显微课堂 | 线虫研究指南-针对线虫的相关工作

2026-04-14 10:20:56, 徕卡显微系统 徕卡显微系统(上海)贸易有限公司



利用显微镜推动发育生物学、细胞信号转导、衰老和神经科学与elegans(线虫)的发展

本指南概述了可以高效进行线虫研究的显微镜技术。线虫是一种广泛使用的模式生物,与人类有大约70%的基因同源性,是研究发育、神经科学、遗传学和衰老的理想生物。它的透明性和易培育性使其成为一个出色的遗传学模型系统。它可以进行高分辨率成像。主要的实验方法包括拣虫、转基因、荧光筛选、成像和记录。


显微镜和线虫研究


显微镜是研究线虫的必备工具。在这些步骤中都会用到它们:

1

“拣虫”:用金属挑针从琼脂平板上挑出虫子,转移到新的平板上进行培养或实验。

2

通过向线虫体内显微注射核酸进行转基因(基因改造)。

3

荧光筛选,鉴定表达转染荧光蛋白的转基因线虫。

4

在实验过程中对线虫(从胚胎到成虫的所有阶段)进行成像和记录。

这些任务通过体视显微镜、复合显微镜或共聚焦显微镜来完成。

来自秀丽隐杆线虫的细胞表达荧光蛋白SPD5-GFP(指示中心体标记,绿色)和Histon 2B-Cherry(指示细胞核,红色)。间期细胞中的两对中心体用白色箭头标出。该图像是经过ICC(即时计算去噪)和SVCC(小体积计算去噪)处理后的Z-stack的最大投影。


拣虫


要“挑选”具有适当表型或转基因的个体秀丽隐杆线虫,或将线虫从一个平板移到另一个平板,研究人员需要使用立体显微镜和一个末端带有金属尖端的小工具。


与拣虫有关的挑战有:

对比度不够好时,难以识别线虫的关键解剖细节。

长时间拣虫会造成用户疲劳。

用工具处理线虫时,显微镜物镜下没有足够的空间。

视野不够大时,找虫子很麻烦。


不过,徕卡显微镜具有以下优势,可以克服这些挑战:

配备各种对比方法的透射光底座可实现高光学对比度,从而观察到虫体细节。

采用人体工程学模块,用户安装舒适,减少劳累和疲劳。

物镜下方空间充足,工作距离可达122毫米。

视野更大,更容易发现线虫。

琼脂板上有很多秀丽隐杆线虫,就像在挑虫时可能会看到的那样。


显微注射转基因


秀丽隐杆线虫的转基因通常是通过核酸显微注射完成的。显微注射通常使用配有注射装置的倒置复合显微镜进行。


对线虫进行显微注射面临着一些挑战:

对比度不足,无法观察到线虫的精细解剖细节,而这正是进行适当靶向定位所必需的。

没有足够的空间使用微型注射器。

设置不稳定时振动太大。


为了克服这些挑战,用户可以利用徕卡显微镜提供的优势:

光学对比方法,如DIC(微分干涉对比)或IMC(集成调制对比),可清楚地看到注入线虫的位置。

抗震装置(防震装置)稳定可靠。

能够使用精确的操作器(Narishige或Eppendorf)进行微量注射。

表达GFP(绿色荧光蛋白)的转基因秀丽隐杆线虫。Thunder的图像由中南大学生命科学学院的L. Ma提供。


荧光筛选


要找到转基因成功的秀丽隐杆线虫,需要使用立体显微镜进行荧光筛选。


线虫荧光筛选存在一定的挑战:

荧光信号暗淡,难以观察荧光转基因。

老线虫虫和琼脂发出强烈的自发荧光。

由于视野较小,难以发现线虫,导致筛查时间延长。


使用徕卡显微镜可以通过以下方式克服这些筛选难题:

采用三光束技术的独立激发通道提高了信噪比,适用于体视显微镜。

使用专门设计的反射镜防止自发荧光,反射镜可与Leica透射光底座一起使用。

徕卡透射光底座提供大视场和多种对比方法。

一张成年雌雄同体秀丽隐杆线虫的Thunder拍摄的图像,展示了其性腺。该线虫用以下荧光染料进行了染色:DAPI(蓝色)指示细胞核,SP56(绿色)指示精子,RME-2(红色)指示卵母细胞,PGL-1(洋红色)指示RNA和蛋白质颗粒。图片由德国哈勒马丁路德大学的C. Eckmann提供。


成像和文件


在筛选和鉴定转基因秀丽隐杆线虫标本后,高分辨率成像和精确记录对实验数据分析至关重要。要实现这一目标,需要显微镜配备高质量的摄像头或探测器以及兼容的成像软件。


线虫成像和记录方面的主要挑战是:

由于光散射的原因,在对线虫更深处的结构成像时会出现焦外模糊的现象。

避免光和热对线虫造成伤害。

利用基因编码报告器观察活体线虫的暗淡荧光(包括延时成像)。


使用徕卡显微镜可以克服这些挑战。优势如下:

利用图像增强功能,将线虫深处的细节可视化。

使用高质量的光学元件、适当的照明光源和灵敏的相机/探测器,减少光照射,降低对线虫的伤害。

利用宽场显微镜和高灵敏度显微摄像机的良好单噪比,促进实时成像。

必要时,使用转盘、共聚焦或光片显微镜获取更高分辨率的三维图像。

研究秀丽隐杆线虫的神经系统:使用徕卡共聚焦显微镜拍摄的表达荧光蛋白CFP(青色)、GFP(绿色)、YFP(黄色)和DsRed(红色)的线虫图像。


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