Application de l’interférence ARN chez le nématode du pin, Bursaphelenchus xylophilus
Summary
Ici, nous introduisons une méthode de trempage détaillée de l’interférence ARN chez Bursaphelenchus xylophilus pour faciliter l’étude des fonctions des gènes.
Abstract
Le nématode du pin, Bursaphelenchus xylophilus, est l’une des espèces envahissantes les plus destructrices au monde, causant le flétrissement et éventuellement la mort des pins. Malgré la reconnaissance de leur importance économique et environnementale, il a été jusqu’à présent impossible d’étudier les fonctions génétiques détaillées des nématodes parasites des plantes (NPP) à l’aide de la génétique avancée conventionnelle et des méthodes transgéniques. Cependant, en tant que technologie de génétique inverse, l’interférence ARN (ARNi) facilite l’étude des gènes fonctionnels des nématodes, y compris B. xylophilus.
Cet article décrit un nouveau protocole pour l’ARNi du gène ppm-1 chez B. xylophilus, qui joue un rôle crucial dans le développement et la reproduction d’autres nématodes pathogènes. Pour l’ARNi, le promoteur T7 a été lié au 5′-terminal du fragment cible par réaction en chaîne de la polymérase (PCR), et l’ARN double brin (ARNds) a été synthétisé par transcription in vitro . Par la suite, l’administration d’ARNds a été accomplie en trempant les nématodes dans une solution d’ARNds mélangée à des neurostimulants synthétiques. Des juvéniles synchronisés de B. xylophilus (environ 20 000 individus) ont été lavés et trempés dans de l’ARNds (0,8 μg/mL) dans le tampon de trempage pendant 24 heures dans l’obscurité à 25 °C.
La même quantité de nématodes a été placée dans un tampon de trempage sans ARNds comme témoin. Pendant ce temps, une autre quantité identique de nématodes a été placée dans un tampon de trempage avec le gène dsRNA de la protéine fluorescente verte (gfp) comme témoin. Après trempage, le niveau d’expression des transcrits cibles a été déterminé à l’aide de la PCR quantitative en temps réel. Les effets de l’ARNi ont ensuite été confirmés à l’aide d’une observation microscopique des phénotypes et d’une comparaison de la taille corporelle des adultes parmi les groupes. Le protocole actuel peut aider à faire progresser la recherche pour mieux comprendre les fonctions des gènes de B. xylophilus et d’autres nématodes parasites vers l’élaboration de stratégies de contrôle par génie génétique.
Introduction
Les nématodes phytoparasites (NPP) constituent une menace permanente pour la sécurité alimentaire et les écosystèmes forestiers. Ils causent environ 100 milliards USD de pertes économiques chaque année1, dont les plus problématiques sont principalement les nématodes à galles, les nématodes à kystes et les nématodes du pin. Le nématode du pin, Bursaphelenchus xylophilus, est un nématode endoparasite migrateur, qui est l’agent pathogène causal de la maladie du flétrissement du pin2. Il a causé de grands dommages aux forêts de pins dans le mondeentier 3. En utilisant la terminologie de Van Megen et al.4, B. xylophilus est un membre des Parasitaphelenchidae et appartient au clade 10, alors que la plupart des autres parasites végétaux majeurs appartiennent au clade 12.
En tant que parasite végétal indépendant et récemment évolué, B. xylophilus est un modèle attrayant pour les études comparatives. À ce jour, il y a eu des recherches substantielles sur les nématodes à galles et les nématodes à kystes appartenant au clade 12, qui sont des endoparasites sédentaires obligatoires et qui sont parmi les nématodes les plus étudiés. Cependant, mener d’autres recherches dans ce domaine important s’accompagne d’un défi majeur: la fonction des gènes du parasitisme est un goulot d’étranglement de la recherche. Les études fonctionnelles comprennent généralement des expériences d’expression ectopique et de knockdown/out, mais reposent sur des protocoles de transformation génétique efficaces pour le nématode. En conséquence, la génétique inverse dans les NPP repose presque exclusivement sur le silençage génique par l’ARNi.
L’ARNi, un mécanisme largement présent dans les cellules eucaryotes, réduit au silence l’expression des gènes en introduisant de l’ARN double brin (ARNds)5. À ce jour, le mécanisme de silençage génique post-transcriptionnel induit par l’ARNds a été trouvé chez tous les eucaryotes étudiés, et la technologie ARNi, en tant qu’outil de recherche en génomique fonctionnelle et d’autres applications, s’est développée rapidement dans de nombreux organismes. Depuis la découverte de la machinerie ARNi chez Caenorhabditis elegans en 19986, les techniques ARNi sont devenues des méthodes efficaces pour identifier la fonction génique des nématodes et sont proposées comme une nouvelle façon de lutter efficacement contre les nématodes pathogènes7.
L’ARNi est techniquement facile – tremper les juvéniles dans l’ARNds peut suffire; Cependant, l’efficacité et la reproductibilité de cette approche varient considérablement selon l’espèce de nématode et le gène cible8. Le silençage de 20 gènes impliqués dans les voies ARNi du nématode à galles, Meloidogyne incognita, a été étudié en utilisant de longs ARNd comme déclencheurs, entraînant diverses réponses, y compris une augmentation et aucun changement dans l’expression de certains gènes9. Ces résultats montrent que les gènes cibles peuvent réagir différemment à l’ARNi knockdown, ce qui nécessite une évaluation exhaustive de leur aptitude en tant que cibles pour la lutte contre les nématodes via l’ARNi. Cependant, il y a actuellement peu de recherches sur la biologie du développement et de la reproduction de B. xylophilus.
Dans la continuité des travaux précédents10,11,12,13, nous décrivons ici un protocole d’application de l’ARNi pour étudier la fonction du gène ppm-1 de B. xylophilus, y compris la synthèse de l’ARNds, le trempage des neurostimulants synthétiques et la détection de la réaction en chaîne de la polymérase quantitative (qPCR). Les connaissances acquises grâce à cette approche expérimentale contribueront probablement de façon marquée à la compréhension des systèmes biologiques de base et à la prévention de la maladie du flétrissement du pin.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bien que le cycle biologique et l’environnement parasitaire de B. xylophilus soient différents de ceux d’autres nématodes, il y a eu peu de recherches sur la pathogenèse moléculaire de ce phytopathogène. Malgré de grands progrès réalisés dans l’application de la technologie d’édition du génome CRISPR/Cas9 chez C. elegans et d’autres nématodes, seule la technologie ARNi appliquée à B. xylophilus a été publiée à ce jour17. L’ARNi est l’un de…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été financée par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (31870637, 31200487) et cofinancée par le Zhejiang Key Research Plan (2019C02024, LGN22C160004).
Materials
| Baermann funnel | n/a | n/a | to isolate nematodes |
| Beacon Designer 7.9 | Shanghai kangyusheng information technology co. | n/a | to design qPCR primers |
| Botrytis cinerea | n/a | n/a | as food for nematodes |
| Bursaphelenchus xylophilus | n/a | n/a | its number was NXY61 and was it was originally extracted from diseased Pinus massoniana in Ningbo, Zhejiang province, China. |
| constant temperature incubator | Shanghai Jing Hong Laboratory Instrument Co. | H1703544 | to cultur nematodes |
| Electrophoresis apparatus | Bio-Rad Laboratories | 1704466 | to achieve electrophoretic analysis |
| Ethanol, 75% | Sinopharm Chemical Reagent Co. | 80176961 | to extract RNA |
| Ex Taq Polymerase Premix | Takara Bio Inc. | RR030A | for PCR |
| Ex Taq Polymerase Premix | Takara Bio Inc. | RR390A | for PCR |
| Gel imager | LongGene Scientific Instruments Co. | LG2020 | to make nucleic acid bands visible |
| GraphPad Prism 8 | GraphPad Prism | n/a | to analyze the data and make figurs |
| High Speed Centrifuge | Hangzhou Allsheng Instruments Co. | AS0813000 | centrifug |
| High-flux tissue grinder | Bertin | to extract RNA | |
| ImageJ software | National Institutes of Health | n/a | to measure the body lengths |
| isopropyl alcohol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co. | L1909022 | to extract RNA |
| Leica DM4B microscope | Leica Microsystems Inc. | to observe nematodes | |
| magnetic beads | Aoran science technology co. | 150010C | to extract RNA |
| MEGAscript T7 High Yield Transcription Kit | Thermo Fisher Scientific Inc. | AM1333 | to synthesize dsRNA in vitro |
| NanoDrop ND-2000 spectrophotometer | Thermo Fisher Scientific Inc. | NanoDrop 2000/2000C | to analyze the quality of the dsRNA |
| PCR Amplifier | Bio-Rad Life Medical Products Co. | 1851148 | to amplify nucleic acid sequence |
| Petri dishes | n/a | n/a | to cultur nematodes |
| pGEM-T Easy vector | Promega Corporation | A1360 | for cloning |
| Potato Dextrose Agar (Medium) | n/a | n/a | to cultur Botrytis cinerea |
| Prime Script RT reagent Kit with gDNA Eraser | Takara Bio Inc. | RR047B | to synthetic cDNA |
| Primer Premier 5.0 | PREMIER Biosoft | n/a | to design PCR primers |
| primers:ppm-1-F/R | Tsingke Biotechnology Co. | n/a | F: 5'-GATGCGAAGTTGCCAATCATTCT -3'; R: 5'- CCAGATCCAGTCCACCATACACC -3 |
| q-ppm-1-F/R | Tsingke Biotechnology Co. | n/a | F: 5'-CATCCGAATGGCAATACAG-3'; R: 5'-ACTATCCTCAGCGTTAGC-3' |
| Real-time thermal cycler qTOWER 2.2 | Analytique Jena Instruments (Beijing) Co. | for qPCR | |
| shaking table | Shanghai Zhicheng analytical instrument manufacturing co. | to soak nematodes | |
| stereoscopic microscope | Chongqing Optec Instrument Co. | 1814120 | to observe nematodes |
| T7-GFP-F/R | Tsingke Biotechnology Co. | n/a | F: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGAAA GGAGAAGAACTTTTCAC-3'; R: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGCTG TTACAAACTCAAGAAGG-3' |
| T7 promoter | Tsingke Biotechnology Co. | n/a | TAATACGACTCACTATAGGG |
| Takara MiniBEST Agarose Gel DNA Extraction Kit | Takara Bio Inc. | 9762 | to recover DNA |
| TaKaRa TB Green Premix Ex Taq (Tli RNaseH Plus) | Takara Bio Inc. | RR820A | for qPCR |
| trichloroethane | Shanghai LingFeng Chemical Reagent Co. | to extract RNA | |
| TRIzol Reagent | Thermo Fisher Scientific Inc. | 15596026 | total RNA extraction reagent,to extract RNA |
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