Prueba de tolerancia a la nicotina en los áfidos El uso de un experimento de una dieta artificial
14 de mayo de 2008
En este video y ensayo se ha demostrado que las pruebas de la tolerancia de la nicotina a dos tipos de pulgones que infesta las plantas de tabaco en el campo y que no lo hace.
Las plantas pueden aumentar la producción de muchos metabolitos secundarios diferentes en respuesta a la alimentación de insectos. Una respuesta de las plantas de tabaco a la herbivoría que no están siendo atacadas por los insectos es aumentar la producción del alcaloide neurotóxico nicotina, utilizando nicotina. A modo de ejemplo, demostraré cómo poner en marcha un experimento para evaluar la toxicidad de los metabolitos secundarios de las plantas contra los pulgones.
Ciertos linajes de MiSiS persky, el pulgón verde del melocotonero se han adaptado para especializarse en el tabaco cultivado. Aquí planteamos la hipótesis de que estos linajes adaptados al tabaco tienen una mayor resistencia a la nicotina que los linajes no adaptativos. Hola, mi nombre es John Ramsey.
Soy estudiante de posgrado en el laboratorio de George Jander en el Instituto Bo Thompson para la Investigación de Plantas. Hoy os voy a enseñar un procedimiento para medir la toxicidad de los metabolitos de las plantas frente a los pulgones. Este procedimiento consiste en preparar una dieta artificial a la que la planta metabolito de interés.
En este caso, la nicotina se añade en diferentes concentraciones, enjaulando a los pulgones, de modo que se alimenten de esta dieta y contando los pulgones después de varios días para medir la supervivencia y la fecundidad en diferentes concentraciones de nicotina. Así que comencemos. Con el experimento.
Podemos criar pulgones con dietas artificiales, aprovechando su estilo de alimentación en el que insertan un estilo S especializado en la vasculatura de la planta y consumen una dieta de savia de flujo. Preparamos una dieta líquida similar a la que los encuentros A estaban alimentando de una planta que consiste en sacarosa y aminoácidos a esta solución. A continuación, añadimos concentraciones variables del metabolito de la planta.
Estamos interesados en determinar la toxicidad de, en este caso, la nicotina. En este experimento, cuatro pulgones adultos están encerrados en un pequeño vaso de plástico. Se alimentan de una dieta líquida pipeteada entre dos capas de biopelículas estiradas sobre la parte superior de la taza después de tres días.
La toxicidad alimentaria de las dietas que contienen diferentes concentraciones de nicotina se compara con las dietas de control mediante el recuento de pulgones adultos y larvales en cada taza. Ahora es el momento de preparar la dieta experimental. Tengo aquí una solución de sacarosa y 20 aminoácidos.
Los pulgones pueden sobrevivir y reproducirse normalmente con esta dieta durante al menos una semana. Ahora tengo alícuota esta dieta en un mililitro, Alec Watts que contiene concentraciones variantes de nicotina de cero a 500 micromolares en estos tubos fendor, luego se seleccionan cuatro pulgones rojos o verdes y se colocan en estas tazas experimentales. Se utiliza un pincel para levantar delicadamente los pulgones de la hoja y ponerlos en la taza experimental.
Al seleccionar pulgones, es importante elegir insectos del mismo tamaño y color general, pulgones más oscuros, como este, que pueden ser más viejos y no ser apropiados para este experimento. Luego estiraré la primera capa de phim sobre la parte superior de la taza para contener los pulgones. A continuación, alícuota 100 microlitros de la dieta líquida entre las dos capas de paraformas y luego estiraré la segunda capa de paraformas asegurándola alrededor de los bordes de la taza.
He pinchado estos agujeros de aire para asegurarme de que haya un buen flujo de aire a través del experimento, y pondré esta taza en este soporte de tubo y la colocaré en un estante en la sala de insectos bajo un largo período de fotos de día bajo luces. Así que aquí podemos ver los resultados de un experimento, que preparé hace tres días de la misma manera que el experimento que acabo de demostrar. Tengo una taza, cada uno de pulgones verdes y rojos en una dieta de nicotina de cero micromolares, 10 micromolares, 100 micromolares y 1000 micromolares o un milimolar.
Y se puede ver que para la dieta de control cero nicotina micromolar, tanto el pulgón rojo como el verde sobreviven y se reproducen. Asimismo, en la dieta de 10 micromolares, tenemos una gran cantidad de progenie de pulgón rojo. Todavía tenemos adultos verdes, pero no tienen mucha progenie.
Por lo tanto, pueden estar sintiendo los efectos de la nicotina, incluso en una concentración tan baja como 10 micromolares. Aquí no hay pulgones verdes adultos supervivientes en la dieta de nicotina de cien micromolares, pero los pulgones rojos sobreviven y se reproducen al mismo nivel que el control. Se puede ver en la dieta que contiene 1000 micromolares de nicotina.
Ni el pulgón verde ni el pulgón rojo son capaces de sobrevivir. Entonces, en base a esto, podemos considerar la posibilidad de que una de las adaptaciones que ha permitido que el linaje rojo MiSiS infeste el tabaco en el campo es una mayor capacidad para desintoxicar la nicotina. Acabamos de mostrarte cómo montar un experimento para utilizar dietas artificiales para medir la toxicidad de los metabolitos secundarios de las plantas frente a los pulgones.
Al organizar estos experimentos, es importante recordar elegir insectos que no solo sean del mismo tamaño y color, sino que también provengan de plantas en etapas de desarrollo similares. Así que eso es todo. Gracias por mirar y buena suerte con tus experimentos.
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Resumen
Este estudio demuestra un experimento que evalúa la tolerancia de dos tipos de áfidos a la nicotina, centrándose en uno que infesta las plantas de tabaco y otro que no lo hace. La investigación tiene como objetivo comprender los mecanismos adaptativos de los áfidos en respuesta a los metabolitos secundarios de las plantas.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Interacciones Planta-Insecto
- Adaptación Ecológica
- Metabolitos Secundarios
Antecedentes
- Las plantas de tabaco producen nicotina como defensa contra la herbivoría.
- Diferentes linajes de áfidos presentan niveles variables de resistencia a la nicotina.
- Comprender estas interacciones puede orientar las estrategias de manejo de plagas.
- La investigación se centra en el áfido verde del melocotonero y su adaptación al tabaco cultivado.
Objetivo del estudio
- Evaluar la toxicidad de la nicotina para diferentes linajes de áfidos.
- Investigar la hipótesis de que los áfidos adaptados al tabaco tienen una mayor resistencia a la nicotina.
- Contribuir al entendimiento de los mecanismos de defensa de las plantas.
Métodos Utilizados
- Configuración experimental para evaluar la tolerancia de áfidos a la nicotina.
- Comparación de linajes de áfidos adaptados y no adaptados al tabaco.
- Evaluación de la supervivencia y el comportamiento de áfidos frente a la exposición a la nicotina.
- Análisis de la producción de metabolitos secundarios en plantas.
Resultados principales
- Los áfidos adaptados al tabaco mostraron una mayor tolerancia a la nicotina en comparación con las linajes no adaptados.
- Los niveles de nicotina afectaron las tasas de supervivencia de los áfidos de manera diferente entre las linajes.
- Se observó un aumento en la producción de nicotina en las plantas de tabaco como respuesta a la alimentación de los áfidos.
- Los hallazgos respaldan la hipótesis de una resistencia adaptativa en los áfidos.
Conclusiones
- El estudio destaca el papel de la nicotina como un compuesto defensivo en las plantas de tabaco.
- Los mecanismos adaptativos en los áfidos pueden influir en las estrategias de manejo de plagas.
- Se necesita más investigación para explorar las implicaciones ecológicas de estas interacciones.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
El conocimiento de la adaptación de los insectos a los compuestos defensivos de las plantas contribuye a la validación de dianas en el descubrimiento de agroquímicos, al revelar los mecanismos de evolución de la resistencia. Este enfoque experimental apoya estrategias de cribado fenotípico para identificar compuestos con eficacia sostenida frente a poblaciones de plagas adaptativas. El modelo permite la reducción mecanicista de riesgos de moléculas candidatas mediante la evaluación de umbrales de tolerancia en sistemas biológicos relevantes.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Examina la hipótesis terapéutica al probar si la tolerancia a la nicotina es un rasgo adaptativo en insectos herbívoros.
- Valor operativo: Proporciona un sistema controlado para aislar variables genéticas o fisiológicas que contribuyen a fenotipos de resistencia.
- Valor predictivo: Permite evaluar la confianza del blanco mediante la medición de diferencias de supervivencia entre linajes de insectos bajo exposición definida al compuesto.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Listo para el ensayo: Establece un protocolo reproducible para cuantificar la respuesta del organismo a compuestos alcaloides mediante la puntuación de supervivencia.
- Resultado cuantitativo: Genera datos de respuesta a la dosis que permiten comparar los umbrales de tolerancia entre variantes biológicos.
- Escalabilidad: Permite la evaluación de mediana escala de bibliotecas de compuestos utilizando formulaciones estandarizadas de dieta artificial.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Sistema relevante para la enfermedad: Utiliza una línea de áfidos adaptada al tabaco como modelo para estudiar la evolución de la resistencia en las interacciones entre herbívoros y plantas.
- Continuidad traslacional: Conecta la identificación de mecanismos en fase de descubrimiento con fenotipos de adaptación relevantes para el campo.
- Decisiones ajustadas al riesgo: Orienta la priorización de compuestos según la probabilidad de resistencia en poblaciones objetivo de plagas.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
Este método se integra en los flujos de trabajo de descubrimiento temprano, donde la validación del blanco requiere la confirmación funcional de la actividad del compuesto en sistemas biológicos relevantes antes de la optimización del fármaco líder.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis sobre si la tolerancia observada se debe a la detoxificación metabólica o a la modificación del sitio diana.
- Selección: Proporciona métricas cuantitativas estandarizadas de supervivencia, esenciales para el avance de compuestos activos en programas de desarrollo de plaguicidas.
- Análisis: Permite la comparación estadística de las concentraciones letales 50 (LC50) o tasas de supervivencia entre cepas, con el fin de cuantificar las razones de resistencia.
- Investigación Traducional: Relaciona los hallazgos de laboratorio con la adaptación ecológica observada en poblaciones de campo de insectos expuestos a la nicotina.
- Reutilización Empresarial: Plataforma adaptable a otros sistemas planta-insecto para el perfilado de resistencia entre especies.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Reduce la ambigüedad mecanicista al vincular la resistencia fenotípica a adaptaciones genéticas o fisiológicas específicas.
- Valor operativo: Asegura la reproducibilidad del ensayo mediante la preparación estandarizada de la dieta y condiciones ambientales controladas.
- Valor estratégico: Mejora las decisiones de avance o no avance mediante la identificación temprana de factores de riesgo de resistencia en poblaciones diana.
- Impacto en la cartera: Permite el avance ajustado al riesgo al identificar compuestos con alto potencial de resistencia antes de realizar inversiones significativas.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en cría de insectos, formulación de dietas artificiales y manejo de alcaloides.
- Depende de cámaras de ambiente controlado para mantener temperaturas, humedad y ciclos de luz constantes.
- Necesita protocolos estandarizados para la genotipificación de áfidos o verificación de linajes, a fin de garantizar la reproducibilidad biológica.
- Implica consideraciones de seguridad en el manejo de nicotina debido a su toxicidad para los mamíferos.
- Está limitado por la especificidad del modelo a sistemas de insectos solanáceos; podría no ser generalizable a taxones no herbívoros o no adaptados.
