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Jun 12, 2023

초파리의 난 크기 측정을 위한 높은 처리량 방법

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3791(2023) 이 기사 인용 735 액세스 2 인용 4 Altmetric Metrics 세부 정보 생활사 특성은 다음을 포함한 곤충의 적합성을 나타내는 프록시로 사용됩니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3791(2023) 이 기사 인용

735 액세스

2 인용

4 알트메트릭

측정항목 세부정보

생활사 특성은 초파리를 포함한 곤충의 적합도를 나타내는 지표로 사용됩니다. 알 크기는 다양한 개체군에 걸쳐 유전적 변이가 있을 수 있는 적응력이 있고 생태학적으로 중요한 특성입니다. 그러나 난자 크기를 수동으로 측정하는 작업의 처리량이 적기 때문에 진화 생물학 및 집단 유전학에서 이 특성을 널리 사용하는 데 방해가 되었습니다. 우리는 대형 입자 유동 세포측정법(LPFC)을 사용하여 초파리 알 크기를 정확하고 높은 처리량으로 측정하는 방법을 확립했습니다. LPFC를 사용한 크기 추정은 정확하며 수동 측정과 높은 상관관계가 있습니다. 알 크기 측정은 높은 처리량(분당 평균 214개 알 측정)이며 특정 크기의 생존 가능한 알을 신속하게 분류할 수 있습니다(분당 평균 70개 알). LPFC에 의한 분류는 계란의 생존율을 감소시키지 않으므로 다운스트림 분석을 위해 계란을 분류하는 데 적합한 접근 방식입니다. 이 프로토콜은 대형 입자 유세포 분석기의 감지 가능한 크기 범위(10~1500μm) 내의 모든 유기체에 적용될 수 있습니다. 우리는 이 방법의 잠재적인 적용에 대해 논의하고 다른 유기체에 대한 프로토콜을 최적화하기 위한 권장 사항을 제공합니다.

알 크기는 발달 및 생태학적 압력에 대응하여 진화한 곤충의 중요한 특성입니다1. 알의 크기와 기타 생활사 특성(예: 생존, 장수, 암컷의 번식력)은 곤충의 적합성을 나타내는 지표입니다. Drosophila melanogaster에서 알 크기는 배아 생존력, 부화율, 배아 발달 등 다른 생활사 특성과 배아 전후 패턴화와 같은 형태학적 특징에 영향을 미칩니다3,4. 애벌레 밀집5 및 온도 영향과 같은 환경 요인 D. melanogaster 알 크기6,7,8. D. melanogaster 알 크기는 호주와 남아메리카에서 위도에 따라 증가하며7 이는 안정화 선택 하에서 적응 특성임을 시사합니다2. 초파리는 진화 생물학에서 가장 널리 사용되는 성 다세포 유기체 중 하나입니다. 이러한 인기는 부분적으로 Drosophila의 짧은 생성 시간과 실험실 조건에서의 유지 관리 용이성 때문입니다. Drosophila의 광범위한 사용에도 불구하고 난 크기 수동 측정의 낮은 처리량으로 인해 부분적으로 진화 및 인구 생물학 연구에서 난 크기는 거의 연구되지 않습니다.

전통적으로 알의 크기는 현미경이나 입체경2,7,8,9,10으로 볼 때 측정되었습니다. 또는 계란을 현미경으로 촬영하고 크기를 이미지에서 수동으로 측정합니다. 최근에는 물체의 크기를 자동으로 계산하기 위한 몇 가지 이미지 분석 도구가 개발되었습니다. 수동 측정에 의존하는 방법은 이미지를 촬영하기 전에 계란을 수동으로 옮기고 적절한 방향으로 배열해야 하기 때문에 시간이 많이 걸리고 지루합니다. 계란 크기를 수동으로 측정하는 것도 실험자의 편견으로 인해 오류가 발생하기 쉽습니다. 이미지 분석 파이프라인에서는 특정 색상과 밝기13를 사용하여 배경에 대해 표본을 촬영해야 합니다. 더욱이 수동 측정이나 이미지 분석 도구는 일반적으로 다운스트림 분석에 사용할 수 있는 생존 알의 복구를 보장할 수 없습니다.

유세포 분석을 사용하면 최대 200μm의 작은 물체를 빠르고 정확하게 분류하고 크기를 측정할 수 있습니다. 그러나 D. melanogaster 종 하위 그룹의 알의 평균 크기는 400~600μm4,5,8,9,10이며 이는 기존 유세포 분석기로 처리하기에는 너무 큽니다. 대형 입자 유동 세포 계측법(LPFC)의 출현으로 최대 1500μm의 살아있는 물체 측정이 가능해졌습니다. LPFC 시스템은 파괴적인 전단력을 방지하기 위해 기존 유세포 분석기에 비해 더 느린 유속과 더 낮은 압력에서 작동합니다. LPFC는 형광 표지 또는 형질전환 유기체(예: 선충의 알15, D. melanogaster16 및 Anopheles gambiae17, 산호 유충18)의 분석에 사용되었습니다. 비형광 라벨이 붙은 물체도 크기에 따라 LPFC에서 분석하고 분류할 수 있습니다. 그러나 형광 라벨링이 없으면 물체의 모양이 크기 추정의 정확성에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 애기장대 씨앗의 모양은 장형 회전 타원체 또는 심장형이므로 애기장대 씨앗의 크기 측정은 씨앗의 방향과 거의 독립적입니다. 그러나 초파리 알과 같이 편구형 또는 장형 타원체 모양을 가진 개체의 경우 예상 크기는 유세포 분석기의 개체 방향에 따라 달라질 수 있습니다. 물체의 크기는 물체가 축을 따라 방향이 지정된 경우에만 적절하게 측정되지만 물체가 축을 따라 통과하지 않으면 과소평가될 수 있습니다(그림 1A,B).