EDGE CT: Development of a Molecular Toolkit for Integrative Organismal Research in the Microcrustacean Daphnia pulex

EDGE CT:开发用于微甲壳类水蚤综合有机体研究的分子工具包

基本信息

  • 批准号:
    1922914
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 180万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-12-01 至 2024-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project is designed to have substantial impact on the research community by providing a readily accessible molecular toolbox, methodologies, and working stocks for Daphnia biologists with little prior experience in this area. The tools to be developed will allow the investigator to focus on any gene, and then in relatively short order determine the molecular, cellular, developmental, and/or behavioral consequences of complete gene knockout or gene-sequence/expression modifications. In addition, tools will be developed to allow evaluation of the consequences of altering gene function in a small subset of tissues or for a limited time span. Most notably, strains will be engineered in ways that will greatly reduce the complexity of future work on gene functions, minimizing the need for injection of reagents, and ensuring permanent preservation of key stocks. In addition, a web browser to be developed will serve as a freely available platform through which investigators can query a very large data base on the genome-level molecular variation across the species, simplifying the design of future vectors for genetic transformation and gene-expression modification. Workshops will help disseminate the research methods and train potential users from ecology to molecular/cell/developmental biology. With the development of the proposed methods, we expect D. pulex to become established rapidly as a major model for the integrative understanding of organismal biology, from cellular and developmental function to phenotypic and ecological consequences. The broader impacts of the project will include the training of students, postdocs, and undergraduate researchers, workshops, and the dissemination of tools to the large Daphina research community.The goal of this project is to develop a set of molecular reagents and genetic stocks to transform the aquatic microcrustacean Daphnia pulex into a major model for the efficient study of the role of gene functions in establishing phenotypes. Methods will be developed for efficient knockouts of gene functions, modifications or replacements of DNA sequences, and establishment of tissue-specific expression. Specialized Daphnia strains will be developed with landing sites for efficient insertion of novel gene sequences and allowing germline- and tissue-specific expression of gene modifications. These constructs will be permanently maintained on constant genetic backgrounds. Because preliminary evidence exists that most of the individual steps required for these methods operate in Daphnia, the development of this platform for integrative biology has a high probability of success. In effect, by developing such tools, we (along with other members of the research community) hope to bridge the gap between molecular/cellular genetics and phenotypic variation associated with natural biodiversity. Many unique attributes make D. pulex exceptionally suited for this kind of work: a very short generation time; a transparent body; a substantial database on ecology and physiology; considerable morphological and behavioral plasticity; propagation of genotypes by clonal reproduction, combined with an ability to outcross; the ability to store resting eggs in a near maintenance-free manner for decades; and broad understanding of genome-wide sequence variation across the entire species. This project is designed to have substantial impact on the research community by providing a readily accessible molecular toolbox, methodologies, and working stocks for Daphnia biologists with little prior experience in this area. This award was co-funded by the EDGE program and the Behavioral Systems Cluster in the Division of Integrative Organismal Systems and the Division of Emerging Frontiers.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目旨在通过为在该领域缺乏经验的水蚤生物学家提供一个易于访问的分子工具箱、方法和工作库存,对研究界产生重大影响。待开发的工具将使研究者能够专注于任何基因,然后在相对较短的时间内确定完全基因敲除或基因序列/表达修饰的分子、细胞、发育和/或行为后果。此外,将开发工具来评估在一小部分组织或有限时间内改变基因功能的后果。最值得注意的是,菌株的设计方式将大大降低未来基因功能工作的复杂性,最大限度地减少注射试剂的需要,并确保关键库存的永久保存。此外,正在开发的网络浏览器将作为一个免费的平台,通过该平台,研究人员可以查询跨物种基因组水平分子变异的庞大数据库,简化未来遗传转化和基因表达修饰载体的设计。讲习班将有助于传播研究方法和培训从生态学到分子/细胞/发育生物学的潜在用户。随着所提出方法的发展,我们期望龙眼能够迅速成为综合理解生物生物学的主要模型,从细胞和发育功能到表型和生态后果。该项目的更广泛影响将包括培训学生、博士后和本科生研究人员、研讨会,以及向大型dapina研究社区传播工具。本项目的目标是开发一套分子试剂和遗传资源,将水蚤转化为有效研究基因功能在建立表型中的作用的主要模型。将开发有效敲除基因功能、修改或替换DNA序列以及建立组织特异性表达的方法。将开发具有着陆点的特殊水蚤菌株,以便有效地插入新的基因序列,并允许基因修饰的种系和组织特异性表达。这些结构将在恒定的遗传背景下永久保持。因为有初步证据表明,这些方法所需的大多数单独步骤都在水蚤身上起作用,所以这个整合生物学平台的开发有很高的成功可能性。实际上,通过开发这样的工具,我们(以及研究团体的其他成员)希望弥合与自然生物多样性相关的分子/细胞遗传学和表型变异之间的差距。许多独特的属性使D. pulex特别适合这种工作:非常短的世代时间;透明的物体;关于生态学和生理学的大量数据库;具有相当的形态和行为可塑性;通过无性繁殖繁殖基因型,结合异交能力;能够以近乎免维护的方式储存休眠卵子数十年;以及对整个物种的全基因组序列变异的广泛理解。该项目旨在通过为在该领域缺乏经验的水蚤生物学家提供一个易于访问的分子工具箱、方法和工作库存,对研究界产生重大影响。该奖项由EDGE项目、综合有机体系统部门的行为系统集群和新兴前沿部门共同资助。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The rapid, mass invasion of New Zealand by North American Daphnia pulex/pulicaria.
北美水蚤/黑蚤对新西兰的快速、大规模入侵。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Ye, Zhiqiang;williams, emily;zhao, chaoxian;Burns, Carolyn W.;Lynch, Michael
  • 通讯作者:
    Lynch, Michael
Genome-wide analysis of cadmium-induced, germline mutations in a long-term Daphnia pulex mutation-accumulation experiment over 1,123 generations.
在超过 1,123 代的长期水蚤突变累积实验中,对镉诱导的种系突变进行全基因组分析。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Glaholt, Stephen P;Young, Kimberly;Lynch, Michael;Shaw, Joseph R.
  • 通讯作者:
    Shaw, Joseph R.
An integrative protocol for one-step PCR amplicon library construction and accurate demultiplexing of pooled sequencing data
  • DOI:
    10.1007/s42995-023-00182-1
  • 发表时间:
    2023-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Jiahao Ni;Jiaoyi Pan;Yaohai Wang;Tianhao Chen;Xinshi Feng;Yichen Li-;Tongtong Lin;Michael Lynch;Hongan Long;Weiyi Li
  • 通讯作者:
    Jiahao Ni;Jiaoyi Pan;Yaohai Wang;Tianhao Chen;Xinshi Feng;Yichen Li-;Tongtong Lin;Michael Lynch;Hongan Long;Weiyi Li
Evolutionary Genomics of a Subdivided Species.
  • DOI:
    10.1093/molbev/msac152
  • 发表时间:
    2022-08-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.7
  • 作者:
    Maruki, Takahiro;Ye, Zhiqiang;Lynch, Michael
  • 通讯作者:
    Lynch, Michael
Genetic diversity, heteroplasmy, and recombination in mitochondrial genomes in Daphnia pulex, Daphnia pulicaria, and Daphnia obtusa.
溞、黑溞和钝溞线粒体基因组的遗传多样性、异质性和重组。
  • DOI:
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    2022
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    Ye, Zhiqiang;Zhao, Chaoxian;Raborn, R. Taylor;Lin, Man;Wei, Wen;Hao, Yue;Lynch, Michael;Crandall, Keith
  • 通讯作者:
    Crandall, Keith
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  • 作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 作者:
    Michael Lynch
  • 通讯作者:
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    1988-09
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  • 作者:
    Michael Lynch
  • 通讯作者:
    Michael Lynch
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  • 作者:
    Michael Lynch
  • 通讯作者:
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    10590419
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  • 资助金额:
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知道了