with membrane targeted GFP or with a biosensor probe that allows visualization of F-actin in living cells1.
Erica Andersen, Namrata Asuri, and Matthew Clay contributed equally to this work.

This protocol describes imaging of individual neurons or neural crest cells in living zebrafish embryos. This method is used to examine cellular behaviors and actin localization using fluorescence confocal time-lapse microscopy.

يعيش التصوير في القدرة على الحركة والهيكل الخلوي أكتين خلية من الخلايا العصبية الفردية والخلايا العصبية في الأجنة كريست اسماك الزرد

The zebrafish is an ideal model for imaging cell behaviors during development in vivo. Zebrafish embryos are externally fertilized and thus easily ...

Biology

Whole-Mount In Situ Hybridization in Zebrafish Embryos and Tube Formation Assay in iPSC-ECs to Study the Role of Endoglin in Vascular Development

Vascular development is determined by the sequential expression of specific genes, which can be studied by performing in situ hybridization assays in zebrafish during different developmental stages. To investigate the role of endoglin(eng) in vessel formation during the development of hereditary hemorrhagic telangiectasia&#160;(HHT), morpholino-mediated targeted knockdown of eng in zebrafish are used to study its temporal expression and associated functions. Here, whole-mount in situ RNA hybridization (WISH) is employed for the analysis of eng and its downstream genes in zebrafish embryos. Also, tube formation assays are performed in HHT patient-derived induced pluripotent stem cell-differentiated&#160;endothelial cells (iPSC-ECs; with eng mutations). A specific signal amplifying system using the whole amount In Situ Hybridization &#8211; WISH provides higher resolution and lower background results compared to traditional methods. To obtain a better signal, the post-fixation time is adjusted to 30 min after probe hybridization. Because fluorescence staining is not sensitive in zebrafish embryos, it is replaced with diaminobezidine (DAB) staining here. In this protocol, HHT&#160;patient-derived iPSC lines containing an eng mutation are differentiated into endothelial cells. After coating a plate with basement membrane matrix for 30 min at 37 &#176;C, iPSC-ECs are seeded as a monolayer into wells and kept at 37 &#176;C for 3 h. Then, the tube length and number of branches are calculated using microscopic images. Thus, with this improved WISH protocol, it is shown that reduced eng expression affects endothelial progenitor formation in zebrafish embryos. This is further confirmed by tube formation assays using iPSC-ECs derived from a patient with HHT. These assays confirm the role for eng in early vascular development.

Presented here is a protocol for whole-mount in situ RNA hybridization analysis in zebrafish and tube formation assay in patient-derived induced pluripotent stem cell-derived endothelial cells to study the role of endoglin in vascular formation.

التهجين الكامل في الموقع في أجنة حمار وحشي وأنبوب تشكيل اساي في iPSC-ECs لدراسة دور Endoglin في التنمية الوعائية

Vascular development is determined by the sequential expression of specific genes, which can be studied by performing in situ hybridization assays in ...

Microinjection of Medaka Embryos for use as a Model Genetic Organism

In this video, we demonstrate the technique of microinjection into one-cell stage medaka embryos. Medaka is a small egg-laying freshwater fish that allows both genetic and embryological analyses and is one of the vertebrate model organisms in which genome-wide phenotype-driven mutant screens were carried out 1, as in zebrafish and the mouse. Divergence of functional overlap of related genes between medaka and zebrafish allows identification of novel phenotypes that are unidentifiable in a single species 2, thus medaka and zebrafish are complementary for genetic dissection of vertebrate genome functions.
To take advantage of medaka fish whose embryos are transparent and develop externally, microinjection is an essential technique to inject cell-tracers for labeling cells, mRNAs or anti-sense oligonucleotides for over-expressing and knocking-down genes of interest, and DNAs for making transgenic lines.

Medaka and zebrafish are complementary for genetic dissection of vertebrate genome functions. This protocol highlights the key points for successful microinjection into medaka embryos, an important technique for embryological and genetic analysis using medaka and zebrafish in a laboratory.

Microinjection الجنين الميداكا لاستخدامها بوصفها كائنا النموذجي الوراثية

In this video, we demonstrate the technique of microinjection into one-cell stage medaka embryos. Medaka is a small egg-laying freshwater fish that allows ...

Cell-Lineage Guided Mass Spectrometry Proteomics in the Developing (Frog) Embryo

Characterization of molecular events as cells give rise to tissues and organs raises a potential to better understand normal development and design efficient remedies for diseases. Technologies enabling accurate identification and quantification of diverse types and large numbers of proteins would provide still missing information on molecular mechanisms orchestrating tissue and organism development in space and time. Here, we present a mass spectrometry-based protocol that enables the measurement of thousands of proteins in identified cell lineages in Xenopus laevis (frog) embryos. The approach builds on reproducible cell-fate maps and established methods to identify, fluorescently label, track, and sample cells and their progeny (clones) from this model of vertebrate development. After collecting cellular contents using microsampling or isolating cells by dissection or fluorescence-activated cell sorting, proteins are extracted and processed for bottom-up proteomic analysis. Liquid chromatography and capillary electrophoresis are used to provide scalable separation for protein detection and quantification with high-resolution mass spectrometry (HRMS). Representative examples are provided for the proteomic characterization of neural-tissue fated cells. Cell-lineage-guided HRMS proteomics is adaptable to different tissues and organisms. It is sufficiently sensitive, specific, and quantitative to peer into the spatio-temporal dynamics of the proteome during vertebrate development.

Cell-Lineage Guided Mass Spectrometry Proteomics in the Developing Frog Embryo

Here we describe a mass spectrometry-based proteomic characterization of cell lineages with known tissue fates in the vertebrate Xenopus laevis embryo.

البروتيوميات قياس الطيف الكتلي الموجه بسلالة الخلية في الجنين النامي (الضفدع)

Characterization of molecular events as cells give rise to tissues and organs raises a potential to better understand normal development and design ...

Chemistry

Generation of Na&#239;ve Blastoderm Explants from Zebrafish Embryos

Due to their optical clarity and rapid development, zebrafish embryos are an excellent system for examining cell behaviors and developmental processes. However, because of the complexity and redundancy of embryonic signals, it can be challenging to discern the complete role of any single signal during early embryogenesis. By explanting the animal region of the zebrafish blastoderm, relatively na&#239;ve clusters of embryonic cells are generated that can be easily cultured and manipulated ex vivo. By introducing a gene of interest by RNA injection before explantation, one can assess the effect of this molecule on gene expression, cell behaviors, and other developmental processes in relative isolation. Furthermore, cells from embryos of different genotypes or conditions can be combined in a single chimeric explant to examine cell/tissue interactions and tissue-specific gene functions. This article provides instructions for generating zebrafish blastoderm explants and demonstrates that a single signaling molecule - a Nodal ligand - is sufficient to induce germ layer formation and extension morphogenesis in otherwise na&#239;ve embryonic tissues. Due to their ability to recapitulate embryonic cell behaviors, morphogen gradients, and gene expression patterns in a simplified ex vivo system, these explants are anticipated to be of great utility to many zebrafish researchers.

Zebrafish blastoderm explants are generated by isolating embryonic cells from endogenous signaling centers within the early embryo, producing relatively na&#239;ve cell clusters easily manipulated and cultured ex vivo. This article provides instructions for making such explants and demonstrates their utility by interrogating roles for Nodal signaling during gastrulation.

جيل من الساذج Blastoderm Explants من أجنة زيبرافيش

Due to their optical clarity and rapid development, zebrafish embryos are an excellent system for examining cell behaviors and developmental processes. ...

Assessing Signaling Properties of Ectodermal Epithelia During Craniofacial Development

The accessibility of avian embryos has helped experimental embryologists understand the fates of cells during development and the role of tissue interactions that regulate patterning and morphogenesis of vertebrates (e.g., 1, 2, 3, 4). Here, we illustrate a method that exploits this accessibility to test the signaling and patterning properties of ectodermal tissues during facial development. In these experiments, we create quail-chick 5 or mouse-chick 6 chimeras by transplanting the surface cephalic ectoderm that covers the upper jaw from quail or mouse onto either the same region or an ectopic region of chick embryos. The use of quail as donor tissue for transplantation into chicks was developed to take advantage of a nucleolar marker present in quail but not chick cells, thus allowing investigators to distinguish host and donor tissues 7. Similarly, a repetitive element is present in the mouse genome and is expressed ubiquitously, which allows us to distinguish host and donor tissues in mouse-chick chimeras 8. The use of mouse ectoderm as donor tissue will greatly extend our understanding of these tissue interactions, because this will allow us to test the signaling properties of ectoderm derived from various mutant embryos.

This article describes a tissue transplantation technique that was designed to test the signaling and patterning properties of surface cephalic ectoderm during craniofacial development.

تقييم خصائص اشارة من الظهارة الأدمة خلال التنمية الجمجمة

The accessibility of avian embryos has helped experimental embryologists understand the fates of cells during development and the role of tissue ...

High Throughput Microinjections of Sea Urchin Zygotes

Microinjection into cells and embryos is a common technique that is used to study a wide range of biological processes. In this method a small amount of treatment solution is loaded into a microinjection needle that is used to physically inject individual immobilized cells or embryos. Despite the need for initial training to perform this procedure for high-throughput delivery, microinjection offers maximum efficiency and reproducible delivery of a wide variety of treatment solutions (including complex mixtures of samples) into cells, eggs or embryos. Applications to microinjections include delivery of DNA constructs, mRNAs, recombinant proteins, gain of function, and loss of function reagents. Fluorescent or colorimetric dye is added to the injected solution to enable instant visualization of efficient delivery as well as a tool for reliable normalization of the amount of the delivered solution. The described method enables microinjection of 100-400 sea urchin zygotes within 10-15 min.

Microinjection is a common technique used to deliver DNA constructs, mRNAs, morpholino antisense oligonucleotides or other treatments into eggs, embryos, and cells of various species.

عالية الإنتاجية إبر دقيقة جدا لقنفذ البحر بيضات ملقحة

Microinjection into cells and embryos is a common technique that is used to study a wide range of biological processes. In this method a small amount of ...

قوة البساطة: قنفذ البحر الأجنة كما

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video