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本方案描述了如何测量 埃及伊蚊 的常见生活参数数据,包括繁殖力、翅膀大小、生育能力、性别比例、生存能力、发育时间、雄性贡献和成虫寿命。这些测量结果可用于评估转基因蚊子的适应性。
与野生型蚊子相比,转基因蚊子通常表现出适应成本。在这方面,适应性成本研究涉及从转基因蚊子那里收集生命参数数据,并将它们与来自相同遗传背景的缺乏转基因的蚊子进行比较。这份手稿说明了如何测量 埃及伊蚊的常见生活史特征,包括繁殖力、翅膀大小和形状、生育能力、性别比例、生存能力、发育时间、雄性贡献和成年寿命。之所以选择这些参数,是因为它们反映了繁殖成功率,易于测量,并且通常在文献中报道。代表性结果量化了与基因敲除或基因驱动元件的单次插入相关的适应性成本。标准化生命参数数据的收集方式非常重要,因为此类数据可用于比较不同研究中产生的转基因蚊子的健康状况,或用于模拟野生型蚊子种群中的转基因固定率。虽然该方案是针对转基因 埃及伊蚊的,但该方案也可用于其他蚊子物种或其他实验处理条件,但需要注意的是,某些生物学环境可能需要特殊适应。
适者生存是达尔文的观点,即拥有最能适应环境的基因的个体会将这些基因传递给后代1.这意味着,健康状况决定了他们的基因是否能够存活。这个已有150多年历史的概念可能是在转基因蚊子中成功设计基因驱动的最重要决定因素。基因驱动,或自私的遗传元件的超孟德尔遗传模式,使其能够在群体中传播2,正在探索用于遗传害虫管理3。在病媒控制方面,该战略旨在用对病原体具有抵抗力的节肢动物取代野生型节肢动物(种群改造),或将它们全部消灭(种群抑制)4。然而,与它们的 WT 蚊子相比,转基因蚊子通常表现出适应成本(也称为遗传负荷),这意味着转基因蚊子将在可以胜过它们的种群中丢失。因此,将转基因与基因驱动系统偶联是必要的,以抵消任何适应成本,并将转基因在群体中的水平提高到高于典型孟德尔遗传预期的水平4。
对蚊子媒介物种的实验室研究表明,转基因通常显示健身成本 5,6,7。例如,Irvin 等人。 测量了埃及伊蚊 (Ae.) 在果蝇肌动蛋白 5C 或合成 3XP3 启动子下表达增强绿色荧光蛋白 (eGFP) 或转座酶基因的各种生命参数,并将它们与野生型奥兰多菌株(它们来源的相同遗传背景)5。最值得注意的是,他们发现所有转基因菌株都显着降低了生殖适应性5。依赖转基因,一些表达抑制疟原虫寄生虫发育的转基因的按蚊(An.)蚊子也表现出适应性成本6。具体来说,与对照组相比,在组成型或血粉诱导启动子下表达蜂毒磷脂酶 (PLA2) 的 An. stephensi 产卵明显减少6.这些作者还发现,表达不同转基因(SM1十二肽四聚体)的转基因按蚊不表现出适应成本,这使他们得出结论,转基因赋予的适应成本至少可能部分取决于产生的转基因蛋白质的影响6。事实上,适应成本可能归因于实验室培育菌株的转基因产物、位置效应、脱靶效应、插入诱变或近亲繁殖效应7.因此,基因驱动必须足够强大,以抵消这些转基因诱导的适应成本,同时还要避免阻塞驱动本身的插入和缺失(插入缺失)的发展。
发育或生殖健康成本可以在实验室或笼子研究中测量7,但需要注意的是,该领域的未知因素也可能产生影响。尽管如此,在规划或评估转基因蚊子释放(例如基因驱动计划)时,受控适应性研究是重要的第一步,以确定转基因系是否会在后代中持续存在。例如,Hammond 等人。 评估 冈比亚基于 CRISPR/Cas9 的基因驱动旨在破坏女性生育能力所需的基因8.通过维持至少25代的笼子研究,作者发现蚊子产生了基因驱动的抗性等位基因,这些等位基因阻断了CRISPR靶向切割并恢复了女性的生育能力8。他们的建模工作表明,在模拟条件下,基因驱动的雌性杂合子的生育能力对基因驱动固定的影响最为显着8。按照同样的思路,埃及伊蚊(希格斯白眼菌株,HWE)被设计为在不同的启动子或不同的基因间位点下表达自主基因驱动盒,在模拟群体中表现出不同的基因驱动固定率9。使用 MGDrivE 模型10,结合测量的插入缺失形成率、母体效应和实验室收集的生命参数数据,作者发现蚊子的适应性对基因驱动的持久性影响最大 在模拟条件下9.最有可能损害基因驱动效率的适应成本归因于体细胞Cas9(过)表达或来自靶向基因,特别是在杂合子中,而不是内在驱动本身11,12,13,14,15,16,17。
鉴于其重要性,适应性是转基因品系在后代中持续存在能力的重要因素,它可以用作与转基因相关的任何生理效应的指标。例如,脱靶效应可能与健身成本有关。在这种情况下,建议将转基因系回交几代。此外,将转基因系与反映田间群体的转基因系交叉,对于研究转基因群体在现实世界中的竞争能力也是必要的。为了量化适应性成本以便它们具有可比性,本手稿提供了简单的协议,用于测量埃及蚊子中常见的生活史特征,特别强调与转基因相关的适应性成本,以便此类研究更容易复制。协议包括生育能力、生育能力、性别比例、生存能力、发育时间、男性贡献和成年寿命。测量翅膀长度和面积也被选为健身测量,因为它与胸部长度18,19 和体型测量相关,后者与血粉大小、繁殖力和免疫力直接相关20,21。尽管有许多方法可以评估健康状况,但之所以选择这些参数,是因为它们反映了生殖成功率,易于测量,并且通常在文献中报道。
注意:该协议是为先前已经过验证和建立的转基因和野生型 埃及 Aérpenti 品系编写的。有关生成 转基因埃及伊蚊的更多信息,请参阅Kistler 等人。22 和 Coates 等人。23. 下文概述的所有实验均在标准的 埃及伊蚊 饲养程序下进行。蚊子保持在28°C,相对湿度为75%-80%,光照周期为12小时/黑暗周期为12小时。出于统计目的,强烈建议每种蚊子污渍至少使用 100 个单独的蛋纸。全面的体能研究大约需要 3 个月才能完成(图 1)。
1. 测量雌性蚊子的繁殖力
2. 测量机翼长度、面积和质心尺寸
3. 评估卵子受精率
4.蛹中性别比例的测定
5. 幼虫存活率的测定
6. 幼虫到蛹发育时间的测定
7. 男性缴费的确定
8. 蚊子寿命的测定
按照上述方案,评估了两种蚊子系的适应性:(1) CRISPR/Cas9 介导的 Aétre 敲除 Ae. aegypti D7L1 (AAEL006424) 唾液蛋白和 (2) 表达自主 CRISPR/Cas9 介导的基因驱动的 Ae. aegypti 系9.在前者的情况下,通过利用非同源末端连接途径 (NHEJ) 建立纯合 D7L1 敲除系,在显微注射具有 D7L1 基因特异性的 sgRNA 胚胎后产生破坏。杂合子 D7L1-KO 蚊子回交到 WT 四代,然后产生稳定的...
埃及适应性研究通常在实验室中进行,以评估与转基因货物(例如,基因驱动元件)或基因敲除相关的适应性成本,如本手稿中所讨论的;然而,这些研究可以用于各种目的——任何旨在评估埃及伊蚊组健康状况的研究,例如感染沃尔巴克氏体的30,31、抗杀虫剂的32,33 或感染虫媒病毒...
作者没有什么可透露的。
作者要感谢密苏里大学的Bill Reid博士和Alexander Franz博士对本协议的支持。作者还要感谢 NIH/NIAID 的 Benjamin Krajacich 博士对 R 分析的支持。这项研究由 NIH(拨款编号 R01 AI130085 (KEO) 和 NIH/NIAID 校内研究计划 AI001246 部 (EC) 资助。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 oz. translucent plastic souffle cups | WebstaurantStore | 301100PC | |
2 oz. translucent polystyrene souffle cups | WebstaurantStore | 760P200N | |
3 mL plastic pipettors | Cornin | 357524 | |
50 mL conical tubes | Any brand | ||
64 oz. white double poly-coated paper food cup | WebstaurantStore | 999SOUP64WB | for mosquito enclosement |
65 mm lens | Canon | MP-E 65mm f/2.8 1-5x Macro Photo | Canon Macro Photo MP-E 65mm, 7D-65mm-1X; zoom=1, 200, 6.3, ISO=100; for photographing wings or egg papers, although other cameras are likely sufficient |
Aedes aegypti mosquitoes | BEI | multiple strains as eggs are available | |
Artifical membrane feeders | https://lillieglassblowers.com/ | Meduim membrane feeder, Custom made, 33mm | Chemglass also offers, but sizes are wrong for us. Ours are about 3 cm? |
ATP | MP Biomedical | ICN15026605 | Any good quality ATP, 10mM filter sterile aliquots at -20 |
Autoclave | for sterilizing water for hatching | ||
Canon EOS 7D camera | Canon | 3814B004 | for photographing wings or egg papers, although other cameras are likely sufficient |
defibrinated sheep blood | Colorado Serum Co. | 60 ml, every 2 weeks | https://colorado-serum-com.3dcartstores.com/sheep-defibrinated |
Dual Gooseneck Microscope Illuminator | Dolan Jenner Fiber-Lite 180 | 181-1 System | |
Ethanol | |||
Forceps | Dumont | 5SF | |
Gauze | omnisorb ii | 4" non-woven sponges | |
glass microscope slide | Fisher Scientific | 12-544-2 | |
Glass Petri dishes, 100 × 15 mm | VWR | 75845-546 | for anesthesizing/manipulating mosquitoes on ice |
Hogs' gut | Any Deli | we buy in bulk, split, wash and store in small aliquots of ~4X12" at -20 in 50 ml conical | |
Ice | |||
Ice bucket | |||
Kimwipe | Fisher Scientific | 06-666A | |
Leica GZ4 StereoZoom microscope | for screening transgenic mosquitoes (if applicable) | ||
Paintbrush | AIT synthetic brush | size 10-0 | for manipulating larvae/pupae (Amazon) |
Panty hose | Walmart | L'eggs Everyday | Women's Nylon Plus Knee Highs Sheer Toe, 16 pairs (plus fits the carton) |
Pencils | Any brand | ||
Plastic containers for 2° storage of cartons | Walmart | Sterilite 58 Qt Storage Box Clear Base White Lid Set of 8 | |
Plastic containers for growing larvae | Walmart | Sterilite 28 Qt. Storage Box Plastic, White, Set of 10 | |
Plastic containers for hatching larvae | Walmart | Sterilite 6 Qt. Storage Box Plastic, White | |
polypropylene clear deli containers | WebstaurantStore | 127DM12BULK | 12 oz, or 16 oz if needed for bigger (127RD16BULK) |
Rubber bands | Office Max | #100736/#909606 /#3777415 | 12", #64 and #10 |
Rubber stopper | VWR | 217-0515 | for mosquito enclosement |
Sugar source, such as sugar cubes or raisins | |||
Tetramin flake food | Tetramin | 16106 | |
tpsDig | Stony Brook Morphometrics | A free morphometric image-processing software distributed online available at https://www.sbmorphometrics.org/ | |
tpsUtil | Stony Brook Morphometrics | A free morphometric image-processing software distributed online available at https://www.sbmorphometrics.org/ | |
White organza fabric 8” × 8” | FabricWholesale.com | 4491676 | Joann Casa Collection Organza Fabric by Casa Collection |
Whitman Grade 1 Qualitative Filter paper | Whitman | 1001-824 | for egg papers. The white color makes it easier to see the black eggs. |
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