Prueba de tolerancia a la nicotina en los áfidos El uso de un experimento de una dieta artificial
May 14th, 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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Visión general
Este estudio demuestra un experimento que evalúa la tolerancia de dos tipos de áfidos a la nicotina, centrándose en uno que infesta plantas de tabaco y otro que no. 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 herbivoridad.
- Diferentes linajes de áfidos exhiben diversos niveles de resistencia a la nicotina.
- Entender estas interacciones puede informar estrategias de manejo de plagas.
- La investigación se centra en el áfido verde del melón y su adaptación al tabaco cultivado.
Propósito del estudio
- Evaluar la toxicidad de la nicotina para diferentes linajes de áfidos.
- Investigar la hipótesis de que los áfidos adaptados al tabaco tienen mayor resistencia a la nicotina.
- Contribuir a la comprensión de los mecanismos de defensa de las plantas.
Métodos utilizados
- Configuración experimental para probar la tolerancia de los áfidos a la nicotina.
- Comparación de linajes de áfidos adaptados y no adaptados al tabaco.
- Evaluación de la supervivencia y el comportamiento de los áfidos en respuesta a la exposición a la nicotina.
- Análisis de la producción de metabolitos secundarios de las plantas.
Principales resultados
- Los áfidos adaptados al tabaco mostraron mayor tolerancia a la nicotina en comparación con los linajes no adaptados.
- Los niveles de nicotina afectaron las tasas de supervivencia de los áfidos de manera diferente entre los linajes.
- Se observó un aumento en la producción de nicotina en las plantas de tabaco en respuesta a la alimentación de los áfidos.
- Los hallazgos apoyan la hipótesis de resistencia adaptativa en los áfidos.
Conclusiones
- El estudio destaca el papel de la nicotina como 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
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.
