Method Article
Bu protokol, kendi kendine Caenorhabditis nematodlarının büyük ölçekli ekolojik araştırmalarını gerçekleştirmek için kullanılabilir. Bu yöntemin birincil avantajı, doğadan toplanan nematodlarla ilişkili ekolojik ve moleküler verilerin verimli bir şekilde düzenlenmesi ve analiz edilmesidir.
Caenorhabditis elegans , biyolojideki en önemli model organizmalardan biridir, ancak son zamanlarda araştırmacılar doğal ekolojisine odaklanmışlardır. C. elegans hakkındaki bilgilerin doğal bağlamındaki göreceli seyrekliği, doğadaki küçük nematodun tanımlanmasında yer alan zorluklardan kaynaklanmaktadır. Bu zorluklara rağmen, C. elegans'ın ekolojisine giderek daha fazla odaklanmak, laboratuvar dışındaki yaşamı hakkında çok sayıda yeni bilgiye neden olmuştur. Doğada C. elegans için yoğunlaşan araştırmalar, birçok yeni Caenorhabditis türünün keşfine katkıda bulundu ve konjenerik nematodların, çürüyen bitki materyali ile ilişkili mikrobiyal çiçeklerle beslendikleri vahşi doğada sıklıkla birlikte yaşadıklarını ortaya koydu. Yeni türlerin tanımlanması, erkeklerin androdioecious çiftleşme sisteminin ve kendi kendini dölleyen hermafroditlerin Caenorhabditis'te bağımsız olarak üç kez geliştiğini de ortaya koymuştur. Diğer iki kendini-bilen tür, C. briggsae ve C. tropicalis, C. elegans'ın deneysel avantajlarını paylaşır ve kendi kendine döllenme de dahil olmak üzere önemli özelliklerin mekanik temeline ilişkin karşılaştırmalı çalışmalar yapılmasını sağlamıştır. Bu ilerlemelere rağmen, bu önemli türlerin ekolojisi ve doğal çeşitliliği hakkında öğrenilecek çok şey var. Örneğin, genlerinin çoğu için hala işlevsel bilgiden yoksunuz, bu da yalnızca doğal ekolojilerinin anlaşılmasıyla elde edilebilir. Caenorhabditis nematodlarının ekolojik araştırmalarını kolaylaştırmak için, nematodları vahşi doğadan toplamak için oldukça ölçeklenebilir bir yöntem geliştirdik. Yöntemimiz, araştırmacıların vahşi doğadan nematodları toplama, ilişkili ekolojik verileri kaydetme ve moleküler barkodları kullanarak vahşi nematodları tanımlama yeteneklerini geliştirmek için mobil veri toplama platformlarından, bulut tabanlı veritabanlarından ve R yazılım ortamından yararlanır.
Son yirmi yıl, Caenorhabditis nematodlarının ekolojisine artan bir ilgi getirmiştir. Bu çalışmalardan, serbest yaşayan Caenorhabditis türlerinin hem ılıman hem de tropikal bölgelerdeki geçici mikro habitatlardan izole edilebildiğini, burada bazen de sempatry'de ayrışan bitki materyali ile ilişkili mikrobiyal çiçeklerle beslendiklerini biliyoruz1,2,3,4,5,6,7,8 . Ayrıca, cinste kendi kendine döllenmenin yakınsak evriminin üç kez gerçekleştiğini ve kendiliğinden, C. briggsae, C. elegans ve C. tropicalis9,10 için baskın üreme şekli olduğunu öğrendik. Bu benciller arasında C. elegans, Dünya'da en çok çalışılan hayvanlardan biridir ve araştırmacılar tarafından biyolojide kritik ilerlemeler yapmak için kullanılmıştır. Daha da önemlisi, diğer kendikendine özgü Caenorhabditis türleri, C. elegans'ın deneysel avantajlarının çoğunu paylaşır ve cinste karşılaştırmalı çalışmaları hızla ilerletmektedir. Bununla birlikte, bu nematodların vahşi doğadaki gizemli doğası, ekolojilerini ve doğal çeşitliliğini incelemeyi zorlaştırır, bu da genlerinin biyolojik işlevlerini ve evrimin türler arasındaki genetik çeşitliliği nasıl şekillendirdiğini anlamak için kritik öneme sahiptir10,11.
Vahşi doğada Caenorhabditis nematodlarının ekolojisini incelemenin en büyük zorluğu küçük boyutlarıdır; yetişkin nematodlar genellikle 1 mm uzunluğunda veya daha azdır. Bu zorluk, araştırmacıların vahşi doğadaki substratları örneklemelerini ve vahşi doğada hayvanları gözlemleme yeteneği olmadan ilgilenilen nematodları laboratuvardaki substratlardan ayırmaya çalışmalarını gerektirir. Eğitimli uzmanlar bile, kendi kendine hareket eden Caenorhabditis nematodlarını mikroskop altında diğer serbest yaşayan nematodlardan ayırt etmeyi zor bulduklarından, nematodlar tipik olarak substrattan çıkarılır, izole edilir ve yerleşik moleküler barkodlar kullanılarak dizi kimliği ile tanımlanmadan önce çoğalmaya bırakılır3,12,13,14 . Her bir nematodu bu şekilde işlemek için gereken zaman ve çaba örgütsel bir zorluk teşkil etmektedir, çünkü araştırmacılar laboratuvarda izole edilen her nematodun kimliğini tam substrata ve sahada örneklenen ilgili ekolojik verilere kadar izleyebilmelidir. Burada, sahadan kendi kendine gelen Caenorhabditis nematodlarını verimli bir şekilde toplamak ve tanımlamak ve bu izolatları ilişkili mekansal ve ekolojik verileriyle yüksek ölçekte sadık bir şekilde bağlamak için adım adım bir süreç açıklıyoruz.
Bu toplama yöntemi, mobil veri toplama platformlarını, bulut tabanlı veritabanlarını ve R yazılım ortamını kullanarak ekolojik araştırmaların ölçeğini ve doğruluğunu artırır. Fulcrum, çoğu mobil cihazla çalışan ve kullanıcıların konum tabanlı verileri toplamak ve düzenlemek için özel uygulamalar oluşturmasına olanak tanıyan özelleştirilebilir bir veri toplama platformudur (https://www.fulcrumapp.com). Bu protokol, sahadan mekansal olarak açık ekolojik verileri düzenlemek ve bu verileri laboratuvarda izole edilen nematodların kimliğiyle doğru bir şekilde ilişkilendirmek için özelleştirilmiş veri toplama uygulamalarının nasıl kullanılacağına dair ayrıntılı talimatlar sağlar. Protokol ayrıca, yerleşik moleküler barkodları kullanarak kendi kendine Caenorhabditis nematodlarının nasıl verimli bir şekilde tanımlanacağını da açıklar. Bu yöntemlerden elde edilen veriler, doğal Caenorhabditis popülasyonlarının ekolojisini ve genetik çeşitliliğini keşfetmek için beraberindeki R yazılım paketi easyFulcrum15 ile basit ve tekrarlanabilir bir şekilde işlenebilir.
1. Koleksiyon hazırlama
2. Alan koleksiyonu
NOT: Caenorhabditis nematodları çoğunlukla meyveler, fındıklar, tohumlar, baklalar, çiçekler, saplar, bitkisel çöpler ve kompostlar dahil olmak üzere çürüyen bitkisel maddelerden izole edilir1,5,6,8. En iyi substratlar çürümüş ve meyve veya çiçek olarak neredeyse tanınamaz; Çok kuru veya ıslak olan yüzeylerden kaçının (Şekil 1). Substratlar, çiftler halinde çalışarak sahadan en verimli şekilde toplanır. Temassız kızılötesi termometreye sahip olan kişi, toplama için bir substrat seçecek ve numuneyi toplarken, ortakları toplama verilerini kaydetmek için Fulcrum'daki Nematod Alan Örneklemesi uygulamasını kullanacaktır. Kollektör çifti, istenen sayıda numune toplanana kadar bu işlemi tekrarlayacaktır. Saha çalışması için gerekli malzemelerin listesi (Ek Tablo 1)'de bulunmaktadır.
3. Laboratuvarda saha koleksiyonlarının kaplanması
NOT: Bu bölümde, numunelerin etiketli toplama torbalarından etiketli plakalara aktarımının nasıl organize edileceği açıklanmaktadır. Numuneler bir gecede yapılan bir gönderiden veya doğrudan sahadan gelebilir.
4. Nematodların koleksiyonlardan izole edilmesi
5. Fulcrum'dan S-plakalarının dışa aktarılması
NOT: Bu bölümde, yalıtım işleminde kullanılan S etiketlerinin Fulcrum proje veritabanından nasıl dışa aktarılacağı ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Bu S-etiketleri, bölüm 6-9'da sekans kimliği ile tanımlanırken çoğalan izodişi çizgileri izlemek için kullanılacaktır.
6. S plakalarında çoğalma olup olmadığını kontrol edin
7. İzodişi çizgilerin lizisi
NOT: Bu adım, çoğaltma kutularındaki S plakaları için lizis çalışma sayfalarının yazdırılmasına yardımcı olmak üzere google sayfalardaki veri filtresi aracını kullanır. Lizis çalışma sayfalarının amacı, personele tezgahtaki lizis şeridi tüplerinde S-etiketleri için doğru pozisyonları sağlamaktır.
8. SSU ve ITS2 dizilerinin PCR'si
NOT: Bu bölümde, her lize S-plakası için iki ayrı PCR'nin nasıl gerçekleştirileceğine ilişkin talimatlar sağlanacaktır. İlk astar seti, 18S rDNA küçük alt birim geninin (SSU) 500-bp fragmanını güçlendirir; oECA1271 = ileri astar TACAATGGAAGGCAGCAGGC, oECA1272 = ters primer CCTCTGACTTTCGTTCTTGATTAA 12. Bu PCR, şablon DNA'nın kalitesini kontrol etmek için kullanılır. PCR, neredeyse tüm nematod türleri için SSU bölgesini güçlendirir. SSU PCR yükseltemezse, bu sonuç lizis kalitesinin düşük olduğunu ve lizisin bu S-plakası için tekrarlanması gerektiğini düşündürmektedir. İkinci astar seti, 5.8S ve 28S rDNA genleri (ITS2) arasındaki dahili transkribe edilmiş ara parça bölgesinin 2.000-bp fragmanını güçlendirir; oECA1687 = ileri astar CTGCGTTACTTACCACGAATTGCARAC, oECA202 = ters primer GCGGTATTTGCTACTACCAYYAMGATCTGC3. ITS2 PCR ürünü Sanger'ın sıralandığı ve sekans, Caenorhabditis cinsindeki nematodları dizi benzerliği ile tür seviyesine tanımlamak için kullanılır.
9. Nematodların Sanger dizilimi ve dizi PATLAMASI ile tanımlanması
NOT: Bu bölümde, ITS2 amplikonlarının S-etiketlerinden sıralanması, BLAST algoritmasının kullanılarak bu dizilerin Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi (NCBI) veritabanına hizalanması ve S-plakalarındaki nematodları tanımlamak için BLAST sonuçlarının ayrıştırılması için talimatlar sağlanmaktadır.
10. Toplama verilerinin R'deki easyFulcrum paketi ile işlenmesi
NOT: Bu adımda, easyFulcrum R paketini kullanarak toplama verilerinin (C-etiketleri) ve nematod yalıtım verilerinin (S-etiketleri) birbirine nasıl bağlanacağı açıklanmaktadır. Yazılım, genotipleme sayfasındaki genotipleme verileriyle Fulcrum verilerini daha da birleştirecek işlevler içerir, böylece S-label tür kimlikleri ve suş adları tek bir veri çerçevesinde düzenlenir.
Bu protokol, Hawaii ve Kaliforniya da dahil olmak üzere birçok yerden Caenorhabditis nematodlarını toplamak için kullanılmıştır. Caenorhabditis nematodları için izolasyon başarı oranı, toplama yerine, iklime, örnekleme deneyimine ve örneklenen substrat tiplerine göre değişir. Protokol, dokuz toplama projesinin birkaç yıl ve mevsim boyunca yürütüldüğü Hawaii Adaları'nı kapsamlı bir şekilde örneklemek için kullanılmıştır. Caenorhabditis türlerinin kendi kendine izolasyon başarı oranları C. briggsae (4.506 numunenin 162'si, % 3.6) ve C. elegans (4.506 numunenin 163'ü,% 3.6) için neredeyse aynıdır ve C. tropicalis (4.506 numunenin 26'sı,% 0.58)8 için çok daha düşüktür. Kendi kendine çalışan türlerin her biri, diğer substrat kategorilerine göre çürüyen meyve ve çiçek substratları üzerinde zenginleştirilmiştir. Araştırmacı substrat tercihlerini karakterize etmek yerine başarı oranını en üst düzeye çıkarmaya çalışıyorsa, çürüyen meyve ve çiçek substratlarını örnekleyin. Bununla birlikte, başarı oranı, seçilen substratın kalitesine göre değişir. Örneğin, meyve ve çiçek substratları arasında, çok kuru, ıslak veya taze olan substratlar muhtemelen Caenorhabditis nematodları vermeyecektir.
Bu toplama protokolünün ölçeklenebilirliği, tek bir araştırmacı çiftinin vahşi doğadan toplayabileceği koleksiyon sayısından açıkça anlaşılmaktadır. Örneğin, Ekim 2018'de, bu toplama protokolünü kullanan bir çift araştırmacı, iki Hawaii Adası'ndaki birden fazla yerden 7 gün içinde toplam 1.000'den fazla örnek toplayabildi. Bu saha ekibi, örnekleri bir gecede laboratuvara gönderdi ve sekiz araştırmacıdan oluşan bir ekip, geldiklerinde örneklerden 2.000'den fazla nematodu izole etti. Bu protokolün önemli bir avantajı, sahada ihtiyaç duyulan ekipman ve personeli azaltarak uzak yerlerde örnekleme ile ilişkili maliyeti en aza indirmesidir. Bu protokolü kullanarak, küçük bir saha ekibi örneklemeye odaklanabilirken, izolasyon ekibi numuneleri kendi kurumlarında nematodları izole etmek için mikroskopları ve agar plakalarını parçalamak gibi kırılgan ve ağır ekipmanlar kullanarak işleyebilir. Ayrıca, mobil veri toplama uygulamasının uygulanması, numunelerle ilişkili tüm saha verilerinin doğrudan C-etiketine bağlanmasına izin verir, bu da yalıtım ekibinin numuneleri işlerken saha ekibinden bağımsız olarak çalışmasını sağlar.
Bu toplama protokolünü kullanan araştırmacılar, bir toplama projesinden önce nematodları izole etmek için gereken çabayı göz önünde bulundurmalıdır. İzolasyon ve tanımlama adımları hız sınırlayıcıdır ve küçük bir toplama ekibi izolatörleri numunelerle hızlı bir şekilde boğabilir. Ayrıca, birçok koleksiyonu işlemek için gereken laboratuvar alanı, devam eden araştırmalara müdahale edebilir (Şekil 3). Ek olarak, bazı izole nematodlar genotip için ek çaba gerektirir. Örneğin, izolatların yaklaşık% 2'si ilk lizis girişiminden sonra SSU PCR astar seti ile amplifikasyonda başarısız olur ve lizis malzemesinin ITS2 astar seti ile amplifikasyon için uygun olduğundan emin olmak için yeniden lize edilmelidir (Şekil 8). Ayrıca, izolatların yaklaşık% 3'ü, Sanger dizilemesinin ilk turundan sonra kaliteli diziler üretememektedir. Bu izolatlar için, başka bir lizis turu, ITS2 PCR ve Sanger dizilimi sıklıkla gereklidir, bu da izolasyon ekibi için teslim süresini artırabilir. Daha da önemlisi, dizi kimliği tek başına yeni bir Caenorhabditis türünü haklı çıkarmak için yeterli kanıt değildir (Şekil 7). Bir izolatın yeni bir Caenorhabditis türü olarak yetiştirilmesini uygun şekilde haklı çıkarmak için, çiftleşme deneyleri yapmak ve daktilo edilmiş bir örnek oluşturmak için ek çaba gösterilmelidir13. Yazılan numunenin resmi bir morfolojik açıklaması da tercih edilir, ancak gerekli değildir3. Birlikte, bu hususlar, bu toplama protokolünü benimseyen araştırmacıların, bir toplama projesi başlamadan önce kaynakların uygun şekilde tahsis edilmesini sağlamak için izolasyon ve tanımlama adımlarının deneme testlerinden yararlanacağını göstermektedir. Daha da önemlisi, küçük toplama projeleri bile bu protokolden yararlanabilir, çünkü süreç yüksek oranda tekrarlanabilir ve veriler laboratuvar grupları arasında kalite kontrol amacıyla kolayca denetlenebilir.
Şekil 1: Substrat örnekleri. (A) İdeal çürüyen meyve görüntünün ortasında gösterilmiştir (1), meyve neredeyse tanınamaz. Yakınlarda daha az çürümüş meyve gösterilmiştir; taze düşmüş meyveleri örneklemekten kaçının (2). (B) İdeal olarak ayrışmış bir çiçek en üstte gösterilir (3). Taze düşmüş çiçekleri örneklemekten kaçının (4). (C) Kuru yaprakların üst tabakasının altındaki koyu yaprak çöpü, Caenorhabditis nematodlarının kendi kendine örneklenmesi için örnekleme yaparken idealdir (5). Kuru yaprak çöpü örneklemekten kaçının (6). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Nematod Field Sampling mobil uygulaması . (A) Fulcrum'daki bir Apple cihazında Nematod Field Sampling uygulamasını açtıktan sonraki ilk ekran. Sağ alttaki kırmızı ok, yeni bir koleksiyon kaydı oluşturmak için kullanılan + düğmesine işaret eder. (B) Bir Apple aygıtında gösterilen yeni bir koleksiyon kaydı örneği. Kırmızı ok, koleksiyon kaydı ekranının üst kısmındaki 'Proje' alanını işaret eder. Sahada örnekleme yaparken doğru projeyi seçtiğinizden emin olun. Proje alanı, varsayılan olarak sonraki koleksiyon kayıtları oluşturulurken kullanılan son projeye ayarlanır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Numunelerin kaplanmasından önce düzenlenen toplama torbaları ve toplama plakaları. Bu şekilde, soldaki C etiketli toplama torbalarındaki örnekler gösterilmektedir. Her toplama çantasının üstünde eşleşen C etiketli 10 cm'lik bir plaka bulunur. Sağ tarafta, toplama torbalarından transfer edildikten sonra örnek materyal içeren 10 cm'lik toplama plakaları bulunmaktadır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Düzgün bir şekilde aktarılmış bir numuneye sahip bir toplama plakası (C-plakası). Bakteri çimlerinin kenarına yerleştirilmiş ayrışan meyveli 10 cm'lik bir C plakası. C-etiketi plaka kapağına tutturulmuştur. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Nematod izolasyon mobil uygulaması . (A) Fulcrum mobil uygulamasındaki uygulama seçim ekranı. Kırmızı ok, Nematod İzolasyonu uygulamasına işaret eder. (B) Fulcrum'daki bir Apple aygıtında Nematod İzolasyonu uygulamasını açtıktan sonraki ilk ekran. Sağ alttaki kırmızı ok, yeni bir yalıtım kaydı oluşturmak için kullanılan + düğmesine işaret eder. (C) Bir Apple aygıtında gösterilen yeni bir yalıtım kaydı örneği. Kırmızı ok, yalıtım kaydı ekranının üst kısmındaki 'Proje' alanını işaret eder. İzolasyon sırasında doğru projeyi seçtiğinizden emin olun. Proje alanı, varsayılan olarak sonraki yalıtım kayıtları oluşturulurken kullanılan son projeye ayarlanır. (D) C-etiketi altındaki Seç alanına dokunduktan sonra, kullanıcılar nematodları izole ettikleri C etiketini bulmak için arama düğmesine (kırmızı ok) dokunacaklardır. (E) C-etiketi seçildikten sonra, kullanıcılar cihaz kamerasını kullanarak C-plakasını fotoğraflayacaklardır. (F) Kullanıcılar daha sonra C plakasında nematod olup olmadığını girerler. İzole edilecek nematodlar varsa izolasyon kaydına s-etiketleri eklenir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: NCBI BLAST sonuçları sayfası . (1) Tüm dizilerin BLAST sonuçlarını görüntülemek için kullanılan açılır menü. (2) Açılır menüden seçilen geçerli dizinin açıklaması. Bu durumda S-label S-05554 için sonuçlar gösterilir. (3) S-05554 için en iyi BLAST vuruşu gösterilir. Mor metin, bu hizalamanın tıklandığını görselleştirmek için bağlantıyı gösterir. Lütfen olası yeni Caenorhabditis türlerini tanımlamak için hizalamaları gözle incelediğinizden emin olun, yukarıdaki adım 9.8'e bakın. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: NCBI BLAST hizalama görselleştirme örnekleri . (A) C. kamaaina konu dizisine hizalanmış bir yalıtımın ITS2 sorgu dizisine bir örnek. (1) Hizalamanın yüzde kimliği (% 89), en iyi BLAST isabeti için düşüktür. (2) Sorgu ve konu dizisi (G'den A'ya) arasındaki uyumsuzluk. (3) Hizalama algoritması tarafından yapılan konu dizisindeki dört baz çifti boşluğu; sorgudaki veya konudaki boşluklar zayıf hizalamayı gösterir. (4) Hizalamanın merkezinde, birçok uyumsuzluk ve boşluk bulunan genelleştirilmiş bir bölge. Bunun gibi bir bölge, sorgu dizisinin yeni bir Caenorhabditis türünden gelebileceğini düşündürmektedir. Gösterilen, 2017 yılında keşfedilen yeni bir tür olan C. oiwi'nin gerçek bir hizalama örneğidir. (B) Bir yalıtımın ITS2 sorgu dizisi ile bir konu dizisi arasındaki iyi hizalamanın bir örneği. (5) Hizalamanın yüzde kimliği (% 99), bu genellikle sorgu dizisinin özneyle aynı türün bir izolatından geldiği anlamına gelir. (6) Mükemmel kimlikle uyumun merkezi bir bölgesi. Bunun gibi bir bölge, sorgu yalıtımının muhtemelen özneyle aynı tür olduğunu göstermektedir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: SSU ve ITS2 PCR ürünleri. Üst jel, 12 temsili numune için SSU astar seti ile üretilen PCR ürünlerini gösterir. Sol tarafta referans olarak bir DNA merdiveni bulunur. Caenorhabditis nematodları için SSU PCR ürünleri yaklaşık 500 bp uzunluğundadır. Örnekler 2-12, SSU astar seti ile güçlendirildi, ancak örnek bir tane yapmadı. Birinci numune için 500 bp SSU amplikonunun olmaması, lizis malzemesinin kalitesiz olduğunu ve numunenin yeniden lize edilmesi gerektiğini düşündürmektedir. Alt jel, üst jelde gösterilen aynı 12 Numune için ITS2 astar seti ile üretilen PCR ürünlerini gösterir. Merdiven ve numuneler her iki jel için de aynı yöndedir. 12 numuneden altısı ITS2 astar seti ile yükselmedi. SSU ve ITS2 bantlarına sahip örnekler Sanger'da sıralanır ve NCBI BLAST algoritması kullanılarak dizi benzerliği ile tanımlanır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 1: C-etiketleri. 2500 benzersiz C etiketi içeren bir PDF dosyası. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Dosya 2: S-etiketleri. 5000 benzersiz S-etiketi içeren bir PDF dosyası. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Tablo 1: Saha Materyalleri. Nematodları örneklemek için sahada kullanılan malzemelerin bir ambalaj listesi. Bu tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Tablo 2: PCR tarifleri ve termosikler koşulları. ITS2 ve SSU PCR'ler için PCR tarifleri ve termosikler koşulları tablosu. Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Tablo 3: Elektroforez tampon tarifleri. 0,5 M pH 8,0 Etilendiamintetraasetik asit çözeltisi (EDTA) ve TRIS-asetat-EDTA (TAE) tampon çözeltisi için bir reçete. Bu tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Bu protokol, dikkatle yürütülmesi gereken kritik adımları içerir. Örneğin, saha ve izolasyon ekiplerinin, sahadan numune toplamadan veya laboratuvardaki numunelerden nematodları izole etmeden önce uygulamada doğru toplama projesini seçmeye özen göstermeleri önemlidir. Yanlış toplama projesinin seçilmesi durumunda, hatalı veri kayıtları çevrimiçi kayıt düzenleme araçları kullanılarak Dayanak noktası veritabanında en iyi şekilde düzeltilir. Bu süreç, yanlış yerleştirilmiş birçok kayıt için sıkıcı olabilir. Ancak, veritabanı kayıtlarda yapılan değişiklikleri saklar, böylece toplama ve yalıtım kayıtlarının tam olarak denetlenmesi mümkün olur. Bu protokoldeki diğer kritik adımlar, sahadan alınan örneklerin ve bu örneklerden izole edilen nematodların işlenmesini içerir. Caenorhabditis nematodlarının numune alma ve sevkiyat adımlarında hayatta kalmasını sağlamak için, numunelerin sıcaklığı 4 °C ile 25 °C arasında tutulmalıdır. 25 °C'nin üzerindeki sıcaklıklar C. elegans14'te steriliteye neden olabilir. Nematodların kaybını en aza indirmek için numunelerin toplama torbalarından toplama plakalarına mümkün olduğunca beş gün içinde aktarıldığından emin olun. Nematodlar izole edildikten sonra, yok olmadan önce genotiplendirilmeleri ve kriyokorunmuş olmaları çok önemlidir. İki ila üç haftalıktan daha eski olan S plakalarında canlı nematodlar bulmak zordur, çünkü mantar ve bakteriyel kontaminasyon S plakalarını kabul edilemez hale getirebilir.
Bu protokol, araştırmacıların sahadayken toplamak isteyebilecekleri farklı veri türlerini barındıracak şekilde kolayca değiştirilebilir. Örneğin, uygulama düzenleme için Fulcrum'un çevrimiçi GUI'sini kullanarak 'Nematod alan örnekleme' uygulamasını yeni veri giriş alanlarıyla özelleştirmek kolaydır. Ayrıca, easyFulcrum adlı veri analiz paketi, yeni verileri işlerken bu düzenlemelere uyum sağlayabilir15. Kullanıcıların çekici bulabileceği bir diğer değişiklik, alanda farklı bir örnekleme yöntemi kullanmaktır. Ayrık substratları örneklemek yerine, araştırmacılar birden fazla substrat tipi içeren daha geniş alanları örneklemek isteyebilirler. Bu daha büyük numuneler laboratuvarda en iyi şekilde Baermann hunisi veya tepsi ekstraksiyon yöntemleri kullanılarak işlenir13. Daha da önemlisi, C-etiketlerinin ve S-etiketlerinin kullanımı bu teknikler için hala geçerlidir ve bu nedenle mobil uygulamalarla uyumludur.
Bu protokolün birincil sınırlamaları, laboratuvarda izolasyondan önce nematodların kullanım süresi ile ilgilidir. İlk olarak, numune toplama ve nematod izolasyonu arasındaki gecikme süresi, toplama sırasında nematodların gelişim aşamalarını belirli bir numuneye kaydetmeyi imkansız kılar. İkincisi, erkeklerin sıklığı ve doğadaki geçiş, Caenorhabditis nematodlarının kendini geliştirmesi için anahtar evrimsel sorulardır10. Bu yöntem bu soruları ele almak için uygun değildir, çünkü nematodların izolasyondan önce birden fazla nesilden geçmiş olması muhtemeldir. Gecikmiş izolasyon, doğadaki erkek sıklığının doğrudan kanıtının imkansız olduğu anlamına gelir. Ayrıca, genotipleme adımları sırasındaki çok kuşaklı gecikme, bir nematod suşu dizilenmeden önce genomik geçiş kanıtının (heterozigotluk) aşınacağı anlamına gelir. Doğadaki heterozigotluğu tanımlamak için, doğrudan doğadan izole edilmiş bir nematod tarafından üretilen yavrular dizileme için kullanılır2. Bu protokolün bir diğer potansiyel sınırlaması, kendi kendine Caenorhabditis'in tanımlanmasına yönelik önyargılı olmasıdır. Bunun nedeni, kendi kendine çalışan türlerin izole nematodlarının, zorunlu geçitlerden daha fazla çoğalma şansına sahip olmasıdır; bu, yalnızca döllenmiş bir dişi izole edildiğinde çoğalacaktır.
Bu toplama yöntemi, varolan toplama protokollerini temel alır13,14. Bu tekniğin en büyük ilerlemesi, büyük ölçekli toplama projeleriyle ilişkili çok miktarda ekolojik ve moleküler verinin organizasyonunu kolaylaştırmak için mobil teknolojinin ve özelleştirilmiş yazılımın kullanılmasıdır. Bu toplama protokolü kullanılarak üretilen ekolojik veriler, Caenorhabditis türlerinin doğal popülasyonları için olağanüstü soruları ele almak için kullanılabilir. Örneğin, bu yöntemle üretilen veriler, Hawaii Adaları'ndaki türlerin niş tercihlerini keşfetmek için kullanılmıştır. Dahası, kriyokorunmuş nematodların genomlarını sıralayarak, araştırmacılar genetik varyasyon kalıplarının ekolojik verilerle nasıl ilişkili olduğunu araştırabilirler. Bu tür araştırmalar, Caenorhabditis popülasyonlarındaki yerel adaptasyonun imzalarını ortaya çıkarabilir ve doğal bağlamlardaki genetik çeşitliliğin önemi hakkında önemli bilgiler sağlayabilir8. Caenorhabditis nematodlarındaki birçok genin işlevsel bir şekilde anlaşılması için, ekolojik çalışmalara ihtiyaç vardır11. C. elegans için bile, genlerin büyük bir kısmı, dizilenen ilk çok hücreli hayvan ve Dünya'daki en iyi çalışılmış hayvanlardan biri olmasına rağmen, işlevsel ek açıklamalardan yoksundur. Bu toplama protokolü, vahşi Caenorhabditis nematodlarının toplanmasını ve ekolojilerinin ve doğal genetik çeşitliliğinin incelenmesini kolaylaştırarak bu bilgi boşluğunun giderilmesine yardımcı olmak için geliştirilmiştir.
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması bildirmemektedir.
Bu araştırma, Northwestern Üniversitesi'nden başlangıç fonları ve her ikisi de E.C.A.'ya verilen Ulusal Bilim Vakfı KARİYER Ödülü (IOS-1751035) tarafından desteklenmiştir.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır