The Berg Lab

このガイドは、アリゾナ大学生化学・分子生物物理学科理科教師のための一般生物学プログラムより引用しています。 Drosophila Melanogaster and Mendelian Genetics, by Pete Geiger.

An Introduction to Drosophila melanogaster

Drosophila melanogasterは未熟な果物や腐った果物の近くでよく見られる小さなハエである。 遺伝学や行動学の研究に1世紀以上使われている。 1900年代初頭、トーマス・ハント・モーガンはショウジョウバエを研究する傑出した生物学者であった。 彼は性連鎖と遺伝子組み換えを最初に発見し、この小さなハエを遺伝子研究の最前線に位置づけた。 その小ささ、培養のしやすさ、世代数の短さから、遺伝学者はそれ以来ショウジョウバエを利用しています。

ミバエは野生から簡単に入手でき、多くの生物科学会社がさまざまな突然変異を保有しています。 さらにこれらの会社は、ハエの培養に必要なあらゆる装置を販売している。 費用は比較的安く、ほとんどの器具は毎年使用することができます。

なぜショウジョウバエを使うのか

教師はいくつかの理由で、高校の遺伝学研究にショウジョウバエを使うべきです：
1.
1.小型で扱いやすい。
2.麻酔をかけ、簡単な器具で個別に操作できる。
3.性的二型（雄と雌が異なる）なので、雌雄を区別するのが非常に簡単。
4.処女バエは成虫とは身体的に異なるので、遺伝子交配のための処女の雄と雌が簡単に手に入る。 ショウジョウバエは世代交代が早く（10-12日）、室温でもよく育つ。
6. ショウジョウバエの世話や培養には、ほとんど設備が必要なく、低コストで、大規模培養でも場所をとらない。

ショウジョウバエを使って、学生は以下のことを学ぶ。 メンデル遺伝学と形質遺伝を理解する
2. 得られたデータから遺伝パターンの結論を導き出す
3. D. melanogasterの野生集団を捕らえる罠を作る
4. 完全変態をする昆虫、D. melanogasterのライフサイクルを理解する
5. 捕獲した既知の野生型および突然変異型のハエの交配を構築する
6. ハエを操作し、性転換させ、簡潔な日記をつける技術を学ぶ
7. ハエを健康に保つ培養技術を学ぶ
8. 多くの科学実験は1、2回の実験セッションでは実施および終了できないことに気付く

これらのレッスンで扱う国家基準：
内容：
1. 生物は形質を特定するための一連の指示（遺伝）を必要とする
2. 遺伝情報は遺伝子にある
3. 形質の組み合わせは生物の特徴を表すことができる

Students goals:
1.[1]生物は形質を特定するための一連の指示（遺伝）を必要とする
4. 科学的調査の指針となる質問と概念を特定する＜4471＞2.科学的調査を設計し実施する＜4471＞3.論理と証拠を用いた科学的説明とモデルを策定し修正する＜4471＞4.科学的議論を伝え守る＜8776＞7705＞ショウジョウバエの遺伝はよく知られており、いくつかの公的ドメインのWebサイトには注釈が付けられた全ゲノムを掲載しています。 そのため、自分の突然変異がどこで起こるのかを知りたい先生や学生は、すぐに参照することができます。

ショウジョウバエは遺伝学で非常に広く使われているため、購入できる突然変異の種類も多くなっています。 また、世代数が短いため、他の動物種に比べて突然変異は比較的よく見られるので、注意深い学生であれば、自分で捕まえた野生培養物の中から突然変異を見つけることもできます。 真核生物
界。 動物界
門：節足動物門
綱：鱗翅目（りんしもく）。 昆虫綱
目 双翅目
科 ショウジョウバエ科
属名：Drosophilidae ショウジョウバエのライフサイクル
ショウジョウバエのライフサイクルは、卵、幼虫、サナギ、そして成虫になるまでの完全な変態です。 これは、よく知られているチョウの変態と同じである。

0日目：雌が産卵
1日目：卵が孵化
2日目：1齢（体長1日）
3日目：2齢（体長1日）
5日目：3齢・最終（体長2日）
7日目：幼虫が移動する段階へ入る。 産卵から120時間後に蛹化（サナギの形成）
11～12日目。 脱皮（成虫が蛹ケースから出る）

メスは脱皮後8～10時間で性成熟する

●ショウジョウバエの世代時間は温度によって変化する。 上記の周期は温度が約22℃の場合である。 より低い温度（18℃まで、または64°Fまで）で飼育したハエは、発育に約2倍の時間がかかります。
– メスは1日に100個まで卵を産むことができます。
– 処女メスは卵を産むことができますが、無精子で数も少なくなります。

卵が孵化すると、培地に小さな幼虫を見ることができるはずです。 培地が白い場合は、幼虫の頭の部分にある小さな黒い部分（口ばし）を探してみてください。 乾燥培地の中には、幼虫を識別しやすくするために青色になっているものもありますが、これは必須ではなく、少し根気よく練習すれば、幼虫は簡単に見ることができます。 また、幼虫は餌を食べるときに培地の表面を傷つけるので、表面だけを見て幼虫がいるかどうかを判断することができます。 ただし、実体顕微鏡で確認することをお勧めします。

Care, Maintenance and Manipulation of Drosophila

Introduction
教室にショウジョウバエを取り入れるには、交配や万が一のためのバックアップとして、ハエの培養液を維持する必要があります。 培養は非常に簡単で、生徒が自分でハエの培養を維持することをお勧めします。 この方法では、各生徒またはグループが、交配用の大規模な培養集団の作成など、ハエの世話と長期的な維持に直接責任を持つことになります。 直接的に関わることで、生徒はハエの要求や行動に対して熟練し、より深く理解することができます。 教師は講師ではなく、コーチとして学生のテクニックをサポートする必要があります。 前述のような予期せぬ事態が起こり、学生の培養液が枯渇したり混ざったりした場合に備えて、講師は学生が使用するすべての系統や突然変異体のストック培養液を維持する必要があります。
ボトルとバイアル
トーマス・ハント・モーガンは実験にガラスの牛乳瓶を使ったが、実際にはベビージャーや各種容器を含め、どんな容器でもよい。 しかし、培養や移し替えを容易にするためには、統一されたボトルやバイアルが最適である。 どちらも生物学用品店で購入することができる。 ボトルは主にハエの大規模な個体群の維持に使用し、培養バイアルは小規模な個体群の維持に便利で、学生の交配を構築する際に好ましい容器です。 長期間のストック培養を行う場合や、ボトルやバイアルを再利用する場合は、完全に洗浄・滅菌することが重要です。 これは害虫や病気の発生を防ぐためである。

ボトルやバイアルを洗浄するには、まず凍らせて中にいるハエを死滅させる。 食品を取り出し、よく洗ってから、オートクレーブ（121℃、15 psiで20分間。容器がプラスチックの場合は、オートクレーブできることを確認する）または10％の塩素漂白剤溶液で洗って滅菌します

ボトルやバイアルは、さまざまなサイズや素材のものを購入することができます。 ガラス製が効果的ですが、落とした場合、1回の流出で2週間分のデータを失う可能性があります。 オートクレーブ（滅菌）されたプラスチック製のバイアルがあり、学生が使用するのに適しています。 バイアルサイズは96mm×25mmからそれ以上のサイズまであるが、交配や小規模な培養の維持には小さいサイズを推奨する。 プラグは、柔らかい綿のものから発泡スチロールのものまで、さまざまなものがあります。
Where to buy supplies:
Carolina Biological Supply Company
FlyStuff.com, A division of Genesee Scientific
What they look like：

実体顕微鏡Drosophila vialDrosophila bottles

Fly food
Culture Vialsを準備する最初のステップは食餌培地を加えることである。 ハエ用の餌には様々な種類があり、調理が必要なもの、すでに調理され脱水された状態で購入できるものなどがある。 後者は生物学的供給会社から購入することができます。 もちろん、調理済みの培地を用意するよりもはるかに早く簡単で、学生が自分でバイアルに培地を入れることもできるほどです。 しかし、成虫と幼虫にとって唯一の水源であるため、最良の結果を得るためには、完全に水分を補給する必要があります。

脱水培地
乾燥培地をボトルまたはバイアルに約1/5から2/5の量まで加えます。 培地が完全に湿っているように見えるまで水を加えてください。 バイアルを数分間放置し、必要であれば培地が完全に湿るまで水を追加してください。 表面は湿っていて光沢があり、培地に隙間があってはならない。 培地が完全に水和していないと、活力ある培養物の生産が損なわれる。 培地の水分補給が完了してから、数分後にハエを加えることができます。

調理済み培地
調理済み培地を分注する際は、培養ビン、ボトル、バイアルに1/5から2/5程度を充填してください。 バイアルに野生のハエが産卵しないように布をかぶせ、一晩培地を出しておくと硬化する。 翌日、イーストとプラグを加える。 未使用の培地バイアルは冷蔵保存する。 調理済みの培地は、冷蔵庫で数週間保存できる。 ハエを加える前に、培地を室温に温める。
環境
ハエを育てる最も簡単な方法は、室温で行うことである。 しかし、最適な飼育条件は、温度25℃、湿度60%である。 この条件では、世代時間が短くなる（卵から成虫まで9～10日）。 設備が整っていない限り、ハエの飼育や交配を成功させるためには必要ない。 風通しがよく、直射日光や熱源が当たらないようにすることが望ましい。 これらは培地を急速に乾燥させるので、頻繁に培地を交換する必要があり、ハエを脱水させてしまう可能性がある。
ハエの麻酔
ミバエの問題は、飛ぶことである! そのため、さまざまな方法でハエを麻酔する方法が開発されてきた。 エーテル、フライナップなどの市販品、炭酸ガス、冷却などがある。 それぞれに一長一短がある。 エーテルは可燃性で強い臭いがあり、過剰に麻酔をかけるとハエを殺してしまいます（若い学生にも麻酔をかけることができます！）。 カロライナ・バイオロジカル社のフライナップは、面倒な上に、人によっては不快に感じる臭いがある。 しかし、いずれも簡単に購入できる安価な器具が必要です。 二酸化炭素は非常に効果的で、副作用なく長時間ハエを動けなくすることができるが、二酸化炭素マット（ブロック）は高価で、二酸化炭素源（通常ボトル）と供給システム（バイアルとクランプ）が必要で、コストが高くなる。 アルカセルツァーの錠剤から出る二酸化炭素を利用すれば、ハエを短時間で麻酔することができる。 大きな試験管にチューブとストッパーのシステムをセットする。 試験管の中に水を入れ、次にアルカセルツァーの錠剤を入れる。 炭酸ガスが出ます。

ハエへの害が少ないのは、炭酸ガス麻酔か冷却麻酔のどちらかです。 この2つの選択肢のうち、冷却が最も簡単で、冷凍庫と氷とシャーレがあればよい。
冷却によるハエの麻酔
ハエを無力化するために、培養瓶をフリーザーに入れ、ハエが動かなくなるまで（通常8～12分）待つ。 冷やした面にハエを捨てる。 これは、シャーレの上部を使い、砕いた氷を加え、その上にシャーレの下部を置くことで作ることができる。 このシステムにハエを入れると、各実験を行うのに十分な時間、ハエを冷やし続けることができる。 実験が終了したら、ハエを培養瓶に戻すだけです。 氷から離れると、ハエは比較的早く「目を覚ます」ので、冷やしたままにしておきます。 この方法には長期の副作用はありませんが、冷蔵庫に長く入れておくと、ハエが回復しなくなることがあります。 ジップロックタイプのフリーザーバッグに水を入れ、その上にシャーレを載せて冷凍庫に入れ、凍らせる方法もある。
バイアルから別のバイアルへのハエの移し替え
ハエは10日から14日ごとに移すこと。 学生は自分のハエのバックアップ培養を、講師はすべてのハエのストック培養のバックアップを維持する必要がある。 新しい培養物を形成する際のハエの移し替えには、基本的に2つの方法がある。 A) 培地がすでに添加されている新しい培養瓶の口に漏斗を入れる。 古いバイアル（ハエの入っている方）では、バイアルをマウスパッドなどの柔らかい表面に軽く叩きつけてハエを落とす。 ハエは底に落ち、数秒（それ以上ではありません！）そこに留まりますが、バイアルから素早く栓を外し、漏斗に反転させ、2つのバイアルを一緒に軽く叩いて、ハエを新しいバイアルに押し込むのに十分な時間です。
B) 別の方法として、ハエを冷凍庫に約8分間入れておくこともできます。 これは、ハエを昏睡状態に陥らせるものである。 新しいバイアルに漏斗をつけた後、動かないハエが入ったバイアルを漏斗の中に倒します。 これはあまり楽しいことではありませんが、教室をハエが飛び回ることはありません。
ハエの性行為
オスとメスを見分けるのはとても簡単で、少し練習すれば、生徒はその能力に自信を持つことができます。 オスは一般に小さく、腹部は黒っぽく丸みを帯びていることに注意してください。 腹部の色で見分けるのが一番簡単です。 また、オスの第1脚には足根の性櫛がある。 これは黒色で非常に特徴的だが、比較的高い倍率でなければ見ることができない。 少し練習すれば、腹部を見ることで正確にハエの性別を判断できるようになります。 ハエの性差は交配を行う際に非常に重要なので、生徒が自信を持って雌雄の違いを識別できるようにしましょう。 生徒が安心してハエの性別を判断できるようにするために、25匹以上の雌雄混合のハエを与えるか入手させ、ハエを雄と雌の2つの山に分類させる。 グループの他の生徒と講師が仕分けを確認する。
オスとメスの写真

雄の方が腹部が黒く、丸みを帯びていることに注意してください。
処女雌の採集
処女雌を雄と並べるのは簡単なことですが、処女を得るには時間がかかることを認識する必要があります。 メスが処女である期間は、閉鎖後8〜10時間程度であり、この時間内に回収する必要があります。 注：雌は一度の交配で精子を蓄える能力があるため、交配に使用する雌が処女でない場合、交配に使用する雄の遺伝子型がわからなくなります。 万が一、同定に失敗したり、交尾や産卵の前にハエが死んでしまった場合に備えて、処女を余分に入手しておくことを強くお勧めします。 強い培養環境では、複数の処女雌を容易に得ることができるはずです。 メスは処女のままでも卵を産むことができますが、不妊となり幼虫は生まれません。
除去法
採集の8〜10時間前にすべてのハエを除去する（一般に朝一番に行う）。 食品の表面を目視で確認し、ハエを完全に除去する。 8-10時間後（通常、退社前）、存在するすべての雌を回収する。 すべて処女である。 新しい培養瓶に入れ、2-3日待って幼虫を探します。 処女雌は卵を産むことができるが、無精子となる。 光周性に敏感なため、メスは早朝に食害する傾向がある。 そのため、早い時間に採集することで、実験に必要な処女を多く確保することができる。
視覚的方法
処女雌を見分けることができれば、培養瓶を適時に空にする必要がなくなり、学生は変な時間に教室に来なくても自分で採集できるようになる。 なお、処女雌は成熟雌よりはるかに大きく、成熟雌のような黒色を呈していない。
温度サイクル
温度サイクルを利用すると、午前中の採集で処女虫の数を最大にすることができる。 18℃の温度で培養すると、発育が遅くなるため、メスは囲い込んでから16時間後まで交尾しない。 午後/夕方にハエを取り出し、バイアルを18℃のインキュベーターに入れることで、午前中に得られたハエの98%が処女となる。
処女雌雄の写真:

ハエの交配
メスが処女と判断されたら、オスを追加します。 交配を行う場合、処女のメスとオスの比率は3:1が理想的である。 一般に、オスは成熟してから3日以上経過している方が効率よく交尾できる。 オスは必ず丈夫で健康なものを選び、ハエが古いと交尾の効率が悪くなります。 交尾はすぐに行われ、その行動は見ていて面白いのですが、ここでは取り上げません。 メスは交尾後すぐに受胎可能な卵を産み始めます。 F1幼虫の証拠については、ライフサイクルチャートを参照してください。 親とF1世代の区別がつかないことがあるので、十分な幼虫がいることが確認できたら（通常交配後7～8日）成虫を除去する。
Killing Flies: モルグ
これはハエを使うときに残念なことに必要なことです。 瓶やビーカーに石鹸水やミネラルオイルを入れておくのが一般的である。 麻酔をかけたハエを直接石鹸水や鉱物油の中に捨てて溺れさせる。 エタノールやイソプロパノールを入れた瓶（ビーカー、スクリューキャップ付き瓶）も死体置き場として使える。
遺伝子型は次のように書きます：

染色体
Chromosome or Chromosome / Chromosome

この一般的な命名法は、1つの染色体が上に、その相同染色体が下にあることを示し、減数分裂時に配偶子をもたらす際に染色体が見えるようにするものです。

遺伝子型を書くときは、一般にセミコロンで区切ります。

X染色体；II染色体；III染色体；IV染色体

野生型は「＋」またはWTで表記します

優性突然変異は大文字で表記します
例えば。

突然変異は、染色体とともに受け継がれる対立遺伝子（染色体上のある遺伝子座を占める遺伝子の代替形態）です。

ヘテロ接合体 – 相同染色体上の対応する遺伝子座に異なる対立遺伝子を持つ個体。

遺伝子型 – 生物が持つ遺伝子。

表現型 – 生物の観察できる属性。

F1 – 親世代、または子世代。
その他の優れたWebリソース：

Gerard Manningは、ショウジョウバエの遺伝学について簡単な紹介をしています。 A Primer on the Drosophila Model System by Karen G. Hales et al (2015).

Taking Stock of the Drosophila Research Ecosystem by David Bilder and Kenneth D. Irvine (2017).

などがある。