Name: microinjection of western corn rootworm, diabrotica virgifera virgifera, embryos for germline transformation, or crispr/cas9 genome editing
Uploaded: 2018-04-27T14:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 42 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Microinjection of Western Corn Rootworm, Diabrotica virgifera virgifera, Embryos for Germline Transformation, or CRISPR/Cas9 Genome Editing at JoVE.com

Diese Arbeit wurde unterstützt durch einen Zuschuss aus dem Forschungsprogramm von Monsanto Mais Maiswurzelbohrer wissen, MDL aus NCSU Nummer AG/1005 (, MDL und YC) und Startkapital gewähren. Gewähren Sie FC wurde unterstützt durch Zuschüsse aus Monsantos Mais Maiswurzelbohrer wissen Research Program (AG/1005) und der National Science Foundation, Nummer MCB-1244772 (MDL). Die Autoren erklären keinen Interessenkonflikt. FC und MDL konzipiert und gestaltet die Experimente; FC, PW und SP durchgeführt die Experimente; FC und MDL analysiert die Ergebnisse; und FC, NG und MDL schrieb das Manuskript. Teresa O'Leary, William Klobasa und Stephanie Gorski danken wir für ihre kompetente Unterstützung in screening-WCR. Wir danken Dr. Wade French (USDA-ARS, North Central Agricultural Research Laboratory, Brookings, SD) für Sendungen von Eiern, Lab Kolonien und die Aufzucht Protokolle zu etablieren.

(1) Kolonie-Ebene Aufzucht von WCR Erwachsene
<ol><li>Erhalten Sie eine ausreichende Menge an WCR Erwachsene (500-1.000) von einem zuverlässigen Unternehmen oder Forschung Labor (siehe Tabelle der Materialien für ein Beispiel) und legen Sie in einem 30 cm3 -Käfig. Hinweis: Eine nicht ruhenden Belastung wird sehr empfohlen.</li>
	<li>WCR künstliche Ernährung nach Protokoll des Herstellers vorbereiten und Gießen Sie eine 1 cm dicken Schicht in eine 38 Unzen-Container (siehe Tabelle der Materialien). Nach dem Mischen speichern Sie ungenutzte Diät bei 4 ° C für bis zu 2 Monate.</li>
	<li>Setzen Sie eine Petrischale (100 x 15 mm) mit Erwachsenen Diät (10-15 g) in einen 30 cm3 -Käfig. Fügen Sie weitere Diät, wenn das Essen trocken oder niedrig ist.</li>
	<li>Setzen Sie eine Flasche (300 mL) mit Wasser, bedeckt mit einem Wattebausch, die verwendet wird, um eine Watterolle (6 "x 3/8"), dienen zu halten als eine Wasserquelle. Wechseln Sie das Wasser, wenn es zur Neige geht.</li>
	<li>WCR bei 26 ° C mit 60 % Luftfeuchtigkeit zu erhalten und eine 14:10 leichte Zyklus in ein Insekt Aufzucht Inkubator.</li>
</ol>(2) Embryo Sammlung und Ausrichtung
<ol><li>Machen Sie ein Ei Sammelkammer mit 1 % Agar in Wasser in einem sterilen 100 x 15 mm2 Petrischale. Nach das Agar erstarrt bei 4 ° C lagern.</li>
	<li>Um neu gelegten Eiern zu sammeln, legen Sie eine einzelne Schicht aus Filterpapier, gefolgt von 4 Schichten von Gaze (jeder Schnitt, Größe) auf der Oberfläche des Nährbodens (Abbildung 1A). Hinweis: Gaze kann wiederverwendet werden, nachdem er gewaschen in Bleichmittel und autoklaviert, aber es ist nicht notwendig, dies bei der ersten Verwendung zu tun. Filterpapier darf nicht wiederverwendet werden und muss nicht sterilisiert werden.</li>
	<li>WCR Käfig so spät in den Tag wie möglich (Ende des Arbeitstages) Ei Sammlung Platte setzen und abdecken mit Alufolie Zelt. Lassen Sie über Nacht. Hinweis: Nachdem die Lichter auf von 10:00 bis 12: 00 Uhr (14 h) Verzögerungen Eiablage, erleichtert die Sammlung von jüngeren Eiern für die Mikroinjektion ohne Laborpersonal Sammelkammer in Käfig spät in der Nacht zu platzieren.</li>
	<li>Entfernen Sie das Ei Sammelkammer rund 8 oder 09:00</li>
	<li>Verwenden Sie Zange um zu holen 1 Schicht aus Gaze Zeit und Ort in einem Becherglas (500 mL) Wasser. Waschen von Eiern aus Gaze von leichtem rühren (Abbildung 1 b und 1 C).</li>
	<li>Verwenden Sie eine Glühbirne Pipette Eiern in ein weiteres Becherglas (500 mL) Wasser zu übertragen. Wiederholen Sie 2-3 X um die Eizellen zu reinigen.</li>
	<li>Verwenden Sie die Glühbirne Pipette übertragen von Eiern auf Filterpapier (Abbildung 1) bei gleichzeitiger Minimierung der Menge an Wasser Verschleppung.</li>
	<li>Schneiden Sie schwarzes Filterpapier in Streifen so breit wie ein Glas Folie und Klebeband fest an der Folie, um sicherzustellen, liegt das Papier flach (Abbildung 2A). Hinweis: Schwarzes Filterpapier verbessert die Sichtbarkeit unter dem Mikroskop durch Verringerung der Menge des reflektierten Lichts.</li>
	<li>Ungiftigen Kleber auftragen (siehe Tabelle der Materialien für ein Beispiel) auf das Filterpapier in feinen Linien (Abb. 2 b). Halten Sie die Klebstoff-Linien dünner ist als der Durchmesser eines Eies zu vermeiden, die Eiern, die im Klebstoff beschichtet.</li>
	<li>Verwenden Sie einen feinen Pinsel, um sanft WCR Eiern eins nach dem anderen aus ihrer Filterpapier in die Klebefuge verschieben. Versuchen Sie, die Eiern auf den Kleber legen, bevor es trocknet aus und halten Sie mindestens ein Ei Abstand zwischen jedem Ei.</li>
	<li>Injektion Effizienz zu maximieren, indem Sie mehrere Zeilen von Eiern auf einem Filterpapier Folie (Abbildung 3).</li>
	<li>Nachdem alle Eizellen auf dem Filterpapier gelegt sind, warten Sie, bis der Leim, bevor Mikroinjektion trocknet. Hinweis: Für Germline Veränderung und CRISPR/Cas9-vermittelten Genom Bearbeitung, Spritzen Sie alle Embryonen bis zum Mittag (12:00), damit der älteste Embryo nicht mehr als 19 h alt ist. Jedoch für RNAi gibt es keine zeitliche Begrenzung, da im WCR, DsRNA zwischen den Zellen bewegen kann. In der Tat könnte bessere Überlebensraten für RNAi, Alterung Embryonen führen.</li>
</ol>3. Vorbereitung der Plasmid-DNA und Injektionsnadeln
<ol><li>Bereiten Sie qualitativ hochwertige supercoiled Plasmid-DNA mit Hilfe einer Endotoxin-freie kommerzielle kit (siehe Tabelle der Materialien für ein Beispiel).</li>
	<li>Um die Injektionslösung vorzubereiten, überprüfen Sie die Konzentration der einzelnen Plasmid und verbinden Sie Helfer Plasmid (250 ng/µL Endkonzentration), Spender Plasmid (750 ng/µL Endkonzentration) und Phenol rot Puffer (20 % Endkonzentration). Wirbel die Lösung kurz und Zentrifuge für 3 min bei maximaler Geschwindigkeit Partikel ausgefällt, die die Nadel verstopfen könnten.</li>
	<li>Ziehen Sie Borosilikatglas Nadeln (O.D. 1 mm, I.D. 0,58 mm, Länge 10 cm) mit einem flammenden/braun Typ Mikropipette Abzieher. Für die Lagerung deaktivieren sichere zog Nadeln auf doppelseitiges Klebeband in einer Petrischale oder andere Container. Hinweis: Für die Mikropipette Puller System, die verwendeten Einstellungen waren: Wärme = 335, FIL = 4, VEL = 40, DEL = 200, PUL = 100.</li>
	<li>Abgleich die Injektionsnadel mithilfe einen Mikro-Loader Spitze (siehe Tabelle der Materialien) zu pipettieren 0,5 - 1,0 µL nach unten in die Nadel in der Nähe das spitz zulaufende Ende. Entfernen Sie Luftblasen aus der Spitze der Nadel, wenn auftreten.</li>
	<li>Legen Sie die Injektionsnadel in den Nadelhalter.</li>
	<li>Öffnen Sie die Spitze der Nadel durch sanft brechen mit einer feinen Pinzette oder sanft berühren/ziehen die Spitze auf das Deckglas oder Glas Folie. Hinweis: Das Ziel ist es, die kleinste Öffnung haben, noch die Injektion Mischung zu kommen, erlaubt (kleinere Öffnungen erfordern in der Regel höheren Einspritzdruck). Abgeschrägte Nadeln erforderlich nicht diesen Schritt, da sie bereits geöffnet sind.</li>
</ol>4. Mikroinjektion und nach der Injektion Pflege
<ol><li>Mit einem feinen Pinsel, vorsichtig die Oberfläche von 1 bis 3 Eiern mit sterilem Wasser nass, Stechen Sie die Nadel und die Lösung zu injizieren. Jedes Ei zu injizieren, bevor die Oberfläche trocknet. Suchen Sie das Erscheinungsbild eine kleine Menge der roten Farbe in Eiern während der Einspritzung an die erfolgreiche Mikroinjektion. Zerquetschen Sie, oder entfernen Sie alle Eizellen, die suchen Sie beschädigt, leer, oder sonst können nicht injiziert werden. Hinweis: Obwohl Einspritzdruck je nach Bohrung Nadelstärke variiert, 10-13 Psi ist ein guter Ausgangspunkt.</li>
	<li>Nachdem alle Eizellen injiziert werden, entfernen Sie das Filterpapier aus der Glas-Folie.</li>
	<li>Legen Sie das Filterpapier auf die Oberfläche einer 1 % Agar-Schale (oben beschrieben).</li>
	<li>Verwenden Sie Kunststoff Paraffin Film zu versiegeln die Schüssel, und legen Sie in einem 26 ° C Insekt Aufzucht Inkubator für 12 Tage. Hinweis: Der Paraffin-Film verhindert Kreuzkontamination von Schimmel zwischen den Gerichten. Eine andere Behandlung, Schimmel und Bakterienwachstum zu verhindern könnte jedoch das Überleben der injizierten Embryonen reduzieren.</li>
</ol>(5) kultiviert und schlüpfen der Embryonen
<ol><li>Fangen Sie an Embryonen 12 Tage nach der Injektion für die frisch geschlüpften Larven überprüfen und weiterhin täglich für die nächsten 2 Wochen.</li>
	<li>Larven, mit einem feinen Pinsel um eine Aufzucht Box mit gekeimtes Getreide und Boden zu übertragen. Hinweis: Schimmel in der Agar-Schale wachsen könnte, sondern Larven schlüpfen nach wie vor in den meisten Fällen. Suchen Sie nach Larven sorgfältig in die Form, um sie alle zu fangen. Einige Larven auf den Deckel der Schale bewegen könnte und möglicherweise in der Kondensation stecken.</li>
	<li>Hinten Sie Larven bei 26 ° C standard WCR Aufzucht Methoden25nach.</li>
</ol>

<ol>
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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Obwohl Mikroinjektion des WCR mit DsRNAs zum Zwecke der RNAi gemeldeten9wurde, dies ist das erste Protokoll, best Practices für microinjecting precellular WCR Embryonen, ein kritischer Prozess für die Durchführung von Keimbahn Transformation zu etablieren und/oder CRISPR/Cas9 Genom Bearbeitung in dieser Art. Erfolgreiche Mikroinjektion WCR Embryonen ist abhängig von vielen Faktoren ab, wie transformationseffizienz. Nachfolgend sind einige der wichtigsten Fragen das Ergebnis unter Verwendung di...

Maiswurzelbohrer (WCR), Diabrotica Virgifera Virgifera, ist ein wichtiger Schädling von Mais1. Interessanterweise scheint WCR Überwindung Kontrolle Maßnahmen schneller als die meisten landwirtschaftlichen Schädlinge, da sie nicht nur physiologisch sondern auch verhaltensorientierte2,3,4,5, anpassen 6. im letzten Jahrzehnt RNA-Interferenz (RNAi), ein leistungsfähiges funktionelle Genomik Werkzeug, wurde als eine mögliche Steuerungsmethode für WCR7,8untersucht, und wurde auch als Mittel verwendet, um gen Funktion9zu studieren. Während RNAi durch Mikroinjektion von doppelsträngige RNA (DsRNA) bei anderen Spezies häufig durchgeführt wird, ist jedoch Injektion basierende RNAi in WCR selten. In der Tat gibt es nur wenige Berichte über RNAi per Mikroinjektion von DsRNA in WCR9. Der Grund ist, dass WCR auch erlaubt das Studium der embryonalen Effekte durch die Fütterung von DsRNA der Mutter11High-Level der Gen Knockdown über Einnahme von DsRNA7,10, erreichen kann. Während diese Methode eine ausgezeichnete Thema für funktionelle Genomanalyse über RNAi WCR macht, hat es Fortschritte bei der Entwicklung von Methoden zur embryonalen Mikroinjektion in dieser Spezies verlangsamt.
Trotz der Macht der RNAi gibt es ein paar Nachteile. Zum Beispiel reagieren nicht alle Gene gleich auf RNAi. Diese Variabilität kann Interpretation der Ergebnisse eines funktionellen Genomik-Assays schwieriger machen. Auch, RNAi ist flüchtig und löst keine vererbbare Mutationen. Auf der anderen Seite erzeugen Keimbahn Transformation, eine weitere funktionelle genomische Tool, vererbbare Mutationen über Einfügung eines markierten Elements übertragbar in das Genom12,13. Dies macht Keimbahn Transformation ein ausgezeichnetes Werkzeug für die Erstellung von mutierte Stämme für den Einsatz in genetischen Langzeitstudien. Transformation kann auch verwendet werden, um eine Mutation zu retten, durch die Bereitstellung einer funktionsfähige Kopie des Gens für eine mutierte Genom-14. Darüber hinaus ist die Keimbahn Transformation der Grundstein für eine Vielzahl von molekulargenetischer. Neben ausschlagen und/oder Rettung Genfunktion, Germline Veränderung Enhancer Trapping15, Gene Trapping16, Gal4-basierte ektopische Expression17und genomweite Mutagenese18einsetzbar.
Vor kurzem wurden Tools, mit denen anspruchsvolle Genom-Bearbeitung entwickelt. Zu diesen Tools zählen Transkription Activator-Like Effektor Nukleasen (TALEN) und die CRISPR/Cas9-Nuklease System19,20. Der Vorteil dieser neuen Werkzeuge ist, dass sie Forscher die Fähigkeit, eine doppelsträngige DNA Pause an fast jedem Ort in fast jedem Genom zu induzieren. Sobald induziert, diese Pausen können repariert werden, durch nicht-homologe Enden verbinden, die Deletionen oder Insertionen in das gezielte gen einführen kann, oder durch Homologie gerichtete Reparatur, die in der Gegenwart ein veränderter Konstrukt, katalysieren kann die Ersatz des gesamten Gene oder genetische Regionen21,22. Diese Methoden erfordern jedoch Mikroinjektion von DNA, RNA und Protein zu sehr jungen Embryonen.
Wichtig ist, überschreiten nicht anders als die DsRNAs verwendet für RNAi, Nukleinsäuren und Proteine zur Keimbahn Transformation und Genom-Bearbeitung leicht Zellmembranen. Daher muss Mikroinjektion von Plasmid-DNA, mRNAs und/oder Proteine statt in der syncytial Blastoderm Phase (d. h. vor der Insekten Embryo cellularizes). Dadurch wird dem Zeitpunkt der Injektionen einen kritischen Faktor. Zum Beispiel in Drosophila Melanogastermüssen Embryonen injiziert werden, innerhalb von zwei Stunden nach Ei12zu legen. Daher muss Entwicklung eines erfolgreichen embryonalen Mikroinjektion Protokolls für WCR die besten Voraussetzungen für weibliche Eiablage, sowie die beste Methode zum Sammeln von precellular Embryonen in ausreichender Menge berücksichtigen.
Dem Bemühen, eine Vielzahl von molekularen genetischen Werkzeuge auf WCR Biologie zu bringen erfordert Methoden zum Sammeln und microinjecting precellular WCR Embryonen entwickeln. Hier bieten wir Ihnen eine ausführliche Anleitung, zusammen mit Tipps und Tricks, um anderen Transformation-basierte Techniken WCR Forschung verwendet zu helfen. Diese Techniken ermöglichen neben der Verlängerung transgener Technologies, WCR für funktionelle Genomforschung Studien, auch leistungsstarke neue Bekämpfungsstrategien wie gen Fahrt23,24 in diesem wirtschaftlich bedeutenden getestet werden Schädling.

<table><tbody><tr><td>Qualitative Filter Paper (Black)</td><td>Ahlstrom</td><td>8613-0900</td><td>For egg microinjection</td></tr><tr><td>1 oz Containers&amp;nbsp;</td><td>Anny&#039;s Plastic Tableware</td><td>ASET101</td><td>Egg container</td></tr><tr><td>Drosophila Agar Type II</td><td>Apex</td><td>66-103</td><td>Substrate for WCR egg-laying dish</td></tr><tr><td>Featherweight Forceps&amp;nbsp;</td><td>Bioquip</td><td>4748</td><td>Handling larvae and pupae&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Clorox Regular-Bleach1</td><td>Clorox</td><td>44600-30770</td><td>Wash corn and dishes</td></tr><tr><td>Trucker&#039;s Favorite Yellow</td><td>Coor Farm Supply</td><td>502</td><td>Corn for feeding WCR</td></tr><tr><td>Microinjection System (Homemade)</td><td>NA</td><td>Parts &amp;amp; instructions available upon request</td><td>Controls injection pressure (0-20 psi)</td></tr><tr><td>Elmer&#039;s Non-toxic Glue</td><td>Elmer&#039;s Products, Inc.</td><td>E304</td><td>Glue eggs on filter paper</td></tr><tr><td>epTIPS Microloader Tips</td><td>Eppendorf</td><td>C2554691</td><td>Backfilling needle loading tips</td></tr><tr><td>Falcon Tissue Culture Dishes</td><td>Falcon</td><td>25383-103</td><td>Sprouting corn /150 x 25 mm</td></tr><tr><td>Fisherbrand&amp;nbsp;Quantitative-Grade Filter Paper Circles</td><td>Fisher Scientific</td><td>S47576C</td><td>Making agar dish for egg-lay/9cm</td></tr><tr><td>Sparkleen</td><td>Fisher Scientific</td><td>04-320-4</td><td>Wash dishes</td></tr><tr><td>Plain Microscope Slides</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-549-3</td><td>Holding filter paper and eggs for microinjection</td></tr><tr><td>Western Corn Rootworm w/o Pollen Substitute</td><td>Frontier Agricultural Sciences&amp;nbsp;</td><td>F9766B</td><td>WCR adult artificial diet</td></tr><tr><td>Cotton Balls, Large</td><td>Genesee Scientific</td><td>51-101</td><td>Close the flask</td></tr><tr><td>Globe Scientific 3.0 mL Small Bulb Transfer Pipettes</td><td>Globe Scientific</td><td>137035</td><td>Collect and transfer eggs</td></tr><tr><td>Leica M165 FC Fluorescence Stereomicroscope&amp;nbsp;</td><td>Leica</td><td>M165 FC&amp;nbsp;</td><td>WCR screening</td></tr><tr><td>DsRed Filter Set for Fluorescence Stereomicroscope</td><td>Leica</td><td>DSR</td><td>Excitation filter: 510-560 nm, emission filter: 590-650 nm</td></tr><tr><td>EGFP filter</td><td>Leica</td><td>GFP2</td><td>Excitation filter: 440&amp;ndash;520 nm, emission filter: 510 nm</td></tr><tr><td>BugDorm</td><td>MegaView Science</td><td>DP1000_5P</td><td>Cage for adult colony</td></tr><tr><td>Miniature Paint Brush</td><td>MyArtscape</td><td>MAS-102-MINI</td><td>Liner 2/0&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Joystick Micromanipulator</td><td>Narishige</td><td>MN-151</td><td>Micromanipulator and needle holder</td></tr><tr><td>Microscope XY Stage</td><td>Olympus</td><td>265515</td><td>Microscope stage (adapted for use with stereoscope)</td></tr><tr><td>Grade 90 Cheesecloth</td><td>Online Fabric Store</td><td>CHEE90</td><td>For egg-lay</td></tr><tr><td>Plastic paraffin film&amp;nbsp;</td><td>Pechiney Plastic Packaging</td><td>PM-996</td><td>Seal agar dish after microinjection/Roll size 4 in. x 125 ft</td></tr><tr><td>Percival Incubator</td><td>Percival&amp;nbsp;</td><td>I41VLH3C8</td><td>WCR growing chamber (insect rearing incubator)</td></tr><tr><td>Narrow Mouth Erlenmeyer Flasks</td><td>VWR</td><td>4980-300-PK</td><td>Water container for adult colony&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Griffin Low Form Beakers</td><td>VWR</td><td>1000-600-PK</td><td>For egg wash</td></tr><tr><td>Braided Cotton Rolls</td><td>Richmond Dental Cotton Co.</td><td>605-3599</td><td>Use in water supply for adult colony&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Petri Dishes (35x10mm)</td><td>SIGMA</td><td>CLS430588-500EA</td><td>For diet plates</td></tr><tr><td>Phenol Red</td><td>Sigma</td><td>143-78-8</td><td>Microinjection buffer</td></tr><tr><td>Laser-based Micropipiette Puller</td><td>Sutter Instrument</td><td>P-2000/G</td><td>Needle puller/Heat = 335, FIL = 4, VEL = 40, DEL = 200, PUL = 100</td></tr><tr><td>Premium Topsoil</td><td>The Scotts Company</td><td>71130758</td><td>Soil for cron growing</td></tr><tr><td>Reloc Zippit 2 Mil Zipper Bags</td><td>United States Plastic Corporation</td><td>48342</td><td>Bag agar dish after microinjection/5x7</td></tr><tr><td>Petri Dishes (100x15m)</td><td>VWR</td><td>89038-968</td><td>Making agar dish for egg-lay/ 100 x 15 mm</td></tr><tr><td>6 oz Containers</td><td>Webstaurantstore</td><td>128E506</td><td>WCR single pair mating chamber&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>38 oz Containers</td><td>Webstaurantstore</td><td>128NC888</td><td>Larvae rearing box/38 oz</td></tr><tr><td>ChoiceHD 16 oz. Microwavable Translucent Plastic Deli Container</td><td>Webstaurantstore</td><td>128HRD16</td><td>Larvae rearing box/16 oz</td></tr><tr><td>Microinjection Scope&amp;nbsp;</td><td>Wild Heerbrugg</td><td>WILD-M8</td><td>Microinjection scope outfited with an XY stage</td></tr><tr><td>Standard Glass Capillaries</td><td>World Precision Instruments</td><td>1B100F-4</td><td>Microinjection needles</td></tr><tr><td>Adult Western Corn Rootworms</td><td>North Centeral Aqricultural reasearch Laboratory</td><td>Non-diapase strain</td><td>Request from Dr. Bryan Wade French&#039;s lab</td></tr><tr><td>Plasmid DNA Midi Kit</td><td>Qiagen</td><td>12143</td><td>Purification of injection-ready plasmid DNAs</td></tr></tbody></table>

microinjection of western corn rootworm, diabrotica virgifera virgifera, embryos for germline transformation, or crispr/cas9 genome editing

Der Maiswurzelbohrer (WCR) ist ein wichtiger Schädling von Mais und ist bekannt für seine Fähigkeit, schnell zu Pest Managementstrategien anzupassen. RNA-Interferenz (RNAi) erwies sich ein leistungsfähiges Werkzeug für WCR Biologie zu studieren, hat aber seine Grenzen. Speziell, RNAi selbst vergänglich ist (d. h. nicht zu langfristigen Mendelian Erbschaft des zugehörigen Phänotyps), und es erfordert eine Kenntnis der DNA-Sequenz des Zielgens. Letzteres kann die Begrenzung wenn der Phänotyp des Interesses von schlecht erhaltenen oder auch neuartigen Genen gesteuert wird weil er einfach nur nützliche Ziele schwierig sein würde, wenn nicht gar unmöglich. Daher sollte die Anzahl der Werkzeuge in WCRs genomische Toolbox durch die Entwicklung von Methoden, die verwendet werden könnte, um stabile mutierte Stämme erstellen und aktivieren Sequenz-unabhängige Umfragen des Genoms WCR erweitert werden. Hier zeigen wir die Methoden zum Erfassen und microinject precellular WCR Embryonen mit Nukleinsäuren verwendet. Während die hier beschriebenen Protokolle auf die Schaffung von transgenen WCR ausgerichtet sind, könnte CRISPR/Cas9-Genom-Bearbeitung auch mit durchgeführt werden die gleichen Protokolle mit dem einzigen Unterschied, die Zusammensetzung der Lösung in die Embryonen injiziert.

Ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung dieses Protokolls war die Phase der Embryonalentwicklung zum Zeitpunkt der Mikroinjektion. Insbesondere erfordert Keimbahn Transformation Mikroinjektion von DNA vor der embryonalen Cellularization. Und zwar deshalb, weil DNAs Zellmembranen leicht überschreiten können. Versuche, die Phasen des WCR Embryonalentwicklung mit einem nuklearen Fleck visualisieren blieben erfolglos, weil Dechorionation WCR Embryonen im Wesentlichen alle verantwortlich f?...

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Microinjection of Western Corn Rootworm, Diabrotica virgifera virgifera, Embryos for Germline Transformation, or CRISPR/Cas9 Genome Editing

Mikroinjektion der westliche Maiswurzelbohrer Diabrotica Virgifera Virgifera, Embryonen für die Keimbahn Transformation oder CRISPR/Cas9 Genom-Bearbeitung

Hier präsentieren wir Protokolle für sammeln und microinjecting precellular westlichen Mais Maiswurzelbohrer Embryonen zum Zwecke der Ausführung der funktionellen Genomik Assays wie Keimbahn Transformation und CRISPR/Cas9-Genom-Bearbeitung.

The western corn rootworm (WCR) is an important pest of corn and is well known for its ability to rapidly adapt to pest management strategies. Although ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

Microinjection of Western Corn Rootworm, Diabrotica virgifera virgifera, Embryos for Germline Transformation, or CRISPR/Cas9 Genome Editing

7.4K Aufrufe.  North Carolina State University. Hier präsentieren wir Protokolle für sammeln und microinjecting precellular westlichen Mais Maiswurzelbohrer Embryonen zum Zwecke der Ausführung der funktionellen Genomik Assays wie Keimbahn Transformation und CRISPR/Cas9-Genom-Bearbeitung.

Serie: Microinjection of Western Corn Rootworm, Diabrotica virgifera virgifera, Embryos for Germline Transformation, or CRISPR/Cas9 Genome Editing

Delivery of Nucleic Acids through Embryo Microinjection in the Worldwide Agricultural Pest Insect, Ceratitis capitata

The Mediterranean fruit fly (medfly) Ceratitis capitata (Wiedemann) (Diptera: Tephritidae) is a pest species with extremely high agricultural relevance. This is due to its reproductive behavior: females damage the external surface of fruits and vegetables when they lay eggs and the hatched larvae feed on their pulp. Wild C. capitata populations are traditionally controlled through insecticide spraying and/or eco-friendly approaches, the most successful being the Sterile Insect Technique (SIT). The SIT relies on mass-rearing, radiation-based sterilization and field release of males that retain their capacity to mate but are not able to generate fertile progeny. The advent and the subsequent rapid development of biotechnological tools, together with the availability of the medfly genome sequence, has greatly boosted our understanding of the biology of this species. This favored the proliferation of new strategies for genome manipulation, which can be applied to population control.
In this context, embryo microinjection plays a dual role in expanding the toolbox for medfly control. The ability to interfere with the function of genes that regulate key biological processes, indeed, expands our understanding of the molecular machinery underlying medfly invasiveness. Furthermore, the ability to achieve germ-line transformation facilitates the production of multiple transgenic strains that can be tested for future field applications in novel SIT settings. Indeed, genetic manipulation can be used to confer desirable traits that can, for example, be used to monitor sterile male performance in the field, or that can result in early life-stage lethality. Here we describe a method to microinject nucleic acids into medfly embryos to achieve these two main goals.

Delivery of Nucleic Acids through Embryo Microinjection in the Worldwide Agricultural Pest Insect, Ceratitis capitata

The Mediterranean fruit fly (medfly) Ceratitis capitata (Diptera: Tephritidae) is a worldwide pest of agriculture. A deeper understanding of its biology is key to control medfly populations and thus reduce economic impact. Embryo microinjection is a fundamental tool allowing both germ-line transformation and reverse genetics studies in this species.

Lieferung von Nukleinsäuren durch Embryomikroinjektion in der weltweiten Agrar Pest Insekt,<em&gt; Mittelmeerfruchtfliege</em

The Mediterranean fruit fly (medfly) Ceratitis capitata (Wiedemann) (Diptera: Tephritidae) is a pest species with extremely high agricultural relevance. ...

Forschung

Genetik

Embryo Microinjection and Transplantation Technique for Nasonia vitripennis Genome Manipulation

The jewel wasp Nasonia vitripennis has emerged as an effective model system for the study of processes including sex determination, haplo-diploid sex determination, venom synthesis, and host-symbiont interactions, among others. A major limitation of working with this organism is the lack of effective protocols to perform directed genome modifications. An important part of genome modification is delivery of editing reagents, including CRISPR/Cas9 molecules, into embryos through microinjection. While microinjection is well established in many model organisms, this technique is particularly challenging to perform in N. vitripennis primarily due to its small embryo size, and the fact that embryonic development occurs entirely within a parasitized blowfly pupa. The following procedure overcomes these significant challenges while demonstrating a streamlined, visual procedure for effectively removing wasp embryos from parasitized host pupae, microinjecting them, and carefully transplanting them back into the host for continuation and completion of development. This protocol will strongly enhance the capability of research groups to perform advanced genome modifications in this organism.

Embryo Microinjection and Transplantation Technique for Nasonia vitripennis Genome Manipulation

Microinjection of Nasonia vitripennis embryos is an essential method for generating heritable genome modifications. Described here is a detailed procedure for microinjection and transplantation of Nasonia vitripennis embryos, which will greatly facilitate future genome manipulation in this organism.

Embryo Mikroinjektion und Transplantation Technik für Nasonia Vitripennis Genom Manipulation

The jewel wasp Nasonia vitripennis has emerged as an effective model system for the study of processes including sex determination, haplo-diploid sex ...

Embryo Microinjection Techniques for Efficient Site-Specific Mutagenesis in Culex quinquefasciatus

Culex quinquefasciatus is a vector of a diverse range of vector-borne diseases such as avian malaria, West Nile virus (WNV), Japanese encephalitis, Eastern equine encephalitis, lymphatic filariasis, and Saint Louis encephalitis. Notably, avian malaria has played a major role in the extinction of numerous endemic island bird species, while WNV has become an important vector-borne disease in the United States. To gain further insight into C. quinquefasciatus biology and expand their genetic control toolbox, we need to develop more efficient and affordable methods for genome engineering in this species. However, some biological traits unique to Culex mosquitoes, particularly their egg rafts, have made it difficult to perform microinjection procedures required for genome engineering. To address these challenges, we have developed an optimized embryo microinjection protocol that focuses on mitigating the technical obstacles associated with the unique characteristics of Culex mosquitoes. These procedures demonstrate optimized methods for egg collection, egg raft separation and other handling procedures essential for successful microinjection in C. quinquefasciatus. When coupled with the CRISPR/Cas9 genome editing technology, these procedures allow us to achieve site-specific, efficient and heritable germline mutations, which are required to perform advanced genome engineering and develop genetic control technologies in this important, but currently understudied, disease vector.

Embryo Microinjection Techniques for Efficient Site-Specific Mutagenesis in Culex quinquefasciatus

This protocol describes microinjection procedures for Culex quinquefasciatus embryos that are optimized to work with CRISPR/Cas9 gene editing tools. This technique can efficiently generate site-specific, heritable, germline mutations that can be used for building genetic technologies in this understudied disease vector.

Embryo-Mikroinjektionstechniken für eine effiziente ortsspezifische Mutagenese bei Culex quinquefasciatus

Culex quinquefasciatus is a vector of a diverse range of vector-borne diseases such as avian malaria, West Nile virus (WNV), Japanese encephalitis, ...

Sand Fly (Phlebotomus papatasi) Embryo Microinjection for CRISPR/Cas9 Mutagenesis

Sand flies are the natural vectors for Leishmania species, protozoan parasites producing a broad spectrum of symptoms ranging from cutaneous lesions to visceral pathology. Deciphering the nature of the vector/parasite interactions is of primary importance for better understanding of Leishmania transmission to their hosts. Among the parameters controlling the sand fly vector competence (i.e. their ability to carry and transmit pathogens), parameters intrinsic to these insects were shown to play a key role. Insect immune response, for example, impacts sand fly vector competence to Leishmania. The study of such parameters has been limited by the lack of methods of gene expression modification adapted for use in these non-model organisms. Gene downregulation by small interfering RNA (siRNA) is possible, but in addition to being technically challenging, the silencing leads to only a partial loss of function, which cannot be transmitted from generation to generation. Targeted mutagenesis by CRISPR/Cas9 technology was recently adapted to the Phlebotomus papatasi sand fly. This technique leads to the generation of transmissible mutations in a specifically chosen locus, allowing to study the genes of interest. The CRISPR/Cas9 system relies on the induction of targeted double-strand DNA breaks, later repaired by either Non-Homologous End Joining (NHEJ) or by Homology Driven Repair (HDR). NHEJ consists of a simple closure of the break and frequently leads to small insertion/deletion events. In contrast, HDR uses the presence of a donor DNA molecule sharing homology with the target DNA as a template for repair. Here, we present a sand fly embryo microinjection method for targeted mutagenesis by CRISPR/Cas9 using NHEJ, which is the only genome modification technique adapted to sand fly vectors to date.

Sand Fly Phlebotomus papatasi Embryo Microinjection for CRISPR/Cas9 Mutagenesis

This protocol details the steps of CRISPR/Cas9 targeted mutagenesis in sand flies: embryo collection, injection, insect rearing, and identification as well as selection of mutations of interest.

Sandfliege (Phlebotomus papatasi) Embryo Mikroinjektion für CRISPR/Cas9 Mutagenese

Sand flies are the natural vectors for Leishmania species, protozoan parasites producing a broad spectrum of symptoms ranging from cutaneous lesions to ...

Embryo Injections for CRISPR-Mediated Mutagenesis in the Ant Harpegnathos saltator

The unique traits of eusocial insects, such as social behavior and reproductive division of labor, are controlled by their genetic system. To address how genes regulate social traits, we have developed mutant ants via delivery of CRISPR complex into young embryos during their syncytial stage. Here, we provide a protocol of CRISPR-mediated mutagenesis in Harpegnathos saltator, a ponerine ant species that displays striking phenotypic plasticity. H. saltator ants are readily reared in a laboratory setting. Embryos are collected for microinjection with Cas9 proteins and in vitro synthesized small guide RNAs (sgRNAs) using home-made quartz needles. Post-injection embryos are reared outside the colony. Following emergence of the first larva, all embryos and larvae are transported to a nest box with a few nursing workers for further development. This protocol is suitable for inducing mutagenesis for analysis of caste-specific physiology and social behavior in ants, but may also be applied to a broader spectrum of hymenopterans and other insects.

Embryo Injections for CRISPR-Mediated Mutagenesis in the Ant Harpegnathos saltator

Many characteristics of insect eusociality rely on within-colony communication and division of labor. Genetic manipulation of key regulatory genes in ant embryos via microinjection and CRISPR-mediated mutagenesis provides insights into the nature of altruistic behavior in eusocial insects.

Embryo-Injektionen für CRISPR-vermittelte Mutagenese im Ant Harpegnathos saltator

The unique traits of eusocial insects, such as social behavior and reproductive division of labor, are controlled by their genetic system. To address how ...

phiC31 Integrase-vermittelte Embryotransgenese bei Drosophila

Embryo Microinjection for Transgenesis in Drosophila

Transgenesis in Drosophila is an essential approach to studying gene function at the organism level. Embryo microinjection is a crucial step for the construction of transgenic flies. Microinjection requires some types of equipment, including a microinjector, a micromanipulator, an inverted microscope, and a stereo microscope.&#160;Plasmids isolated with a plasmid miniprep kit are qualified for microinjection. Embryos at the pre-blastoderm or syncytial blastoderm stage, where nuclei share a common cytoplasm, are subjected to microinjection. A cell strainer eases the process of dechorionating embryos. The optimal time for dechorionation and desiccation of embryos needs to be determined experimentally. To increase the efficiency of embryo microinjection, needles prepared by a puller need to be beveled by a needle grinder. In the process of grinding needles, we utilize a foot air pump with a pressure gauge to avoid the capillary effect of the needle tip. We routinely inject 120-140 embryos for each plasmid and obtain at least one transgenic line for around 85% of plasmids. This article takes the phiC31 integrase-mediated transgenesis in Drosophila as an example and&#160;presents a detailed protocol for embryo microinjection for transgenesis in Drosophila.

Autor im Rampenlicht: Optimierung der Mikroinjektion von Embryonen für die Transgenese in Drosophila

This article takes the phiC31 integrase-mediated transgenesis in Drosophila as an example and presents an optimized protocol for embryo microinjection,&#160;a crucial step for creating transgenic flies.

Mikroinjektion von Embryonen zur Transgenese bei Drosophila

Transgenesis in Drosophila is an essential approach to studying gene function at the organism level. Embryo microinjection is a crucial step for the ...

Embryo Microinjection and Knockout Mutant Identification of CRISPR/Cas9 Genome-Edited Helicoverpa Armigera (H&#252;bner)

The cotton bollworm, Helicoverpa armigera, is one of the most destructive pests in the world. A combination of molecular genetics, physiology, functional genomics, and behavioral studies has made H. armigera a model species in Lepidoptera Noctuidae. To study the in vivo functions of and interactions between different genes, clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/ associated protein 9 (Cas9) genome editing technology is a convenient and effective method used for performing functional genomic studies. In this study, we provide a step-by-step systematic method to complete gene knockout in H. armigera using the CRISPR/Cas9 system. The design and synthesis of guide RNA (gRNA) are described in detail. Then, the subsequent steps consisting of gene-specific primer design for guide RNA (gRNA) creation, embryo collection, microinjection, insect rearing, and mutant detection are summarized. Finally, troubleshooting advice and notes are provided to improve the efficiency of gene editing. Our method will serve as a reference for the application of CRISPR/Cas9 genome editing in H. armigera as well as other Lepidopteran moths.

Embryo Microinjection and Knockout Mutant Identification of CRISPR/Cas9 Genome-Edited Helicoverpa Armigera H&#252;bner

Presented here is a protocol of Helicoverpa armigera (H&#252;bner) embryo microinjection and knockout mutant identification created by CRISPR/Cas9 genome editing. Mutant insects enable further research of gene function and interaction among different genes in vivo.

Embryo-Mikroinjektion und Knockout-Mutanten-Identifizierung von CRISPR/Cas9 Genome-Edited Helicoverpa Armigera (Hübner)

The cotton bollworm, Helicoverpa armigera, is one of the most destructive pests in the world. A combination of molecular genetics, physiology, functional ...

Verhalten

Egg Microinjection and Efficient Mating for Genome Editing in the Firebrat Thermobia domestica

The firebrat Thermobia domestica is an ametabolous, wingless species that is suitable for studying the developmental mechanisms of insects that led to their successful evolutionary radiation on the earth. The application of genetic tools such as genome editing is the key to understanding genetic changes that are responsible for evolutionary transitions in an Evo-Devo approach. In this article, we describe our current protocol for generating and maintaining mutant strains of T. domestica. We report a dry injection method, as an alternative to the reported wet injection method, that allows us to obtain stably high survival rates in injected embryos. We also report an optimized environment setting to mate adults and obtain subsequent generations with high efficiency. Our method underlines the importance of taking each species&#8217; unique biology into account for the successful application of genome editing methods to non-traditional model organisms. We predict that these genome editing protocols will help in implementing T. domestica as a laboratory model and to further accelerate the development and application of useful genetic tools in this species.

Egg Microinjection and Efficient Mating for Genome Editing in the Firebrat Thermobia domestica

We provide a detailed protocol for rearing, microinjection of eggs and for efficient mating of the firebrat Thermobia domestica to generate and maintain mutant strains after genome editing.

Ei-Mikroinjektion und effiziente Mating für die Genombearbeitung im Firebrat Thermobia domestica

The firebrat Thermobia domestica is an ametabolous, wingless species that is suitable for studying the developmental mechanisms of insects that led to ...

Mikroinjektion der westliche Maiswurzelbohrer Diabrotica Virgifera Virgifera, Embryonen für die Keimbahn Transformation oder CRISPR/Cas9 Genom-Bearbeitung

Zusammenfassung

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Kapitel in diesem Video

Lieferung von Nukleinsäuren durch Embryomikroinjektion in der weltweiten Agrar Pest Insekt,

Embryo Mikroinjektion und Transplantation Technik für Nasonia Vitripennis Genom Manipulation

Embryo-Mikroinjektionstechniken für eine effiziente ortsspezifische Mutagenese bei Culex quinquefasciatus

Sandfliege (Phlebotomus papatasi) Embryo Mikroinjektion für CRISPR/Cas9 Mutagenese

Embryo-Injektionen für CRISPR-vermittelte Mutagenese im Ant Harpegnathos saltator

Mikroinjektion von Embryonen zur Transgenese bei Drosophila

Mikroinjektion von Embryonen zur Transgenese bei Drosophila

Mikroinjektion von Embryonen zur Transgenese bei Drosophila

Embryo-Mikroinjektion und Knockout-Mutanten-Identifizierung von CRISPR/Cas9 Genome-Edited Helicoverpa Armigera (Hübner)

Ei-Mikroinjektion und effiziente Mating für die Genombearbeitung im Firebrat Thermobia domestica