Method Article
פרוטוקול זה יכול לשמש לביצוע סקרים אקולוגיים בקנה מידה גדול של נמטודות Caenorhabditis עצמית. היתרון העיקרי של שיטה זו הוא ארגון יעיל וניתוח של נתונים אקולוגיים ומולקולריים הקשורים לנמטודות שנאספו מהטבע.
אלגנים Caenorhabditis הוא אחד האורגניזמים המודל העיקרי בביולוגיה, אבל רק לאחרונה יש חוקרים התמקדו באקולוגיה הטבעית שלה. העיוות היחסית של מידע על C. elegans בהקשר הטבעי שלה נובעת מהאתגרים הכרוכים בזיהוי הנמטודה הקטנה בטבע. למרות אתגרים אלה, התמקדות גוברת באקולוגיה של C. elegans גרמה שפע של מידע חדש לגבי חייו מחוץ למעבדה. החיפוש המוגבר אחר C. elegans בטבע תרם לגילוי של מינים חדשים רבים של Caenorhabditis וחשף כי נמטודות מולדות לעתים קרובות לחיות בטבע, שם הם ניזונים מפריחות מיקרוביות הקשורות לחומר צמחי נרקב. זיהוי של מינים חדשים גילה גם כי מערכת ההזדווגות androdioecious של זכרים והרמפרודיטים להפריה עצמית התפתחה שלוש פעמים באופן עצמאי בתוך Caenorhabditis. שני המינים האחרים של selfing, C. briggsae ו - C. tropicalis, חולקים את היתרונות הניסיוניים של C. elegans ומאפשרים מחקרים השוואתיים לבסיס המכני של תכונות חשובות, כולל הפריה עצמית. למרות התקדמות זו, נותר ללמוד רבות על האקולוגיה והמגוון הטבעי של מינים חשובים אלה. לדוגמה, עדיין חסר לנו מידע פונקציונלי עבור רבים מהגנים שלהם, אשר ניתן להשיג רק באמצעות הבנה של האקולוגיה הטבעית שלהם. כדי להקל על מחקר אקולוגי של נמטודות Caenorhabditis עצמית, פיתחנו שיטה מדרגית מאוד לאיסוף נמטודות מהטבע. השיטה שלנו עושה שימוש בפלטפורמות איסוף נתונים ניידים, במסדי נתונים מבוססי ענן ובסביבת התוכנה R כדי לשפר את יכולתם של החוקרים לאסוף נמטודות מהטבע, לתעד נתונים אקולוגיים הקשורים ולזהות נמטודות פראיות באמצעות ברקודים מולקולריים.
שני העשורים האחרונים הביאו עניין מוגבר באקולוגיה של נמטודות Caenorhabditis. ממחקרים אלה, אנו יודעים כי מינים חיים חופשיים Caenorhabditis ניתן לבודד מן מיקרו בתי גידול ארעיים באזורים ממוזגים וטרופיים כאחד, שבו הם ניזונים מפריחות מיקרוביאליות הקשורות חומר צמחי נרקב, לפעמים בסימפטריה1,2,2,3,4,5,6,7,8 . למדנו גם כי אבולוציה מתכנסת של הפריה עצמית התרחשה בסוג שלוש פעמים, ו selfing הוא אופן הדומיננטי של רבייה עבור C. briggsae, C. elegans, ו C. tropicalis9,10. בין selfers אלה, C. elegans הוא אחד החיות הנחקרות ביותר על פני כדור הארץ, שימש על ידי חוקרים כדי לבצע התקדמות קריטית בביולוגיה. חשוב לציין, מינים אחרים של Caenorhabditis עצמי חולקים רבים של C. elegans יתרונות ניסיוניים והם מקדמים במהירות מחקרים השוואתיים בסוג. עם זאת, האופי המסתורי של נמטודות אלה בטבע מקשה על חקר האקולוגיה והמגוון הטבעי שלהן, שהוא קריטי להבנת התפקודים הביולוגיים של הגנים שלהם והדרכים שבהן האבולוציה עיצבה את המגוון הגנטי בקרב המינים10,11.
האתגר הגדול ביותר ללמוד את האקולוגיה של נמטודות Caenorhabditis עצמית בטבע הוא גודלם הקטן; נמטודות למבוגרים הן לעתים קרובות 1 מ"מ אורך או פחות. אתגר זה מחייב את החוקרים לדגום מצעים מהטבע ולנסות להפריד נמטודות של עניין מהמצעים במעבדה ללא היכולת להתבונן בבעלי חיים בטבע. מכיוון שאפילו מומחים מיומנים מתקשים להפלות נמטודות קאנורהבדיטיס עצמיות מנמטוטדות אחרות שחיות חופשיות תחת המיקרוסקופ, נמטודות מוסרות בדרך כלל מהמצע, מבודדות, ונשארות להתרבות לפני שהן מזוהות על ידי זהות רצף באמצעות ברקודים מולקולריים מבוססים3,12,13,14 . הזמן והמאמץ הנדרשים לעיבוד כל נמטודה בדרך זו מציבים אתגר ארגוני, שכן החוקרים חייבים להיות מסוגלים להתחקות אחר זהותה של כל נמטודה המבודדת במעבדה בחזרה למצע המדויק ולנתונים האקולוגיים הנלווים שנדגמו בשטח. כאן, אנו מתארים תהליך שלב אחר שלב כדי לאסוף ולזהות ביעילות נמטודות Caenorhabditis עצמית מהשטח ולקשר בנאמנות מבודדים אלה עם הנתונים המרחביים והאקולוגיים הקשורים שלהם בקנה מידה גבוה.
שיטת איסוף זו מגדילה את קנה המידה והדיוק של סקרים אקולוגיים באמצעות פלטפורמות איסוף נתונים ניידים, מסדי נתונים מבוססי ענן וסביבת התוכנה R. Fulcrum היא פלטפורמת איסוף נתונים הניתנת להתאמה אישית שעובדת עם רוב המכשירים הניידים ומאפשרת למשתמשים לבנות יישומים מותאמים אישית כדי לאסוף ולארגן נתונים מבוססי מיקום (https://www.fulcrumapp.com). פרוטוקול זה מספק הוראות מפורטות כיצד להשתמש ביישומי איסוף נתונים מותאמים אישית כדי לארגן נתונים אקולוגיים מפורשים מרחבית מהשטח ולקשר במדויק נתונים אלה עם זהות הנמטודות המבודדות במעבדה. הפרוטוקול גם מסביר כיצד לזהות ביעילות נמטודות Caenorhabditis עצמי באמצעות ברקודים מולקולריים הוקמה. הנתונים משיטות אלה ניתן לעבד בפשטות ובשחזור עם חבילת התוכנה R הנלווית easyFulcrum15 כדי לחקור את האקולוגיה ואת המגוון הגנטי של אוכלוסיות Caenorhabditis טבעיות.
1. הכנת איסוף
2. אוסף שדות
הערה: נמטודות Caenorhabditis מבודדות לרוב מחומר צמחי נרקב, כולל פירות, אגוזים, זרעים, תרמילים, פרחים, גבעולים, המלטה צמחית וקומפוסט1,5,6,8. המצעים הטובים ביותר רקובים וכמעט בלתי ניתנים לזיהוי כמו פירות או פרחים; הימנעו ממצעים יבשים או רטובים מדי (איור 1). מצעים נאספים בצורה היעילה ביותר מהשטח על ידי עבודה בזוגות. האדם עם מדחום האינפרא-אדום ללא מגע יבחר מצע לאיסוף ולאסוף את המדגם בזמן שבן זוגו משתמש ביישום דגימת שדה נמטודות ב-Fulcrum כדי לתעד את נתוני האיסוף. זוג האספנים יחזרו על תהליך זה עד שייאספו מספר הדגימות הרצוי. רשימת החומרים הדרושים לעבודת שטח נמצאת ב- (טבלה משלימה 1).
3. ציפוי אוספי שדה במעבדה
הערה: סעיף זה מפרט כיצד לארגן את העברת הדגימות מתיקי אוסף מסומנים בתווית לצלחות עם תוויות. הדגימות עשויות להגיע ממשלוח בן לילה או ישירות מהשדה.
4. בידוד נמטודות מאוספים
5. ייצוא צלחות S מנקודת המשען
הערה: סעיף זה מפרט כיצד לייצא תוויות S המשמשות בתהליך הבידוד ממסד הנתונים של פרוייקט נקודת המשען. תוויות S אלה ישמשו למעקב אחר קווי איזופל מתרבים בזמן שהם מזוהים על ידי זהות רצף בסעיפים 6-9.
6. בדוק אם יש התפשטות על S-צלחות
7. תמוגה של קווי איזופל
הערה: שלב זה ישתמש בכלי מסנן הנתונים בגליונות Google כדי לסייע בהדפסת גליונות עבודה תזה עבור לוחות S בתיבות ההתפשטות. מטרת גליונות העבודה של תמוגה היא לספק לאנשי הצוות את העמדות הנכונות עבור תוויות S בצינורות רצועת תמוגה על הספסל.
8. PCR של רצפי SSU ו- ITS2
הערה: סעיף זה יספק הוראות כיצד לבצע שני מחשבי PCR נפרדים עבור כל לוחית S lysed. ערכת הפריימר הראשונה מגבירה שבר של 500 bp של הגן התת-יחידה הקטן 18S rDNA (SSU); oECA1271 = פריימר קדימה TACAATGGAAGGCAGCAGGC, oECA1272 = פריימר הפוך CCTCTGACTTTCGTTCTTGATTAA 12. PCR זה משמש לבדיקת איכות ה- DNA של התבנית. PCR מגביר את אזור SSU עבור כמעט כל מיני נמטודות. אם ה- PCR של SSU אינו מצליח להגביר, תוצאה זו מצביעה על כך שאיכות התזה ירודה ויש לחזור על תמוגה זו עבור לוחית S זו. ערכת הפריימר השנייה מגבירה קטע של 2,000 bp של אזור החלל הפנימי המתומלל בין הגנים rDNA של 5.8S ו- 28S (ITS2); oECA1687 = פריימר קדמי CTGCGTTACTTACCACGAATTGCARAC, oECA202 = primer הפוך GCGGTATTTGCTACTCAYYAMGATCTGC3. מוצר ה- PCR ITS2 הוא סנגר ברצף והרצף משמש לזיהוי נמטודות בסוג Caenorhabditis לרמת המין לפי דמיון רצף.
9. זיהוי נמטודות עם רצף סנגר ורצף BLAST
הערה: סעיף זה מספק הוראות לרצף את האמפליקונים של ITS2 מתוויות S, יישור רצפים אלה למסד הנתונים של המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגיה (NCBI) באמצעות אלגוריתם BLAST, וניתוח תוצאות BLAST כדי לזהות את הנמטודות בלוחות S.
10. עיבוד נתוני האיסוף עם חבילת נקודת המשען הקלה ב- R
הערה: שלב זה מתאר כיצד לקשר את נתוני האיסוף (תוויות C) ואת נתוני בידוד הנמטודות (תוויות S) יחד באמצעות חבילת EasyFulcrum R. התוכנה מכילה פונקציות שיצטרפו עוד יותר לנתוני נקודת המשען עם נתוני הגנוטיפינג מגיליון הגנוטיפינג כך שזהויות מינים של תוויות S ושמות זנים מאורגנים במסגרת נתונים אחת.
פרוטוקול זה שימש לאיסוף נמטודות Caenorhabditis ממקומות מרובים, כולל הוואי וקליפורניה. שיעור ההצלחה בבידוד עבור נמטודות Caenorhabditis משתנה בהתאם למיקום האיסוף, האקלים, חוויית הדגימה וסוגי המצע שנדגמו. הפרוטוקול שימש כדי לדגום בהרחבה את איי הוואי, שם נערכו תשעה פרויקטי איסוף במשך שנים ועונות רבות. שיעורי ההצלחה בבידוד עבור מינים עצמיים Caenorhabditis הם כמעט זהים עבור C. briggsae (162 מתוך 4,506 דגימות, 3.6%) ו C. elegans (163 מתוך 4,506 דגימות, 3.6%), ונמוך בהרבה עבור C. tropicalis (26 מתוך 4,506 דגימות, 0.58%)8. כל אחד ממיני העצמאים מועשר על מצעים נרקבים של פירות ופרחים ביחס לשאר קטגוריות המצע. מדגם פירות נרקבים ומצעי פרחים אם החוקר מנסה למקסם את שיעור ההצלחה במקום לאפיין העדפות מצע. עם זאת, שיעור ההצלחה משתנה בהתאם לאיכות המצע שנבחר. לדוגמה, בקרב מצעים של פירות ופרחים, מצעים יבשים מדי, רטובים או טריים לא יניבו ככל הנראה נמטודות של Caenorhabditis .
המדרגיות של פרוטוקול אוסף זה ניכרת ממספר האוספים שצמד חוקרים יחיד יכול לאסוף מהטבע. לדוגמה, באוקטובר 2018, זוג חוקרים שהשתמשו בפרוטוקול איסוף זה הצליחו לאסוף בסך הכל יותר מ-1,000 דגימות ב-7 ימים ממספר מיקומים בשני איי הוואי. צוות שדה זה שלח את הדגימות בן לילה למעבדה, שם צוות של שמונה חוקרים בודד מעל 2,000 נמטודות מהדגימות כשהגיעו. יתרון מרכזי של פרוטוקול זה הוא שהוא ממזער את העלות הכרוכה בדגימה במקומות מרוחקים על ידי הפחתת הציוד וכוח האדם הנדרשים בשטח. באמצעות פרוטוקול זה, צוות שדה קטן יכול להתמקד בדגימה בעוד צוות הבידוד יכול לעבד את הדגימות במוסד הביתי שלהם באמצעות ציוד שביר וכבד כמו ניתוח מיקרוסקופים וצלחות אגר לבידוד נמטודות. יתר על כן, יישום יישום איסוף הנתונים הנייד מאפשר לכל נתוני השדה המשויכים לדגימות להיות מקושרים ישירות לתווית C, המאפשרת לצוות הבידוד לעבוד בנפרד מצוות השטח בעת עיבוד דוגמאות.
חוקרים המשתמשים בפרוטוקול איסוף זה חייבים לשקול את המאמץ הנדרש כדי לבודד נמטודות לפני פרויקט איסוף. שלבי הבידוד והזיהוי מגבילים את הקצב, וצוות איסוף קטן יכול להציף במהירות מבודדים בדגימות. יתר על כן, מרחב המעבדה הנדרש לעיבוד אוספים רבים עלול להפריע למחקר המתמשך (איור 3). בנוסף, כמה נמטודות מבודדות דורשות מאמץ נוסף לגנוטיפ. לדוגמה, כ-2% מהמבודדים אינם מצליחים להגברה עם פריימר ה-SSU PCR שנקבע לאחר ניסיון התזה הראשון ויש להוסיף אותם מחדש כדי לוודא שחומר התזה מתאים להגברה באמצעות ערכת הפריימרים ITS2 (איור 8). יתר על כן, כ -3% מהמבודדים אינם מצליחים לייצר רצפים איכותיים לאחר סיבוב ראשוני של רצף סנגר. עבור מבודדים אלה, סיבוב נוסף של תמוגה, ITS2 PCR, ורצף סנגר נדרש לעתים קרובות, אשר יכול להגדיל את זמן המסירה עבור צוות הבידוד. חשוב לציין, זהות הרצף לבדה אינה ראיה מספקת כדי להצדיק מין חדש של קנורהבדיטיס (איור 7). כדי להצדיק כראוי העלאת מבודד כמין חדש Caenorhabditis , יש לעשות מאמץ נוסף כדי לבצע ניסויי הזדווגות ולהקים דגימה מוקלדת13. תיאור מורפולוגי רשמי של הדגימה המוקלדת עדיף גם הוא אך לא נדרש3. יחד, שיקולים אלה מציעים כי חוקרים המאמצים פרוטוקול איסוף זה ייהנו מבדיקות ניסיון של שלבי הבידוד והזיהוי כדי להבטיח הקצאת משאבים כראוי לפני תחילת פרויקט איסוף. חשוב לציין, אפילו פרויקטי איסוף קטנים יכולים להפיק תועלת מפרוטוקול זה מכיוון שהתהליך ניתן לשחזור מאוד, וניתן לבקר בקלות את הנתונים למטרות בקרת איכות בקבוצות מעבדה שונות.
איור 1: דוגמאות מצע. (א) פרי נרקב אידיאלי מוצג במרכז התמונה (1), הפרי כמעט בלתי ניתן לזיהוי. פירות רקובים פחות מוצגים בקרבת מקום; הימנעו מדגימת פירות טריים שנפלו (2). (B) פרח מפורק באופן אידיאלי מוצג בחלק העליון (3). הימנעו מדגימת פרחים טריים שנפלו (4). (ג) המלטה עלים כהים מתחת לשכבה העליונה של עלים יבשים היא אידיאלית בעת דגימה עבור עצמית Caenorhabditis נמטודות (5). יש להימנע מדגימת המלטה של עלים יבשים (6). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: יישום נייד דגימת שדה נמטודות. (A) המסך הראשוני לאחר פתיחת יישום דגימת שדה נמטודה במכשיר אפל בפולקרום. החץ האדום בפינה השמאלית התחתונה מצביע על לחצן + המשמש ליצירת רשומת אוסף חדשה. (ב) דוגמה לרשומת אוסף חדשה המוצגת במכשיר Apple. החץ האדום מצביע על השדה 'פרוייקט' בחלק העליון של מסך רשומת האוסף. הקפד לבחור את הפרוייקט הנכון בעת דגימה בשדה. שדה הפרוייקט יהיה ברירת המחדל לפרוייקט האחרון בו נעשה שימוש בעת יצירת רשומות אוסף עוקבות. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: תיקי איסוף ולוחות איסוף מאורגנים לפני ציפוי דגימות. איור זה מציג את הדגימות בשקיות איסוף עם תווית C משמאל. על כל תיק קולקציה יש צלחת תואמת עם תווית C בגודל 10 ס"מ. מימין לוחות איסוף בגודל 10 ס"מ המכילים חומר מדגם לאחר שהועבר משקיות האיסוף. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: לוחית איסוף (לוחית C) עם דגימה שהועברה כראוי. צלחת C בגודל 10 ס"מ עם פירות נרקבים המונחים על קצה מדשאת החיידקים. תווית C מחוברת למכסה הצלחת. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: יישום נייד בידוד Nematode. (א) מסך בחירת היישומים ביישום הנייד של נקודת המשען. החץ האדום מצביע על יישום בידוד נמטודות . (ב) המסך ההתחלתי לאחר פתיחת היישום Nematode Isolation במכשיר Apple ב-Fulcrum. החץ האדום בפינה השמאלית התחתונה מצביע על לחצן + המשמש ליצירת רשומת בידוד חדשה. (ג) דוגמה לרשומת בידוד חדשה המוצגת במכשיר Apple. החץ האדום מצביע על השדה 'פרוייקט' בחלק העליון של מסך רשומת הבידוד. הקפד לבחור את הפרוייקט הנכון בעת בידוד. שדה הפרוייקט יהיה ברירת המחדל לפרוייקט האחרון המשמש בעת יצירת רשומות בידוד עוקבות. (D) לאחר הקשה על השדה בחר תחת תווית C, משתמשים יקישו על לחצן החיפוש (חץ אדום) כדי למצוא את תווית C שממנה הם מבודדים נמטודות. (ה) לאחר בחירת התווית C, המשתמשים יצלמו את לוחית C באמצעות מצלמת ההתקן. (ו) משתמשים מזינים אם יש נמטודות על לוחית C או לא. תוויות S מתווספות לרשומת הבידוד אם יש נמטודות שיש לבודד. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: דף התוצאות של NCBI BLAST. (1) התפריט הנפתח המשמש להצגת תוצאות BLAST עבור כל הרצפים. (2) תיאור הרצף הנוכחי שנבחר מהרשימה הנפתחת. במקרה זה מוצגות התוצאות עבור S-label S-05554. (3) הלהיט העליון BLAST עבור S-05554 מוצג. הטקסט הסגול מציין את הקישור כדי להציג יישור חזותי זה כבר לחץ. אנא הקפד לבדוק את היישורים על ידי עין כדי לזהות מינים חדשים אפשריים Caenorhabditis , ראה שלב 9.8 לעיל. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 7: דוגמאות להדמיה של יישור NCBI BLAST. (A) דוגמה לרצף שאילתת ITS2 של מבודד מיושר לרצף נושאים של C. kamaaina . (1) אחוז הזהות של היישור (89%), שהוא נמוך עבור להיט BLAST העליון. (2) חוסר התאמה בין השאילתה לרצף הנושאים (ז עד A). (3) פער של ארבעה זוגות בסיסים ברצף הנושאים שנעשה על ידי אלגוריתם היישור; רווחים בשאילתה או בנושא מצביעים על יישור לקוי. (4) אזור כללי במרכז היישור עם אי-התאמות ופערים רבים. אזור כמו זה מצביע על כך שרצף השאילתות עשוי להגיע ממין חדש של קאנורהבדיטיס . מוצגת דוגמה ליישור בפועל של מין חדש, C. oiwi, שהתגלה בשנת 2017. (ב) דוגמה ליישור טוב בין רצף שאילתת ITS2 של מבודד לבין רצף נושאים. (5) אחוז הזהות של היישור (99%), מה שאומר בדרך כלל שרצף השאילתה מגיע מניתוק של אותו מין כמו הנושא. (6) אזור מרכזי של היישור עם זהות מושלמת. אזור כמו זה מצביע על כך שהשאילתה מבודדת היא ככל הנראה אותו מין כמו הנושא. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 8: SSU ומוצרי PCR של ITS2. הג'ל העליון מציג מוצרי PCR שנוצרו עם פריימר SSU להגדיר עבור 12 דגימות מייצגות. סולם דנ"א כלול בצד שמאל כהתייחסות. מוצרי SSU PCR עבור נמטודות Caenorhabditis הם כ 500 bp אורך. דגימות 2-12 מוגבר עם ערכת פריימר SSU אבל מדגם אחד לא. היעדר אמפליקון SSU 500 bp עבור מדגם אחד עולה כי חומר תמוגה היה באיכות ירודה ואת המדגם חייב להיות מחדש lysed. הג'ל התחתון מציג מוצרי PCR שנוצרו עם ערכת הפריימר ITS2 לאותן 12 דוגמאות המוצגות בג'ל העליון. הסולם והדגימות נמצאים באותה כיוון עבור שני הג'לים. שש מתוך 12 הדגימות לא הגבירו עם סט הפריימר של ITS2. הדגימות עם להקות SSU ו- ITS2 הן סנגר רצף ומזוהה על ידי דמיון רצף באמצעות אלגוריתם NCBI BLAST. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
קובץ משלים 1: תוויות C. קובץ PDF המכיל 2500 תוויות C ייחודיות. נא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ משלים 2: תוויות S. קובץ PDF המכיל 5,000 תוויות S ייחודיות. נא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
טבלה משלימה 1: חומרי שדה. רשימת אריזה של חומרים המשמשים בתחום לדגימת נמטודות. לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה משלימה 2: מתכוני PCR ותנאי תרמוציקלר. טבלה של מתכוני PCR ותנאי thermocycler עבור ITS2 ו- SSU PCR. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה משלימה 3: מתכוני מאגר אלקטרופורזה. מתכון לתמיסת חומצה אתילנדימינטטאצטטית (EDTA) של 0.5 M pH 8.0 ופתרון המאגר TRIS-אצטט-EDTA (TAE). לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
פרוטוקול זה מכיל שלבים קריטיים שיש לבצע בזהירות. לדוגמה, חשוב שצוותי השטח והבידוד יקפידו לבחור את פרויקט האיסוף הנכון ביישום לפני איסוף דגימות מהשטח או בידוד נמטודות מהדגימות במעבדה. במקרה שנבחר פרוייקט איסוף שגוי, רשומות הנתונים השגויות יתוקנו בצורה הטובה ביותר במסד הנתונים של נקודת המשען באמצעות כלי עריכת הרשומות באופן מקוון. תהליך זה יכול להיות מייגע עבור רשומות רבות שאינן במקומן. עם זאת, מסד הנתונים שומר את כל השינויים ברשומות כך שניתן יהיה לבצע ביקורת מלאה על רשומות איסוף ובידוד. הצעדים הקריטיים האחרים בפרוטוקול זה כוללים טיפול בדגימות מהשטח והנמטודות המבודדות מדגימות אלה. כדי להבטיח נמטודות Caenorhabditis לשרוד את הדגימה ואת שלבי המשלוח, הטמפרטורה של דגימות צריך להישמר בין 4 °C (60 °F) ו 25 °C (65 °F). טמפרטורות מעל 25 °C (60 °F) יכול לגרום סטריליות ב C. elegans14. ודא שדגימות מועברות מתיקי איסוף ללוחות איסוף תוך חמישה ימים במידת האפשר כדי למזער את האובדן לנמטודות. לאחר נמטודות מבודדות, זה קריטי כי הם genotyped ו cryopreserved לפני שהם מתים. קשה למצוא נמטודות חיות על S-צלחות כי הם יותר משבועיים עד שלושה שבועות כי זיהום פטרייתי וחיידקי יכול להפוך את S-לוחות עוינים.
ניתן לשנות פרוטוקול זה בקלות כדי להתאים לסוגים שונים של נתונים שחוקרים עשויים לרצות לאסוף בזמן שהם בשטח. לדוגמה, קל להתאים אישית את היישום 'דגימת שדה Nematode' עם שדות הזנת נתונים חדשים באמצעות ממשק המשתמש ב- GUI המקוון של Fulcrum לעריכת יישומים. יתר על כן, חבילת ניתוח הנתונים, easyFulcrum, יכולה להכיל עריכות אלה בעת עיבוד הנתונים החדשים15. שינוי נוסף שמשתמשים עשויים למצוא מושך הוא להשתמש בשיטת דגימה שונה בתחום. במקום לדגום מצעים נפרדים, החוקרים עשויים לרצות לדגום אזורים גדולים יותר המכילים סוגי מצעים מרובים. דגימות גדולות אלה מעובדות בצורה הטובה ביותר במעבדה באמצעות משפך Baermann או שיטות חילוץ מגש13. חשוב לציין, השימוש בתוויות C ותוויות S עדיין חל על טכניקות אלה ולכן תואמים ליישומים ניידים.
המגבלות העיקריות של פרוטוקול זה מתייחסות לזמן הטיפול בנמטודות לפני הבידוד במעבדה. ראשית, זמן הפיגור בין איסוף מדגם לבידוד נמטודות אינו מאפשר לתעד את השלבים ההתפתחותיים של נמטודות על מדגם נתון בזמן האיסוף. שנית, התדירות של הזכרים וההתפרצויות בטבע הן שאלות אבולוציוניות מרכזיות להעצמת נמטודות Caenorhabditis10. שיטה זו אינה מתאימה לטיפול בשאלות אלה מכיוון שסביר להניח שנמטודות עברו דורות רבים לפני הבידוד. בידוד מאוחר פירושו שראיות ישירות לתדירות הגברית בטבע הן בלתי אפשריות. יתר על כן, העיכוב הרב-דורי במהלך שלבי הגנוטיפינג פירושו שראיות גנומיות של outcrossing (הטרוזיגוסיטיות) יישחקו לפני שניתן יהיה לרצף זן נמטודות. כדי לזהות הטרוזיגוסיות בטבע, הצאצאים המיוצרים על ידי נמטודה מבודדת ישירות מהטבע משמשים לרצף2. מגבלה פוטנציאלית נוספת של פרוטוקול זה היא כי הוא מוטה כלפי זיהוי של Selfing Caenorhabditis. הסיבה לכך היא נמטודות מבודדות של מינים עצמיים יש סיכוי גדול יותר להתרבות מאשר outcrossers חובה, אשר יתרבו רק אם נקבה מופרית מבודדת.
שיטת איסוף זו מבוססת על פרוטוקולי איסוף קיימים13,14. ההתקדמות העיקרית של טכניקה זו היא השימוש בטכנולוגיה ניידת ותוכנה מותאמת אישית כדי להקל על הארגון של כמויות עצומות של נתונים אקולוגיים ומולקולריים הקשורים לפרויקטי איסוף בקנה מידה גדול. הנתונים האקולוגיים שנוצרו באמצעות פרוטוקול איסוף זה יכולים לשמש כדי לענות על שאלות יוצאות דופן עבור אוכלוסיות טבעיות של מינים Caenorhabditis. לדוגמה, נתונים שנוצרו בשיטה זו שימשו לגילוי העדפות נישה עבור המינים ברחבי איי הוואי. יתר על כן, על ידי ריצוף הגנום של נמטודות קריופ שמורות, חוקרים יכולים לחקור כיצד דפוסים של וריאציה גנטית מתואמים עם נתונים אקולוגיים. מחקר מסוג זה יכול לחשוף חתימות של הסתגלות מקומית באוכלוסיות Caenorhabditis ולספק תובנות חשובות על הרלוונטיות של וריאציה גנטית בהקשרים טבעיים8. כדי לקבל הבנה תפקודית של גנים רבים ב נמטודות Caenorhabditis, מחקרים אקולוגיים נדרשים ככל הנראה11. אפילו עבור C. elegans חלק גדול של גנים חסר ביאורים פונקציונליים, למרות שזה היה החיה הרב תאית הראשונה להיות רצף ואחד החיות נחקרו ביסודיות ביותר על פני כדור הארץ. פרוטוקול אוסף זה פותח כדי לעזור לטפל בפער ידע זה על ידי הקלה על האוסף של נמטודות Caenorhabditis בר וחקר האקולוגיה שלהם ואת המגוון הגנטי הטבעי.
המחברים אינם מדווחים על ניגודי עניינים.
מחקר זה נתמך על ידי קרנות סטארט-אפ מאוניברסיטת נורת'ווסטרן ופרס הקריירה של הקרן הלאומית למדע (IOS-1751035), שניהם הוענקו ל- E.C.A.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Adhesive labels | Avery | 61533 | Printing the C-labels and S-labels |
Agarose | Thomas Scientific | C748D75 | agarose gel preparation |
Backpack | A backpack for each team member to hold equipment, samples, food, and water for the day. | ||
Cardboard boxes | Fisher Scientific | AS261 | Storage of S-plates |
Centrifuge | NA | NA | Neamtode lysis, SSU and ITS2 PCR |
Collection bags | Zip-lock | NA | Collection of substrates |
Digital temperature/humidity meter | Preciva | HT-86 | Measurement of ambient temperature and humidity |
Disecting scope | NA | NA | Nematode isolation, lysis |
Disposible reservoirs | USA Scientific | 1306-1010 | Aliquoting PCR master mixes and loading dye |
DNA ladder, 1 KB plus | Thermo Scientific | SM0243 | Visualizing SSU and ITS2 PCR products |
dNTPs | Thomas Scientific | CB4430-2 | PCR master mix component |
easyFulcrum R package | NA | NA | An R package for processing collection data http://andersenlab.org/easyfulcrum/articles/easyFulcrum.html |
EDTA solution (0.5 M pH 8.0) | NA | NA | See supplemental table 3 for recipe |
Ethanol (95%) | NA | NA | Plating out samples, spoon sterilization |
Ethidium bromide solution (10 mg/mL) | VWR | 97064-602 | Visualizing SSU and ITS2 PCR products |
External battery charger for mobile device | NA | NA | External battery charger and charging cable for iPhone or Android |
Flask (500 mL) | Fisher Scientific | FB501500 | agarose gel preparation |
Food | NA | NA | Pack accordingly |
Gel electrophoresis apparatus | Thermo Scientific | B2 | Visualizing SSU and ITS2 PCR products |
Gel electrophoresis power supply | BioRad | 1645050 | Visualizing SSU and ITS2 PCR products |
Gel loading dye, 6x | NEB | B7022S | Visualizing SSU and ITS2 PCR products |
ITS2 primer set | NA | NA | oECA1687 = forward primer CTGCGTTACTTACCACGAATTG CARAC, oECA202 = reverse primer GCGGTATTTGCTACTACCAYYAM GATCTGC |
ITS2 sequencing primer | NA | NA | oECA306 = forward primer CACTTTCAAGCAACCCGAC |
Lysis buffer | NA | NA | Nematode lysis, see protocol for recipe |
Microwave | NA | NA | agarose gel preparation |
Mobile device | NA | NA | Charged phone in airplane mode. The Fulcrum app GPS positions are inaccurate compared to the GPS positions extracted from pictures. This setting ensures that you use less power and get more precise GPS measurements. |
NGMA plates, 10 cm | Fisher Scientific | FB0875713 | C-plates, see Andersen et al. 2014 for NGMA plate protocol. |
NGMA plates, 3.5 cm | Greiner Bio-One | 5662-7102Q | S-plates, see Andersen et al. 2014 for NGMA plate protocol. |
Non-contact infrared thermometer | Etekcity | B00837ZGRY | Measurement of substrate temperature |
Paper towels | NA | NA | Paper towels for absorbing excess moisture in a bagged sample. |
Parafilm | Fisher Scientific | 13-374-12 | Plate sealing |
PCR adhesive foil | VWR | 60941-126 | PCR adhesive foil |
PCR buffer (10x) | Thomas Scientific | CB3702-7 | PCR master mix component |
PCR plates (96-well) | Thomas Scientific | 1149K04 | SSU and ITS2 PCRs |
Pencil | NA | NA | |
Plastic spoons | NA | NA | Plating out samples |
Platinum pick | NA | NA | Nematode isolation, lysis |
Pre-labeled ziplock collection bags | NA | NA | Bundles of zip-lock plastic bags pre-labelled with C-label barcodes. Each bundle should contain 25 barcoded bags wrapped with a rubber band. |
Proteinase K | Sigma | 3115879001 | Nematode lysis, added to lysis buffer just prior to use |
R software | NA | NA | R software: A language and environment for statistical computing https://www.R-project.org/ |
Soft cooler bag and ice pack | NA | NA | Collection coolers and cooler packs to keep samples cool when ambient temperature is above 25 °C. |
Spare batteries | NA | NA | Extra batteries for sampling equipment |
SSU primer set | NA | NA | oECA1271 = forward primer TACAATGGAAGGCAGCAGGC, oECA1272 = reverse primer CCTCTGACTTTCGTTCTTGATTAA |
Strip tube caps (12-well) | Thomas Scientific | 1159V29 | Nematode lysis |
Strip tubes (12-well) | Thomas Scientific | 1159V31 | Nematode lysis |
TAE buffer (1x) | NA | NA | Visualizing SSU and ITS2 PCR products. See supplemental table 3 for recipe |
Taq polymerase | Thomas Scientific | C775Y45 | PCR master mix component |
Thermocycler | NA | NA | Neamtode lysis, SSU and ITS2 PCR |
Water | NA | NA | Pack accordingly |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved