Uso práctico de ARN de interferencia: administración Oral de ARN bicatenario en liposomas portadores para las cucarachas
Summary
Este manuscrito muestra el agotamiento de la expresión génica en el midgut de la cucaracha alemana a través de la ingestión oral de ARN bicatenario encapsulado en liposomas.
Abstract
ARN de interferencia (ARNi) ha sido ampliamente aplicado para descubrir las funciones biológicas de numerosos genes y se ha previsto como una herramienta control de plagas funcionamiento por alteración de la expresión génica esencial. Aunque se han reportado diversos métodos, como la inyección, alimentación y remojo, entrega exitosa de ARN bicatenario (dsRNA), la eficacia de ARNi a través de la administración oral de dsRNA es altamente variable entre los diferentes grupos de insectos. La cucaracha alemana Blattella germanica, es altamente sensible a la inyección de dsRNA, como lo demuestran muchos estudios publicados con anterioridad. El presente estudio describe un método para demostrar que el dsARN encapsulado con portadores de la liposoma es suficiente para retardar la degradación del dsRNA de jugo del midgut. En particular, la continua alimentación de dsARN encapsulado por liposomas significativamente reduce la expresión de la tubulina en el midgut y condujo a la muerte de las cucarachas. En conclusión, la formulación y utilización de dsARN lipoplexes, que protegen el dsRNA contra las nucleasas, podrían ser un uso práctico de RNAi para control de insectos plagas en el futuro.
Introduction
RNAi se ha demostrado como un método eficaz para la expresión génica de precipitación a través de un mecanismo de una vía de silenciamiento postranscripcional provocada por las moléculas de dsRNA en muchos eucariotas1. En la última década de estudio, RNAi se ha convertido en una herramienta útil para el estudio de las funciones de los genes de desarrollo comportamiento por agotamiento de la expresión de genes específicos a través de inyección o alimentación de dsARN en varios taxa de insectos2,3. Debido a la especificidad y la robustez del efecto que agota, la aplicación de ARNi se considera actualmente como una estrategia potencial para4,de gestión de control de plagas5. Sin embargo, la eficacia de RNAi varía ampliamente entre especies de insectos, dependiendo de los diferentes genes blanco y los métodos de entrega. Un cuerpo creciente de evidencia sugiere que la inestabilidad del dsRNA, que se degrada por ribonucleasas, es un factor crítico para la eficacia limitada de ARNi5,6. Por ejemplo, la baja sensibilidad de ARNi en sexta de Manduca ha sido explicada por el hecho de que el dsARN mezclado con hemolinfa fue rápidamente degradado dentro de 1 hora7. Del mismo modo, la presencia de nucleasas alcalinas en el intestino medio, que eficientemente degradar dsRNA ingerido, está fuertemente correlacionada con baja eficiencia de ARNi en diferentes órdenes de insectos8,9,10.
La administración oral de dsRNA es particularmente interesante para el uso de RNAi en una estrategia de control de plagas, pero retardar la degradación del dsRNA de nucleasas en el midgut ha no aún ha desarrollado un método, que tendrían el potencial para asegurar la eficaz Arni mediante la alimentación. Sin embargo, la insensibilidad de RNAi para administración oral de dsARN se han descrito gran cantidad de dsRNA, por ejemplo, 50 μg de Bombyx mori, la alimentación o alimentación continua por 8 días (8 μg dsRNA en total) en las especies de langosta. La cucaracha alemana Blattella germinica, es altamente sensible a ARNi por la inyección de dsRNA11,12,13,14, pero no responde a dsARN a través de la alimentación. Recientemente, Lin et al. (2017) han demostrado que el dsARN encapsulado con resultados de portadores de liposomas en ARNi éxito a caída la expresión de genes de la α-tubulina en la mortalidad significativa del midgut y disparador de la cucaracha alemana15. Como la degradación de dsARN en el intestino medio es el factor limitante para RNAi oral, los portadores de liposomas son un vehículo para proteger dsRNA de degradación, que es fácilmente aplicable en otros insectos con actividades de nucleasa fuerte en la tripa. De la nota, la razón para elegir el reactivo de transfección particular (véase Tabla de materiales) utiliza como portador del liposoma en el protocolo actual es que ha sido probado para la transfección de células de insecto línea con menos toxicidad, según la instrucciones del fabricante. Según la comparación de los sistemas de transfección de liposoma diferente en Gharavi et al. (2013) 16, la eficiencia de transferencia pequeño arn interferente (siRNA) es aproximadamente el mismo entre este y otros sistemas disponibles en el mercado que se han utilizado para los sistemas de entrega de dsARN en otros insectos17,18 . Además, nuestro método de alimentación es lo suficientemente cuidadoso asegurar la cantidad adecuada de dsRNA es ingerida por cada cucaracha, y que los resultados son robustos y confirmado. En Resumen, el presente Protocolo y los resultados demuestran que usando dsARN lipoplexes mejora la estabilidad de dsARN y abre la puerta al diseño de la administración oral de la estrategia de ARNi, que es un enfoque prometedor para el control de plagas en el futuro.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo presenta un método para RNAi eficaz a través de la administración oral de dsARN lipoplexes, con protección contra la digestión de la ribonucleasa en el jugo del midgut de la cucaracha alemana. Como se muestra en otros estudios en diferentes especies de insectos, el pobre efecto de RNAi a través de la administración oral de dsRNA es sobre todo explicado por la degradación de dsARN8,9,10. Este protocolo prod…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado por becas de Taiwán (Ministerio de ciencia y tecnología, más 100-2923-B-002-002-MY3 y 106-2313-B-002-011-MY3 a H.J.L.), la República Checa (concesión Agencia de Bohemia del sur Universidad, GAJU conceder 065/2017/P a Y.H.L) y España ( Ministerio de economía y competitividad, concede CGL2012-36251 y CGL2015-64727-P a Saintines y el gobierno catalán, la concesión 2014 SGR 619 a Saintines); también recibió la ayuda financiera del Fondo Europeo para el desarrollo económico y Regional (fondos FEDER a Saintines).
Materials
| GenJe Plus DNA in vitro Transfection reagent | SignaGen | SL100499 | for lipoplexes preparation |
| Blend Taq plus | TOYOBO | BTQ-201 | for PCR |
| Fast SYBR Green Master Mix | ABI | 4385612 | for qPCR |
| FirstChoice RLM-RACE Kit | Invitrogen | AM1700 | for 3' UTR identification |
| MEGAscript T7 Transcription Kit | Invitrogen | AMB13345 | for dsRNA synthesis |
| TURBO DNase | Invitrogen | AM2239 | remove DNA template from dsRNA |
| TRIzol | Invitrogen | 15596018 | for dsRNA or total RNA extraction |
| RQ1 RNase-Free Dnase | Promega | M6101 | remove DNA template from total RNA |
| chloroform | Sigma-Aldrich | C2432 | for dsRNA or total RNA extraction |
| 2-Propanol | Sigma-Aldrich | I9516 | for dsRNA or total RNA extraction |
| ethanol | Sigma-Aldrich | 24102 | for dsRNA or total RNA extraction |
| Diethyl pyrocarbonate, DEPC | Sigma-Aldrich | D5758 | for RNase free water preparation |
| glucose solution | Sigma-Aldrich | G3285 | for lipoplexes preparation |
| Sodium chloride, NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | insect saline buffer formula |
| Potassium chloride, KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | insect saline buffer formula |
| Calcium chloride, CaCl2 | Sigma-Aldrich | C1016 | insect saline buffer formula |
| Magnesium chloride hexahydrate, MgCl2.6H2O | Sigma-Aldrich | M2670 | insect saline buffer formula |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E3889 | enzyme inhibitor |
| dissecting scissor | F.S.T. | cockroach dissection | |
| fine tweezers | F.S.T. | cockroach dissection | |
| flexible tweezer | F.S.T. | cockroach holding | |
| pipetman | RAININ | P10 | sample preparation |
| microcentrifuge tube | Axygen | MCT175C, PCR02C | sample preparation |
| pipette tip | Axygen | sample preparation | |
| vortexter | Digisystem | vm1000 | sample preparation |
| Minispin centrifuge | The Gruffin Group | GMC 206 | for liquid spin down |
| Centrifuge | ALC | PK121R | sample preparation |
| pH meter | JENCO | 6071 | for pH adjust |
| micro-volume spectrophotometer | Quawell | Q3000 | nucleic acid quantitative |
| PCR Thermal cycler | ABI | 2720 | for template PCR or dsRNA synthesis incubation |
| quantitative real-time PCR | ABI | StepOne plus | gene expression quantitative |
| Centrifugal Vacuum Concentrators | eppendorf | 5301 | for dsRNA or total RNA extraction |
| Multipette | eppendorf | xstream | for real-time PCR sample loading |
| Agarose I | amresco | 0710 | for nucleic acid electrophoresis |
| tub gene specfifc forward preimer | tri-I biotech | GGG ACA AGC CGG AGT GCA GA | |
| tub gene specfifc reverse preimer | tri-I biotech | TCC TGC TCC TGT CTC GCT GA | |
| dsTub template forward primer | tri-I biotech | TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGA CAA GCC GGA GTG CAG | |
| dsTub template reverse primer | tri-I biotech | TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT CCT GCT CCT GTC TCG CTG | |
| dsEGFP template forward preimer | tri-I biotech | TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT ATG GTG AGC AAG GGC GAG GAG | |
| dsEGFP template reverse preimer | tri-I biotech | TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT GGC GGA TCT TGA AGT TCA CC | |
| tub qPCR forward primer | tri-I biotech | GGA CCG CAT CAG GAA ACT GGC | |
| tub qPCR reverse preimer | tri-I biotech | CCA CAG ACA GCC TCT CCA TGA GC | |
| ef1 qPCR forward primer | tri-I biotech | CGC TTG AGG AAA TCA AGA AGG A | |
| ef1 qPCRreverse preimer | tri-I biotech | CCT GCA GAG GAA GAC GAA G |
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