使用人工饲料实验测试蚜虫的尼古丁公差
May 14th, 2008
在这个视频和检测表明，测试两种类型的蚜虫之一，在外地和一个不infests烟草的尼古丁耐受。
植物可能会上调许多不同次生代谢物的产生以响应昆虫的摄食。烟草植物对食草动物没有被昆虫攻击的一种反应是使用尼古丁增加神经毒性生物碱尼古丁的产生。例如，我将演示如何设置实验来评估植物次生代谢物对蚜虫的毒性。
绿桃蚜虫 MiSiS persky 的某些谱系已经适应了专门种植烟草。在这里，我们假设这些烟草适应谱系比非适应性谱系对尼古丁的耐药性更高。大家好，我是 John Ramsey。
我是 Bo Thompson 植物研究所 George Jander 实验室的研究生。今天，我将向您展示一种测量植物代谢物对蚜虫毒性的程序。该程序包括准备感兴趣的植物代谢物的人工饮食。
在这种情况下，以不同浓度添加尼古丁，将蚜虫关在笼子里，使它们以这种饮食为食，并在几天后计算蚜虫的数量，以测量不同浓度尼古丁的存活率和繁殖力。那么让我们开始吧。随着实验。
我们可以在人工饮食中饲养蚜虫，利用它们的喂养方式，它们将特殊的 S 型插入植物脉管系统并食用流液饮食。我们准备了一种流质饮食，类似于 A 遇到的流质饮食，以由蔗糖和氨基酸组成的植物为食。然后我们添加不同浓度的植物代谢物。
我们对测定尼古丁的毒性感兴趣，在本例中为尼古丁。在这个实验中，四只成年蚜虫被封闭在一个小塑料杯中。三天后，它们从液体饮食中吸取，吸管在杯子顶部的两层生物膜之间吸取。
通过计算每个杯子中的成虫和幼虫蚜虫，将含有不同浓度尼古丁的饮食的摄食毒性与对照饮食进行比较。现在是时候准备实验性饮食了。我这里有蔗糖和 20 种氨基酸的溶液。
蚜虫可以在这种饮食中存活和正常繁殖至少一周。现在我已经将这种饮食分装成一毫升，在这些芬多管中含有从 0 到 500 微摩尔的尼古丁浓度的 Alec Watts，然后选择红色或绿色的四只蚜虫并放入这些实验杯中。使用画笔巧妙地将蚜虫从叶子上取下并放入实验杯中。
选择蚜虫时，选择相同一般大小和颜色较深的蚜虫的昆虫很重要，例如这种昆虫可能更老，不适合本实验。然后，我将第一层 phim 拉伸到杯子顶部以容纳蚜虫。接下来，我将 100 微升流质饮食分装在两个副成型层之间，然后拉伸第二个副成型层，将其固定在杯子的边缘。
我戳了这些气孔，以确保整个实验中有良好的气流，我将这个杯子放在这个试管架上，放在昆虫室的架子上，在灯光下长时间拍照。因此，在这里，我们可以查看一个实验的结果，这是我三天前设置的，其方式与我刚刚演示的实验相同。我有一杯，绿色和红色蚜虫分别在零微摩尔、10 微摩尔、100 微摩尔和 1000 微摩尔或 1 毫摩尔尼古丁饮食中。
你可以看到，对于控制饮食零微摩尔尼古丁，红色和绿色蚜虫都在存活和繁殖。同样，在 10 微摩尔饮食中，我们有大量的红蚜虫后代。我们仍然有绿色的成虫，但它们的后代并不多。
因此，他们可能会感受到尼古丁的影响，即使是低至 10 微摩尔的浓度。在这里，在百微摩尔尼古丁饮食中没有存活的成年绿色蚜虫，但红色蚜虫在与对照相同的水平上存活和繁殖。您可以在含有 1000 微摩尔尼古丁的饮食中看到。
绿色和红色蚜虫都无法生存。因此，基于此，我们可以考虑允许红色 MiSiS 谱系在田间感染烟草的适应之一的可能性是增强的尼古丁解毒能力。我们刚刚向您展示了如何设置一个实验，使用人工饮食来测量植物次生代谢物对蚜虫的毒性。
在进行这些实验时，重要的是要记住选择不仅大小和颜色相同，而且来自处于相似发育阶段的植物的昆虫。就是这样。感谢您的观看，祝您的实验好运。
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概述
这项研究展示了一个实验，评估两种蚜虫对尼古丁的耐受性，重点关注一种侵染烟草植物的蚜虫和一种不侵染的蚜虫。该研究旨在了解蚜虫对植物次生代谢物的适应机制。
关键研究组成部分
科学领域
- 植物-昆虫相互作用
- 生态适应
- 次生代谢物
背景
- 烟草植物产生尼古丁作为对食草动物的防御。
- 不同蚜虫谱系对尼古丁表现出不同程度的抗性。
- 了解这些相互作用可以为害虫管理策略提供信息。
- 研究重点是绿色桃蚜及其对栽培烟草的适应。
研究目的
- 评估尼古丁对不同蚜虫谱系的毒性。
- 调查烟草适应型蚜虫对尼古丁具有更高抗性的假设。
- 为植物防御机制的理解做出贡献。
所用方法
- 实验设置以测试蚜虫对尼古丁的耐受性。
- 比较烟草适应型和非适应型蚜虫谱系。
- 评估蚜虫在尼古丁暴露下的生存和行为。
- 分析植物次生代谢物的产生。
主要结果
- 烟草适应型蚜虫比非适应型谱系对尼古丁表现出更高的耐受性。
- 尼古丁水平对不同谱系的蚜虫生存率影响不同。
- 在蚜虫取食的响应中，观察到烟草植物中尼古丁产量增加。
- 研究结果支持蚜虫适应性抗性的假设。
结论
- 该研究突出了尼古丁作为烟草植物防御化合物的作用。
- 蚜虫的适应机制可以影响害虫管理策略。
- 需要进一步研究来探索这些相互作用的生态影响。
常见问题
Executive Industry Relevance
Understanding insect adaptation to plant defensive compounds informs target validation in agrochemical discovery by revealing mechanisms of resistance evolution. This experimental approach supports phenotypic screening strategies for identifying compounds with sustained efficacy against adaptive pest populations. The model enables mechanistic de-risking of candidate molecules by assessing tolerance thresholds in relevant biological systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypothesis by testing whether nicotine tolerance is an adaptive trait in herbivorous insects.
- Operational Value: Provides a controlled system to isolate genetic or physiological variables contributing to resistance phenotypes.
- Predictive Value: Enables assessment of target confidence by measuring survival differentials across insect lineages under defined compound exposure.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Establishes a reproducible protocol for quantifying organismal response to alkaloid compounds via survival scoring.
- Quantitative Output: Generates dose-response data enabling comparison of tolerance thresholds between biological variants.
- Scalability: Supports medium-throughput evaluation of compound libraries using standardized artificial diet formulations.
Translational & Preclinical Research
- Disease-Relevant System: Uses tobacco-adapted aphid lineage as a model for resistance evolution in herbivore-plant interactions.
- Translational Continuity: Bridges discovery-phase mechanism identification with field-relevant adaptation phenotypes.
- Risk-Adjusted Decisions: Informs prioritization of compounds based on resistance liability in target pest populations.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within early discovery workflows where target validation requires functional confirmation of compound activity in relevant biological systems prior to lead optimization.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on whether observed tolerance stems from metabolic detoxification or target-site modification.
- Screening: Delivers standardized, quantitative survival metrics essential for hit-to-lead progression in pesticidal compound programs.
- Analytics: Enables statistical comparison of LC50 or survival rates between strains to quantify resistance ratios.
- Translational Research: Connects laboratory findings to ecological adaptation observed in field populations of nicotine-exposed insects.
- Enterprise Reuse: Platform adaptable to other plant-insect systems for cross-species resistance profiling.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by linking phenotypic resistance to specific genetic or physiological adaptations.
- Operational Value: Ensures assay reproducibility through standardized diet preparation and controlled environmental conditions.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by early identification of resistance liabilities in target populations.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted advancement by flagging compounds with high resistance potential before significant investment.
Implementation Considerations
- Requires expertise in insect rearing, artificial diet formulation, and alkaloid handling.
- Depends on controlled environment chambers for consistent temperature, humidity, and light cycles.
- Necessitates standardized protocols for aphid genotyping or lineage verification to ensure biological reproducibility.
- Involves safety considerations for nicotine handling due to its toxicity to mammals.
- Limited by the specificity of the model to solanaceous insect systems; may not generalize to non-herbivorous or non-adapted taxa.
