Количественная оценка фенотипов глаз Drosophila melanogaster : вычислительный подход, интегрирующий ilastik и flynotyper

Резюме

Глазная система дрозофилы является полезным инструментом для изучения различных биологических процессов, в частности нейродегенеративных заболеваний человека. Тем не менее, ручная количественная оценка фенотипов шероховатого глаза может быть предвзятой и ненадежной. Здесь мы опишем метод, с помощью которого ilastik и Flynotyper используются для количественной оценки фенотипа глаза несмещенным образом.

Аннотация

Сложный глаз Drosophila melanogaster представляет собой хорошо структурированный и всеобъемлющий массив из около 800 омматидий, демонстрирующих симметричный и шестиугольный рисунок. Такая регулярность и легкость наблюдения делают глазную систему дрозофилы мощным инструментом для моделирования различных нейродегенеративных заболеваний человека. Тем не менее, способы количественной оценки аномальных фенотипов, такие как ручное ранжирование показателей тяжести глаза, имеют ограничения, особенно при ранжировании слабых изменений в морфологии глаза. Чтобы преодолеть эти ограничения, были разработаны вычислительные подходы, такие как Flynotyper. Использование кольцевого фонаря позволяет получить более качественные изображения с доступом к целостности отдельных омматидий. Тем не менее, эти изображения не могут быть проанализированы Flynotyper напрямую из-за теней на омматидиях, создаваемых кольцевым светом. В этой статье мы описываем непредвзятый способ количественной оценки фенотипов шероховатости глаз, наблюдаемых в моделях болезни дрозофилы, путем объединения двух программ: ilastik и Flynotyper. Путем предварительной обработки изображений с помощью ilastik можно добиться успешной количественной оценки фенотипа шероховатого глаза с помощью Flynotyper.

Введение

Геном Drosophila melanogaster содержит ~75% ортологов генов, связанных с заболеваниями человека. Кроме того, во время развития глаза дрозофилы экспрессируются примерно две трети генов в геноме, что делает глаз дрозофилы выдающейся генетической системой для исследования различных молекулярных и клеточных функций, развития^{и моделей заболеваний.} Таким образом, глазная система дрозофилы является полезным экспериментальным инструментом для изучения различных биологических процессов.

Сложный глаз дрозофилы пред....

протокол

1. Подготовка к количественной оценке

1. Скачайте и установите ilastik¹¹, ImageJ и плагин ImageJ Flynotyper¹. Ссылки на установку на сайте см. в Таблице материалов . Скачивайте соответствующие пакеты в соответствии с операционной системой компьютера (Mac, Windows, Linux и т.д.). Следуйте инструкциям по установке в точности так, как указано.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Следование указаниям в точности так, как указано в предоставленных ссылках, является обязательным. Используемый компьютер должен иметь 64-разрядную операционную систему; В остальном других требуе....

Результаты

В предыдущем исследовании мы использовали этот протокол для определения генетических модификаторов мутантного белка VCP, связанного с боковым амиотрофическим склерозом с лобно-височной деменцией (БАС-ЛВД)¹². Кроме того, этот метод также был использован в ?.......

Обсуждение

Омматидии дрозофил представляют собой полезную систему для изучения различных биологических функций и генетических заболеваний. Регулярность омматидий является хорошим показателем для изучения влияния генетических мутаций⁴. Несмотря на то, что с?.......

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Computer specifications			Ryzen 5, 16 GB RAM, Nvidia RTX 3070 Super, Windows 10
Flynotyper	Iyer, J. et al. (2016)	Download software here: https://flynotyper.sourceforge.net/imageJ.html	Open source software. Do not use Flynotyper 2.0. At the time of publication, 2.0 was fairly new and this protocol is optimized for the original version of Flynotyper.
ilastik	Berg, S. et al. (2019)	Download software here: https://www.ilastik.org/download.html	Open source software. Download Version 1.4.0.post1 under Regular Builds corresponding to your computer operating system.
ImageJ		Download software here: https://imagej.net/ij/download.html	Open source software. Versions 1.53 and 1.54 were used. 1.54 is the updated version and is the default download.
Leica Application Suite (LAS X)	Leica Microsystems	LASX Office 1.4.6 28433	System and software used for z-stack acquisition.
Leica Z16 APO microscope with a DMC2900 camera	Leica Microsystems	10 447 173, 12 730 466	Referred to as Z-stack microscope and camera in the text. This product is now archived.