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Plant Mycotoxin Research, U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service
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Beck, J. J., Light, D. M., Gee, W. S. Electroantennographic Bioassay as a Screening Tool for Host Plant Volatiles. J. Vis. Exp. (63), e3931, doi:10.3791/3931 (2012).
植物挥发物发挥重要作用,在植物,昆虫相互作用。食草昆虫利用植物挥发物,如米蛾利他素,找到他们的寄主植物。1,2当寄主植物是一个重要农艺商品饲养害虫的损害,可以给种植者造成严重的经济损失。因此,米蛾利他素可以被用来作为这些昆虫引诱或混淆,因此,提供一个环境友好的替代杀虫剂控制昆虫的引诱。不幸的是,植物能发出不同的成分和比例的排放量取决于物候的一个巨大的数量挥发商品或一天的时间。这使得生物活性成分的鉴定或一个艰难的过程挥发性成分的混合物。为了帮助确定我们聘请的实验室为基础的筛选生物活性electroantennography(东亚运动会)的寄主植物挥发物的活性成分。东亚运动会是一个有效的工具来评估和recorð电生理通过他们的触角感受器的昆虫的嗅觉反应。东亚运动会的筛选过程,可以帮助减少一些测试,以确定有前途的生物活性成分的挥发。然而,东亚运动会的生物测定只提供有关受体激活的信息。它不提供有关昆虫行为的化合物引起的类型的信息,这可能是作为引诱剂,驱虫剂或其他类型的行为反应。挥发引出由东亚运动会上,相对适当的阳性对照显着的反应,通常采取进一步虫害的行为反应测试。实验设计将详细的方法来筛选基于杏仁寄主植物挥发物的触角电生理反应测量成人虫害肚脐orangeworm(Amyelois transitella)单部件和组件的简单混合物通过东亚运动会的生物活性4,5。该方法利用两个前cised天线置于整个一个“叉”的电极支架。这里展示的协议提出了一种快速,高通量筛选挥发物的标准化方法。每个波动是在一组,固定金额,以规范的刺激水平,从而使触角反应相对chemoreceptivity的指示。阴性对照,有助于消除粉扑残留溶剂和机械力的电生理反应。阳性对照组(在这种情况下苯乙酮)是一个单一的化合物,已引起了男性和女性的肚脐orangeworm(NOW)蛾的一致响应。一个的额外semiochemical标准,提供一致的响应,并用于生物活性的研究与男性现在蛾是(Z,Z)-11,13-hexdecadienal,从女性的生产性信息素醛组件。6-8
1。东亚运动会筛选检测寄主植物挥发物的制备
2。为筹备东亚运动会的生物活性昆虫触角
3。东亚运动会为单独的组件的议定书
4。东亚运动会的混合物或其他矩阵的分析为例(见表3)
5。代表结果
对于女性肚脐orangeworm的以下设置:2秒喷,10秒录音时间,10秒的窗口,和5 mV的规模。负偏差是典型的反应,但绝对值记录(如-3,400μV的偏转被记录为3400μV)。阳性对照的一个相对薄弱的准备响应将被丢弃。 图1提供了一个图形表示阳性对照由肚脐orangeworm的反应不佳。
例如,对于一个贫穷的控制效果,平均女性的触角,以苯乙酮的反应通常是CA。 2600μV( 图2),如果只准备了CA的响应。 1300μV的,它会被丢弃,另一对触角prepped。同样,男性平均响应(z Z)-11,13-hexadecadienal是典型地Ÿ3000μV的;任何回应,因此,低于1500μV的,通常被丢弃。
在每个实验的开始和结束时的阳性对照,也提供了信息触角条件。我们快速筛查遵循一个法则是,如果触角反应后控制(记录#12, 表2)粉扑或者低于75%的预控第一粉扑(记录#1 , 表2),或超过预控(纪录#2, 表2)实验不使用的数据分析,由于可能退化的准备( 图3) 第二粉扑。拇指的第一条规则的一个例子将记录#1 = 2,730μV和记录#12 = 1,680μV;和拇指的第二条规则,如果记录#2 = 2350μV和记录#12 = 1,680μV,在这些案件中的每个,准备和实验的结果将被丢弃。
一纠正EAG反应值作为衡量阳性对照的有代表性的例子如下。
| 运行# | 东亚运动会(μV峰) | 运行#2 | 东亚运动会(μV峰) | 运行#3 | 东亚运动会(μV峰) |
| ()CTRL | 2800 | ()CTRL | 2420 | ()CTRL | 3030 |
| CMPND一个 | 3000 | CMPND一个 | 2500 | CMPND一个 | 3440 |
| ( - )CTRL | 530 | ( - )CTRL | 755 | ( - )CTRL | 910 |
| CMPND乙 | 2400 | CMPND乙 | 2000 | CMPND乙 | 2560 |
| ()CTRL | 2770 | ()CTRL | 2400 | ()中心升 | 3020 |
对于N = 3的实验上面的值,阴性对照反应在每个实验中减去阴性对照基线触角机械粉扑和溶剂残留的假设下,从每个值。
| 运行#1 | 东亚运动会(μV峰) | 运行#2 | 东亚运动会(μV峰) | 运行#3 | 东亚运动会(μV峰) |
| ()CTRL | 2270 | ()CTRL | 1665 | ()CTRL | 2120 |
| CMPND一个 | 2470 | CMPND一个 | 1745 | CMPND一个 | 2530 |
| ( - )CTRL | 0 | ( - )CTRL | 0 | ( - )CTRL | 0 |
| CMPND乙 | 1870 | CMPND乙 | 1245 | CMPND乙 | 1650 |
| ()CTRL | 2240 | ()CTRL | 1645 | ()CTRL | 2110 |
每个实验的阳性对照,然后将平均和纠正1000μV的,并为修正至1000μV的比例。数据表(如Excel)可以很容易地操纵转换成可用的数据。
| 运行#1 | AVG(μV峰) | 运行#2 | AVG(μV峰) | 运行#3 | AVG(μV峰) |
| ()CTRL | 2255 | ()CTRL | 1655 | ()CTRL | 2115 |
| (+)CTRL形容词。 | 1000(0.443) | (+)CTRL形容词。 | 1000(0.604) | (+)CTRL形容词。 | 1000(0.473) |
校正比率乘以在每个实验中,化合物A和化合物B的值,然后调整。
| 运行#1 | ADJ。东亚运动会(μV峰) | 运行#2 | ADJ。东亚运动会(μV峰) | 运行#3 | ADJ。东亚运动会(μV峰) |
| CMPND一个 | 1094 | CMPND一个 | 1054 | CMPND一个 | 1197 |
| CMPND乙 | 828 | CMPND乙 | 752 | CMPND乙 | 780 |
平均每个化合物(手段),然后确定,然后进行评估与其他相关统计数据和测试化合物的EAG反应候选人作进一步调查。
| 复合 | 东亚运动会(μV峰) | 号运行N = |
| 一 | 1115 | 3 |
| 乙 | 787 | 3 |

图1代表男性的触角反应(1,180μV),预先控制(1 ST阳性对照噗)将被丢弃后,确保触角的由于贫困触角响应东亚运动会与凝胶有良好的接触。在底部窗口的蓝色条代表的挥发性的第二粉扑。 点击这里查看大图 。

第一噗会被认为是适当的预控。 点击这里查看大图 。

(1,680μV),女性的触角反应的控制后(去年为每个实验的阳性对照),将被视为穷人,触角退化(<75%1 日预控或暗示的代表东亚运动会< 图3。 第二预控粉扑值)。对于这个例子中,1 日预控粉扑是2,730μV至2 次,预控粉扑2350μV的。 点击这里查看大图 。


图5。小修改含有样品基质及相关挥发的船只,以张狂跨答transitella触角。

表1。 在S国际电联的挥发排放无敌的杏仁(2007年)和在不同的Autospike方案和较不敏感的配置决定EAG反应。

表2。形式记录个别挥发性成分的男性和女性的触角反应的例子。

表3。例如一个记录男性和女性的触角反应挥发性混合物和/或花束的形式。

表4。准备10毫升5毫克/毫升溶液两种不同比例的混纺的例子。

举例记录2 conse的形式表5。男性和女性的触角跨单一的挥发性成分cutive泡芙。
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作为一种生物活性,以确定目标昆虫的化学感受反应电位录音使用相当普遍,许多可以利用探测器从气相色谱(GC-EAD)的污水作为东亚运动会的研究在文献中发现。9,10的方法证明将提供等量的挥发性成分与自信分配的相对响应的高重复的快速筛选。 AutoSpike在Syntech软件程序是为筛选挥发好的方案,因为它是能够提供最大挠度从天线的幅度信号( 图1-3),这是我们这里提出的“筛选”的价值。此外,其他半利用先进的基本信息( 见图4),可以得到与AutoSpike根据配置设置和研究者希望从触角反应派生。 GcEAD或EagPro Syntech方案是应用程序ropriate,因为由此产生的痕迹提供了更大的触角去极化反应的时间,当然更先进的实验或熟悉电生理反应的科学家。
从寄主植物中发现的化合物的筛选过程之前,挥发物的正确识别是很重要的,并应遵循严格的协议。如果可能的话,两个GC列不同的极性(即DB-WAX和DB-1)应被用于最初的成分标识,通过保留指数(RIS, 见表1)匹配。最好的方法是每个挥发的身份验证与认证标准两列11。如果某些化合物的身份是不可能的,仍然可以达到澄清其生物活性的GC-EAD的使用12。然而复制的生物活性取决于挥发的收集方法可能会受到限制,分析物的量会不会是原因化合物的身份dily没有可用的内部标准,将不会立即知道,和混纺随后的测试将是不可能的。
如果妥善密封和冷藏,戊烷挥发的解决方案通常可以存放1周左右。如果含有装载的光盘密封滴管被放置在自封袋和冷藏,他们可以存储约24小时。然而,我们发现最好加载光盘上午东亚运动会的分析和妥善处置剩余的滴管在这一天结束。标准化喷剂量应确定每个虫种实验,如果没有现成的相关文献。
共混物的配方通常是一个艰苦的过程。这里显示的是一些比较简单的方法,虽然不全面,。鼓励研究人员正在做进一步阅读有关的各种技术。经过评估个别元件反应作者从寄主植物挥发物的ES已被执行,共混物的研究可以进行。一个例子是使用挥发物的筛选征求相对较高的响应。其他的例子是:13。排放相对量的组合,与相 对金额排序类化合物的相对响应,或挥发物候阶段或矩阵的各种状态(损坏与未损坏)的差异比例
共混物显示这些不同方法的简单组合。 1:1:1是在相对较高的反应初步筛选的基础大专院校的混合物,也代表着各阶层的化合物。蛇麻烯是一种倍半萜,2 - 十一酮是一种脂肪酸的分解产物,2 - 苯是一种苯环。这些化合物通常在工厂排放的挥发性物质的主要类别。 1:2:4的比例在第二混合集成检测杜挥发物的相对比率响的GC-MS分析。然而,采用固相微萃取和GC-MS只提供相对比例和更准确的出发点比建议类化合物的校正曲线结合使用GC-FID分析根据检测到的挥发。
叉电极东亚运动会技术是电生理实验中采用的更简单的方法之一。14鼓励读者超出此法的高级应用进行进一步的文学研究。此外, 易地矩阵筛选可以使用的方法证明,但利用小(60毫升)修改后的船只( 图5)含有植物部分(如杏仁)。当使用较大的容器(如120毫升的有盖容器专用适配器使用与东亚运动会河豚),建议增加流量,以确保适当的容器疏散。一个实验建议立即进行删除ð进行阳性对照,放置在容器中,以确保在必要的流速达到适当的刺激。使用两年的各个组成部分的第二个粉扑是绝对必要的泡芙是比较典型的0.5到1.0秒的顺序。但是,它让未来泡芙与集装箱挥发花束比较容易,因为这些通常需要较长的粉扑在较高的流速。我们的实验室中,利用两个粉扑,以比较单一的组件和/或混合反应,直接喷在小型船只使用的矩阵( 见图5)。这些小型船只上的两个第二粉扑确保完整的容器,设置适当的流量时疏散。
此外,收购第二个粉扑可以执行,但是第二粉扑是绝对必要的不挥发成分的量自筛选不再被保存在一个严格的标准(<强见表5)。然而,这些信息可能是有价值的任何后续的剂量-反应实验15低得多的反应可能表明低浓度的反应减弱,而一致的响应可能表明高反应的阈值附近的剂量。应当指出的是在14日至第二次吞云吐雾的反应的变化等生理解释,但信息并协助指导未来的实验。如果高通量也不是绝对关键的,每个组件的第二粉扑的使用信息。
如果处女雌蛾是有针对性的标本,现在可以在最后龄幼虫或蛹性别鉴定和分离16让女性出现在单独的容器发生。
规模的调整可能是必要的,如果它超出了目前的规模,以适应触角反应。东亚运动会的软件屏幕CA尺度列印协助确定每μV的反应多少毫米。其他昆虫的敏感性可能会有所不同。
证明该方法提供了一种简单易学,快速,可靠,高通量筛选协议的寄主植物挥发物的成分复杂,以减少挥发物的生物活性考虑。提供试样的触角是合适的,叉东亚运动会的方法允许大量的挥发性成分或混合组件,标准的反应比较快速评估。最终,评估活动在现场设置组件的组件或混合的生物活性,是最有效的方法。然而,实地考察往往是非常耗费时间和劳力费时,昂贵的,需要多个月,以获得正确的结果。
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笔者派拉蒙养殖公司,Suterra有限责任公司的关系公司与现有的合作研究和开发协议。
根据美国农业部CRIS软件项目5325-42000-037-00D与CRADA 58-3K95-7-1198和TFCA 58-5325-8-419的结果进行了这项研究。作者感谢Suterra的礼物(z,z)-11,13-hexadecadienal,希格比B.富有成效的讨论,提供技术援助和J.贝克。