מדידת הישרדות שעה<em> Brachionus</em> Rotifers: סנכרון של תנאי האימהי
Summary
Rotifers are microscopic zooplankton used as models in ecotoxicological and aging studies. Here we provide a protocol for powerful and reproducible measurement of survival time in Brachionus rotifers. Synchronization of culture conditions over several generations is of particular importance because maternal condition affects life history of offspring.
Abstract
Rotifers are microscopic cosmopolitan zooplankton used as models in ecotoxicological and aging studies due to their several advantages such as short lifespan, ease of culture, and parthenogenesis that enables clonal culture. However, caution is required when measuring their survival time as it is affected by maternal age and maternal feeding conditions. Here we provide a protocol for powerful and reproducible measurement of the survival time in Brachionus rotifers following a careful synchronization of culture conditions over several generations. Empirically, poor synchronization results in early mortality and a gradual decrease in survival rate, thus resulting in weak statistical power. Indeed, under such conditions, calorie restriction (CR) failed to significantly extend the lifespan of B. plicatilis although CR-induced longevity has been demonstrated with well-synchronized rotifer samples in past and present studies. This protocol is probably useful for other invertebrate models, including the fruitfly Drosophila melanogaster and the nematode Caenorhabditis elegans, because maternal age effects have also been reported in these species.
Introduction
Rotifers הוא זואופלנקטון מיקרוסקופי קוסמופוליטית (<1 מ"מ) המהווה את המערכה Rotifera 1. יש להם תוכנית פשוטה הגוף מורכב כ -1,000 תאים סומטיים כמו גם מנגנון ריסי גלגל דמוי מאפיין שנקרא קורונה, אשר משמש לתנועה והאכלה. רוב rotifers שייכים כיתות Monogononta או Bdelloidea, המכילים כ -1,600 ו -500 מינים, בהתאמה 2. Rotifers Monogonont יש בדרך כלל שני שלבי רבייה מיניים מינית (בשכפול הגנטי מחזורי), בעוד rotifers bdelloid לשכפל בשכפול גנטי 3 חובה. בסך הכול אפשר להשיג אנשי rotifer זהים גנטי, אשר מבטיח שחזור גבוה בניסויים. בנוסף, יש להם כמה יתרונות אחרים כמו אורגניזמים מודל, כגון תוחלת חיים קצרה, קלות תרבות, זמינות של נתוני רצף גנומי transcriptomic 4-7, ו עמדת פילוגנטי ייחודית רחוקה מנקודהrthropods נמטודות 8. Rotifers ולכן מבטיח מודלים חסרי חוליות ב אקולוגית, טוקסיקולוגית, והזדקנות מחקרים 9-12.
זמן ההישרדות תחת חשיפה ללחץ או כימיקלים סביבתיים הוא פרמטר נמדד לעתים קרובות בתחומי מחקר אלה 13-19. עם זאת, זהירות נדרשת כאשר מודד את זמן ההישרדות של rotifers כי זה רגיש לתנאי סביבה של האמהות שלהם. כלומר, בתוך manjavacas monogonont rotifer Brachionus, צאצא נקבה מאמהות בגילאי יש תוחלת חיים קצרה יותר מאשר אלו של אמהות צעירות; עם זאת, הגבלת קלוריות אימהיות (CR) מקזזת בחלקה את ההשפעות המזיקות של גיל האם מתקדם 20. ב B. plicatilis, אימהית CR מספק לאריכות הצאצאים, זמן ההישרדות הארוך תחת רעב והתנגדות סטרס חמצוני הגבוהות הכרוכות עם ביטוי מוגבר של אנזימים נוגדי חמצון 21,22. השפעת גיל האםגם נצפה rotifers bdelloid 23. לכן, תנאי rotifers ניסיוני צריכים להיות מתואמים היטב במשך כמה דורות לפני המדידות של זמן הישרדות.
כאן אנו מספקים פרוטוקול מדידת זמן הישרדות rotifers Brachionus הבא סנכרון של תנאי תרבות במשך כמה דורות. צום לסירוגין (IF), וריאציה של CR איפה rotifers ניזונים מעת לעת, יושמה כדי לחשוף את השפעת הסנכרון בשל ההשפעות הידועות של IF על אריכות ימים 22,24.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול הנוכחי מתאר שיטה למדידת זמן ההישרדות rotifers Brachionus. השלב הקריטי הוא סנכרון תנאי rotifer במשך כמה דורות. כאשר rotifers ניסיוני מסונכרנים היטב, עקומת ההישרדות לי סוג טיפוסי הוא ציין עם תמותה מוקדמת מעט מאוד כפי שדווח בכמה מחקרים קודמים 18,24,37,38. סטיות התקן של ז?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים ג'ורג ג'רוויס, מרתה בוק, ובט היקוקס-לאה, במעבדה לביולוגיה ימית, על עזרתם הצילומים.
Materials
| Sodium chloride | Wako | 190-13921 | |
| Magnesium chloride | Wako | 136-03995 | |
| Magnesium sulfate | Wako | 131-00427 | |
| Potassium chloride | Wako | 168-22111 | |
| Calcium chloride | Wako | 035-00455 | |
| Sodium bicarbonate | Wako | 199-05985 | |
| Sodium bromide | Wako | 190-01515 | |
| Membrane filter (0.45 µm pore size) | Millipore | HAWP04700 | |
| Culture plate, 6-well, non-treated | Thomas Scientific | 6902D01 | Flat bottom |
| Culture plate, 48-well, non-treated | Thomas Scientific | 6902D07 | Flat bottom |
| Tetraselmis, Living | Carolina Biological Supply Company | 152610 | |
| PRISM 6 | GraphPad Software | Version 6.0d |
References
- Wallace, R. L., Snell, T. W., Ricci, C., Nogrady, T. . Rotifera Vol.1: Biology, ecology and systematics. , (2006).
- Segers, H. . Annotated checklist of the rotifers (Phylum Rotifera), with notes on nomenclature, taxonomy and distribution. , (2007).
- Mark Welch, D. B., Meselson, M. Evidence for the evolution of bdelloid rotifers without sexual reproduction or genetic exchange. Science. 288 (5469), 1211-1215 (2000).
- Suga, K., Mark Welch, D., Tanaka, Y., Sakakura, Y., Hagiwara, A. Analysis of expressed sequence tags of the cyclically parthenogenetic rotifer Brachionus plicatilis. PLoS ONE. 2, e671 (2007).
- Denekamp, N. Y., et al. Discovering genes associated with dormancy in the monogonont rotifer Brachionus plicatilis. BMC Genomics. 10, 108 (2009).
- Lee, J. -. S., et al. Sequence analysis of genomic DNA (680 Mb) by GS-FLX-Titanium sequencer in the monogonont rotifer, Brachionus ibericus. Hydrobiologia. 662 (1), 65-75 (2010).
- Flot, J. -. F., et al. Genomic evidence for ameiotic evolution in the bdelloid rotifer Adineta vaga. Nature. 500 (7463), 453-457 (2013).
- Dunn, C. W., et al. Broad phylogenomic sampling improves resolution of the animal tree of life. Nature. 452 (7188), 745-749 (2008).
- Yoshinaga, T., Kaneko, G., Kinoshita, S., Tsukamoto, K., Watabe, S. The molecular mechanisms of life history alterations in a rotifer: a novel approach in population dynamics. Comp. Biochem. Physiol. B Biochem. Mol. Biol. 136 (4), 715-722 (2003).
- Dahms, H. -. U., Hagiwara, A., Lee, J. -. S. Ecotoxicology, ecophysiology, and mechanistic studies with rotifers. Aquat. Toxicol. 101 (1), 1-12 (2011).
- Snell, T. W. Rotifers as models for the biology of aging. Int. Rev. Hydrobiol. 99 (1-2), 84-95 (2014).
- Snell, T. W., Johnston, R. K., Gribble, K. E., Mark Welch, D. B. Rotifers as experimental tools for investigating aging. Invertebr. Reprod. Dev. 59, 5-10 (2015).
- Kaneko, G., et al. Molecular characterization of Mn-superoxide dismutase and gene expression studies in dietary restricted Brachionus plicatilis rotifers. Hydrobiologia. 546, 117-123 (2005).
- Yoshinaga, T., et al. Insulin-like growth factor signaling pathway involved in regulating longevity of rotifers. Hydrobiologia. 546, 347-352 (2005).
- Ozaki, Y., Kaneko, G., Yanagawa, Y., Watabe, S. Calorie restriction in the rotifer Brachionus plicatilis enhances hypoxia tolerance in association with the increased mRNA levels of glycolytic enzymes. Hydrobiologia. 649 (1), 267-277 (2010).
- Kailasam, M., et al. Effects of calorie restriction on the expression of manganese superoxide dismutase and catalase under oxidative stress conditions in the rotifer Brachionus plicatilis. Fish. Sci. 77 (3), 403-409 (2011).
- Garcìa-Garcìa, G., Sarma, S., Núñez-Orti, A. R., Nandini, S. Effects of the mixture of two endocrine disruptors (ethinylestradiol and levonorgestrel) on selected ecological endpoints of Anuraeopsis fissa and Brachionus calyciflorus (Rotifera). Int. Rev. Hydrobiol. 99 (1-2), 166-172 (2014).
- Yang, J., Mu, Y., Dong, S., Jiang, Q., Yang, J. Changes in the expression of four heat shock proteins during the aging process in Brachionus calyciflorus (rotifera). Cell Stress Chaperones. 19 (1), 33-52 (2014).
- Han, J., et al. Sublethal gamma irradiation affects reproductive impairment and elevates antioxidant enzyme and DNA repair activities in the monogonont rotifer Brachionus koreanus. Aquat. Toxicol. 155, 101-109 (2014).
- Gribble, K. E., Jarvis, G., Bock, M., Mark Welch, D. B. Maternal caloric restriction partially rescues the deleterious effects of advanced maternal age on offspring. Aging Cell. 13 (4), 623-630 (2014).
- Yoshinaga, T., Hagiwara, A., Tsukamoto, K. Effect of periodical starvation on the survival of offspring in the rotifer Brachionus plicatilis. Fish. Sci. 67 (2), 373-374 (2001).
- Kaneko, G., et al. Calorie restriction-induced maternal longevity is transmitted to their daughters in a rotifer. Funct. Ecol. 25 (1), 209-216 (2011).
- Lansing, A. I. A transmissible, cumulative, and reversible factor in aging. J. Gerontol. 2 (3), 228-239 (1947).
- Yoshinaga, T., Hagiwara, A., Tsukamoto, K. Effect of periodical starvation on the life history of Brachionus plicatilis O. F. Müller (Rotifera): a possible strategy for population stability. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 253 (2), 253-260 (2000).
- Gribble, K. E., Kaido, O., Jarvis, G., Mark Welch, D. B. Patterns of intraspecific variability in the response to caloric restriction. Exp. Gerontol. 51, 28-37 (2014).
- Snell, T. W., Johnston, R. K. Glycerol extends lifespan of Brachionus manjavacas (Rotifera) and protects against stressors. Exp. Gerontol. 57, 47-56 (2014).
- Kim, H. -. J., Hagiwara, A. Effect of female aging on the morphology and hatchability of resting eggs in the rotifer Brachionus plicatilis Müller. Hydrobiologia. 662 (1), 107-111 (2011).
- Kim, H. -. J., et al. Light-dependent transcriptional events during resting egg hatching of the rotifer Brachionus manjavacas. Mar. Genomics. 20, 25-31 (2015).
- Gribble, K. E., Welch, D. B. M. Life-span extension by caloric restriction is determined by type and level of food reduction and by reproductive mode in Brachionus manjavacas (Rotifera). J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 68 (4), 349-358 (2013).
- Kaneko, G., Kinoshita, S., Yoshinaga, T., Tsukamoto, K., Watabe, S. Changes in expression patterns of stress protein genes during population growth of the rotifer Brachionus plicatilis. Fish. Sci. 68 (6), 1317-1323 (2002).
- Kim, H. J., Sawada, C., Hagiwara, A. Behavior and reproduction of the rotifer Brachionus plicatilis species complex under different light wavelengths and intensities. Int. Rev. Hydrobiol. 99 (1-2), 151-156 (2014).
- Yoshinaga, T., Hagiwara, A., Tsukamoto, K. Effect of conditioned media on the asexual reproduction of the monogonont rotifer Brachionus plicatilis O. F. Müller. Hydrobiologia. 412, 103-110 (1999).
- Ohmori, F., Kaneko, G., Saito, T., Watabe, S. A novel growth-promoting protein in the conditioned media from the rotifer Brachionus plicatilis at an early exponential growth phase. Hydrobiologia. 667 (1), 101-117 (2011).
- Collet, D. . Modelling Survival Data in Medical Research. , 151-193 (1993).
- Bouliotis, G., Billingham, L. Crossing survival curves: alternatives to the log-rank test. Trials. 12, A137 (2011).
- Yang, J., et al. Changes in expression of manganese superoxide dismutase, copper and zinc superoxide dismutase and catalase in Brachionus calyciflorus during the aging process. PloS ONE. 8 (2), e57186 (2013).
- Snell, T. W., Johnston, R. K., Rabeneck, B., Zipperer, C., Teat, S. Joint inhibition of TOR and JNK pathways interacts to extend the lifespan of Brachionus manjavacas (Rotifera). Exp. Gerontol. 52, 55-69 (2014).
- Klass, M. R. Aging in nematode Caenorhabditis-elegans – major biological and environmental-factors influencing life-span. Mech. Ageing Dev. 6 (6), 413-429 (1977).
- Priest, N. K., Mackowiak, B., Promislow, D. E. L. The role of parental age effects on the evolution of aging. Evolution. 56 (5), 927-935 (2002).
