生理的録音と黄熱病の蚊の味覚付属器RNAの配列決定<em>ネッタイシマカ</em
Summary
電気生理学的検査によって決定されるようネッタイシマカの主要な味覚付属における遺伝子発現を評価するために2つの方法を使用して、我々は、推定される苦味反発化合物に神経細胞応答の根底にある遺伝子のセットを同定した。
Abstract
Electrophysiological recording of action potentials from sensory neurons of mosquitoes provides investigators a glimpse into the chemical perception of these disease vectors. We have recently identified a bitter sensing neuron in the labellum of female Aedes aegypti that responds to DEET and other repellents, as well as bitter quinine, through direct electrophysiological investigation. These gustatory receptor neuron responses prompted our sequencing of total mRNA from both male and female labella and tarsi samples to elucidate the putative chemoreception genes expressed in these contact chemoreception tissues. Samples of tarsi were divided into pro-, meso- and metathoracic subtypes for both sexes. We then validated our dataset by conducting qRT-PCR on the same tissue samples and used statistical methods to compare results between the two methods. Studies addressing molecular function may now target specific genes to determine those involved in repellent perception by mosquitoes. These receptor pathways may be used to screen novel repellents towards disruption of host-seeking behavior to curb the spread of harmful viruses.
Introduction
DEET、Picaridin、シトロネラールとIR3535のような化合物は、効果的に重要な病気のベクトル1,2 ネッタイシマカヒトスジシマカなどの蚊を、撃退することが示されている。私たちは、蚊の忌避に関与する細胞を決定するために、特定の味覚感覚器に関連した感覚ニューロンからの活動電位を記録します。これらの組織で発現された遺伝子の下流の配列決定と相まって、我々は、改善された撥水性機能のための新規な化合物をスクリーニングするために最も可能性の高いこれらの細胞の応答を媒介する遺伝子を同定することができる。
RNA-seqが迅速に遺伝子発現の時間的·空間的変化を追跡するための標準になりつつ、強力なツールです。昆虫化学感覚付属や臓器のRNA-seqの分析が大幅に遺伝子6により従来のPCRベースの検索遺伝子に改善し、いくつかの昆虫種3-5の分子受容体を発見するために使用されている。昆虫は最も多様な動物のクラスを表す、事前遺伝子とユニークな表現型との間の接続を研究する多くの機会をセンディング。 RNA-seqの技術は、あらゆる生きている昆虫の組織に採用することができる。同様に、uniporous味覚感覚器内の感覚細胞からの電気生理学的記録は、多くの異なる昆虫種で達成することができる。これら2つの技術のペアリングは、研究者が観測された化学感覚表現型に関与セット遺伝子を絞り込むことができます。異なる種は、特定の課題を提示するが、化学感覚受容体遺伝子および化学感覚適応の間の接続を通知することができる。化学感覚感覚器のサイズおよび形態は可変であり、活動電位を記録する際のノイズを低減し、反復可能な信号を識別するために大規模なトラブルシューティングを必要とする場合がある。化学感覚器官の解剖は、昆虫の形態およびサイズに応じて、些細なまたは繊細で時間がかかるかもしれない。高品質なRNAの回収は、そのような中に特定の顔料を避けるように、同様にいくつかのトラブルシューティングが必要な場合があります組織収集。
行動試験によって忌避化合物の効果を実証する直接的で有益であるが、このアプローチは、時間の作用機構に関して集中的かつ広い。 RNA-seqのと相まって電気生理学は、昆虫に回避行動を駆動何のより具体的な分析が可能になります。化学的差別の「キット」は、昆虫種で同定されたならば、既知の忌避剤に改善するためのより具体的な試みが可能である。これらの行動に関与する感覚細胞における受容体および関連タンパク質は、直接的な化学スクリーニングのために、異種発現されてもよい。さらに、分子モデリングは、化学物質は、これらの受容体7からの強い応答を誘発するかを予測することができます。
化学感覚組織の狭いセット内のすべてのアクティブな遺伝子のスナップショットは、他の種における類似の遺伝子を同定するのに有用であり得る。配列相同性および発現シを使用してmilarities、研究者は、最も可能性の昆虫に広く有効である忌避剤に対する応答を媒介する受容体分子の集合を形成することができる。私たちは、昆虫の化学感覚経路を解体の研究者を支援する非モデルと経済的に重要な昆虫のneuroethology掘り下げるために多くを説得するために以下のプロトコルを提示する。
Protocol
Representative Results
Discussion
味覚感覚器からの記録活動電位の最も挑戦的な側面はあるの応答を決定されている「通常」与えられた昆虫種、総数と味覚受容体ニューロンの感度（GRNs）の最初の時間を記録する単一の味覚感覚子チップを採用する場合であるそう不明。多くの予備録音は最初のテストの範囲や化学物質の濃度を決定するために必要とされる。この例では、我々は、単一のGRNはDEETの低濃度（ 図1）<…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Bryan T. Vinyard of the USDA, Agricultural Research Service, Henry A. Wallace Beltsville Agricultural Research Center, Biometrical Consulting Service, Beltsville, MD for statistical analyses. This work was supported in part by a grant to J.C.D. from the Deployed War Fighter Protection (DWFP) Research Program funded by the Department of Defense through the Armed Forces Pest Management Board (AFPMB).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Glass capillary | A-M Systems | 628000 | Standard, 1.5mm X 0.86mm, 4" |
| Silver wire | A-M Systems | 7875 | .015" bare |
| Tungsten wire | Alfa Products | 369 | 0.127mm diameter |
| Fine forceps | Fine Science Tools | 11252 | #5SF Inox |
| Refridgerated stage | BioQuip Products | 1429 | Chill Table |
| Preamplifier | Syntech | Taste Probe | preamplifier |
| Software for electrophysiology | Syntech | Autospike | software for electrophysiology |
| TetraMin fish food | Tetra | Tropical fish food granules | fish food ground to fine powder |
| TRIzol | Life Technologies | 15596-026 | RNA isolation reagent |
| RNeasy Plus Mini Kit | Qiagen | 74136 | includes gDNA eliminator and RNeasy spin columns |
| Nanodrop spectrophotometer | Nano Drop Products | ND-1000 | tabletop spectrometer |
| R statistics | freeware (created by Robert Gentleman and Ross Ihaka) | www.r-project.org | Use the lm function of the stats package and the equiv.boot function of the equivalence package in the R computing environment. |
| 1.5ml tube rack | Evergreen | 240-6388-030 | Pour liquid nitrogen into a few empty wells to freeze and grind tissue. |
| 1.5mL collection tubes with pestle | Grainger | 6HAX6 | RNase free |
| Centrifuge | Thermo Scientific | 11178160 | Spin down frozen tissue to keep at bottom of 1.5 mL tube. |
| Primer-BLAST Primer Designing tool | NCBI | n/a |
Riferimenti
- Klun, J. A., Khrimian, A., Debboun, M. Repellent and deterrent effects of SS220, picaridin, and DEET suppress human blood feeding by Aedes aegypti, Anopheles stephensi, and Phlebotomus papatasi. J. Med. Entomol. 43 (1), 34-39 (2006).
- Dickens, J. C., Bohbot, J. D. Mini review: Mode of action of mosquito repellents.Pestic. Biochem. Physiol. 106 (3), 149-155 (2013).
- Pitts, R. J., Rinker, D. C., Jones, P. L., Rokas, A., Zwiebel, L. J. Transcriptome profiling of chemosensory appendages in the malaria vector Anopheles gambiae reveals tissue- and sex-specific signatures of odor coding. BMC Genomics. 12 (271), (2011).
- Zhou, X., Slone, J. D., Rokas, A., Berger, S. L., Liebig, , et al. Phylogenetic and transcriptomic analysis of chemosensory receptors in a pair of divergent ant species reveals sex-specific signatures of odor coding. PLOS Genet. 8 (8), e1002930 (2012).
- Shiao, M., Fan, W., Fang, S., Lu, M. J., Kondo, R., Li, W. Transcriptional profiling of adult Drosophila antenna by high-throughput sequencing. Zoological Studies. 52 (42), (2013).
- Bohbot, J., Pitts, R. J., Kwon, H. W., Rützler, M., Robertson, H. M., Zwiebel, L. J. Molecular characterization of the Aedes aegypti odorant receptor gene family. Insect Mol. Biol. 16 (5), 525-537 (2007).
- Kain, P., Boyle, S. M., Tharadra, S. K., Guda, T., Pham, C., et al. Odour receptors and neurons for DEET and new insect repellents. Nature. 502 (7472), 507-512 (2013).
- Hodgson, E. S., Lettvin, J. Y., Roeder, K. D. The physiology of a primary chemoreceptor unit. Science. 122 (3166), 417-418 (1955).
- Robinson, A. P., Duursma, R. A., Marshall, J. D. A regression-based equivalence test for model validation: shifting the burden of proof. Tree Physiol. 25 (7), 903-913 (2005).
- Mortazavi, A., Williams, B. A., McCue, K., Schaeffer, L., Wold, B. Mapping and quantifying mammalian transcriptomes by RNA-seq. Nat. Methods. 5 (7), 621-628 (2008).
- Trapnell, C., Williams, B. A., Pertea, G., Mortazavi, A., Kwan, G., et al. Transcript assembly and quantification by RNA-seq reveals unannotated transcripts and isoform switching during cell differentiation. Nat. Biotechnol. 28 (5), 511-515 (2010).
- Sanford, J. L., Shields, V. D. C., Dickens, J. C. Gustatory receptor neuron responds to DEET and other insect repellents in the yellow-fever mosquito, Aedes aegypti. Naturwiss. 100 (3), 269-273 (2013).
- Sparks, J. T., Vinyard, B. T., Dickens, J. C. Gustatory receptor expression in the labella and tarsi of Aedes aegypti. Insect Biochem. Mol. Biol. 43 (12), 1161-1171 (2013).
- Kent, L. B., Walden, K. K. O., Robertson, H. M. The Gr family of candidate gustatory and olfactory receptors in the yellow-fever mosquito Aedes aegypti. Chem. Senses. 33 (1), 79-93 (2008).
- Ramsköld, D., Wang, E. T., Burge, C. B., Sandberg, R. An abundance of ubiquitously expressed genes revealed by tissue transcriptome sequence data. PLoS Comput. Biol. 5 (12), e1000598 (2009).
- Wagner, G. P., Kin, K., Lynch, V. J. A model based criterion for gene expression calls using RNA-seq data. Theory Biosci. 132 (3), 159-164 (2013).
- Hart, T., Komori, H. K., LaMere, S., Podshivalova, K., Salomon, D. D. Finding active genes in deep RNA-seq gene expression studies. BMC Genomics. 14 (778), (2013).
- Isono, K., Morita, H. Molecular and cellular designs of insect taste receptor system. Front. Cellu. Neurosci. 4 (20), 1-16 (2010).
