Dit protocol laat zien hoe de plantengastheer kan worden gebruikt om speekseleiwitten van leafhopper en plantaardige virale eiwitten te detecteren die worden vrijgegeven door leafhopper-vectoren.
Methodenartikel
Dit protocol laat zien hoe de plantengastheer kan worden gebruikt om speekseleiwitten van leafhopper en plantaardige virale eiwitten te detecteren die worden vrijgegeven door leafhopper-vectoren.
Insectenvectoren brengen horizontaal veel plantenvirussen van agrarisch belang over. Meer dan de helft van de plantenvirussen wordt overgedragen door hemipteraninsecten die piercing-zuigende monddelen hebben. Tijdens virale overdracht overbrugt het insectenspeeksel de virus-vector-gastheer omdat de speekselvectoren, virussen en de insecteneiwitten de immuunrespons van planten van insecten in plantengastheren activeren of onderdrukken. De identificatie en functionele analyses van speekseleiwitten worden een nieuw aandachtsgebied in het onderzoeksveld van arbovirus-gastheerinteracties. Dit protocol biedt een systeem om eiwitten in het speeksel van leafhoppers te detecteren met behulp van de plantengastheer. De leafhoppervector Nephotettix cincticeps besmet met het rijstdwergvirus (RDV) dient als voorbeeld. Het vitellogenine en het belangrijkste buitenste capside-eiwit P8 van RDV, gevectoreerd door het speeksel van N. cincticeps, kunnen tegelijkertijd worden gedetecteerd in de rijstplant waar N. cincticeps zich mee voedt . Deze methode is toepasbaar voor het testen van de speekseleiwitten die tijdelijk in de plantengastheer worden vastgehouden na insectenvoeding. Er wordt aangenomen dat dit detectiesysteem de studie van hemipteran-virus-plant of hemipteran-plant interacties ten goede zal komen.
De vector-host transmissiemodus van arbovirussen, een fundamenteel probleem, bevindt zich op de grens van de biologische wetenschap. Veel plantenvirussen van agrarisch belang worden horizontaal overgedragen door insectenvectoren1. Meer dan de helft van de plantenvirussen wordt overgebracht door hemipteran-insecten, waaronder bladluizen, witte vliegen, leafhoppers, planthoppers en trips. Deze insecten hebben verschillende kenmerken die hen in staat stellen om plantenvirussen efficiënt over te brengen1. Ze bezitten piercing-zuigende monddelen en voeden zich met het sap van floëem en xyleem, en scheiden hun speekselaf 1,2,3,4. Met de ontwikkeling en verbetering van technieken worden de identificatie en functionele analyses van speekselcomponenten een nieuwe focus van intensief onderzoek. De bekende speekseleiwitten in speeksel omvatten tal van enzymen, zoals pectinesterase, cellulase, peroxidase, alkalische fosfatase, polyfenoloxidase en sucrase, onder andere 5,6,7,8,9,10,11,12,13 . De eiwitten in speeksel omvatten ook elicitoren die de afweerreactie van de gastheer activeren, waardoor de prestaties van insecten veranderen, en effectoren die de afweer van de gastheer onderdrukken, wat de fitheid van insecten verbetert en componenten die pathologische reacties van de gastheer induceren14,15,16,17. Daarom zijn speekseleiwitten vitale materialen voor communicatie tussen insecten en gastheren. Tijdens de overdracht van virussen bevat het speeksel dat wordt afgescheiden door de speekselklieren van piercing-zuigende virulifere insecten ook virale eiwitten. Virale componenten gebruiken de stroom van speeksel om ze vrij te geven van het insect naar de gastheer van de plant. Daarom overbrugt het insectenspeeksel de virus-vector-gastheer tritrofe interactie. Het onderzoeken van de biologische functie van speekseleiwitten die worden uitgescheiden door virulifere insecten helpt om de relatie van virus-vector-gastheer te begrijpen.
Voor dierlijke virussen wordt gemeld dat het speeksel van muggen de overdracht en pathogeniciteit van westnijlvirus (WNV) en denguevirus (DENV) bemiddelt. Het speekseleiwit AaSG34 bevordert de replicatie en overdracht van het dengue-2-virus, terwijl het speekseleiwit AaVA-1 de overdracht van DENV- en Zika-virus (ZIKV) bevordert door autofagie18,19 te activeren. Het speekseleiwit D7 van muggen kan DENV-infectie in vitro en in vivo remmen via directe interactie met de DENV-virionen en recombinant DENV-enveloppe-eiwit20. In plantenvirussen induceert het begomovirus tomaat geelbladkrulvirus (TYLCV) het wittevliegspeekseleiwit Bsp9, dat de WRKY33-gemedieerde immuniteit van de plantengastheer onderdrukt, om de voorkeur en prestaties van witte vliegen te verhogen, waardoor uiteindelijk de overdracht van virussen21 toeneemt. Omdat studies naar de rol die speekseleiwitten van insecten spelen in plantengastheren zijn achtergebleven bij die van dierlijke gastheren, is een stabiel en betrouwbaar systeem om de speekseleiwitten in plantengastheren te detecteren dringend nodig.
Het plantenvirus dat bekend staat als rijstdwergvirus (RDV) wordt overgedragen door de leafhopper Nephotettix cincticeps (Hemiptera: Cicadellidae) met een hoge efficiëntie en op een aanhoudend vermeerderende manier22,23. RDV werd voor het eerst gemeld als overgedragen door een insectenvector en veroorzaakt een ernstige ziekte van rijst in Azië24,25. Het virion is icosaëdrisch en dubbellaags bolvormig en de buitenste laag bevat het P8 buitenste capsid-eiwit22. De circulatieve transmissieperiode van RDV in N. cincticeps is 14 dagen 26,27,28,29,30. Wanneer de RDV bij speekselklieren aankomt, worden virionen vrijgegeven in speeksel-opgeslagen holtes in de speekselklieren via een exocytose-achtig mechanisme23. De vitellogenine (Vg) is de voorloper van het dooiereiwit die essentieel is voor de ontwikkeling van eicellen bij vrouwelijke insecten31,32,33. De meeste insectensoorten hebben ten minste één Vg-transcript van 6-7 kb, dat codeert voor een voorlopereiwit van ongeveer 220 kDa. De eiwitvoorlopers van Vg kunnen meestal worden gesplitst in grote (140 tot 190 kDa) en kleine (<50 kDa) fragmenten voordat ze de eierstok18,19 binnendringen. Eerdere proteomische analyse onthulde de aanwezigheid van de peptiden afgeleid van Vg in het uitgescheiden speeksel van de leafhopper Recilia dorsalis, hoewel hun functie onbekend is (ongepubliceerde gegevens). Onlangs is gemeld dat Vg, dat oraal wordt uitgescheiden door planthoppers, functioneert als een effector om de afweer van planten te beschadigen34. Het is onbekend of de Vg van N. cincticeps ook met speekselstroom aan de plantengastheer kan worden vrijgegeven en vervolgens een rol in de plant kan spelen om de afweer van de plant te verstoren. Om aan te pakken of N. cincticeps speekseleiwitten, zoals Vg, gebruikt om de afweer van planten te remmen of te activeren, is de eerste stap het identificeren van eiwitten die tijdens het voeden aan de plant worden vrijgegeven. Het begrijpen van de methode om de speekseleiwitten in de plant te identificeren is mogelijk essentieel om de functie van speekseleiwitten en de interacties tussen Hemiptera en planten te verklaren.
In het hier gepresenteerde protocol wordt N. cincticeps als voorbeeld gebruikt om een methode te bieden om de aanwezigheid van speekseleiwitten in de plantengastheer te onderzoeken die door insectenvoeding worden geïntroduceerd. Het protocol beschrijft voornamelijk de verzameling en detectie van speekseleiwitten en is nuttig voor verder onderzoek op de meeste hemipterans.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De niet-virulifere volwassen leafhoppers werden verspreid in het Vector-borne Virus Research Center in Fujian Agriculture and Forestry University, China.
1. Niet-virulifere insectenkweek
2. Virusverwerving en het verzamelen van virulifere insecten
3. Verzameling van speekseleiwitten met behulp van een voederkooi
4. Reagensbereiding
5. Western blotting om het speeksel en virale eiwitten te detecteren
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Figuur 1 illustreert alle stappen in dit protocol: insectenkweek, virusverwerving, het verzamelen van speekseleiwitten via rijstvoeding en de western blot. De resultaten van de western blots toonden aan dat specifieke en verwachte banden van ongeveer 220 kDa werden waargenomen in de monsters van het voeden van rijst en speekselklieren van insecten op het membraan geïncubeerd met antilichamen tegen Vg. Daarentegen werd geen band waargenomen in het niet-voedende rijstmonster. Het resu...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het speeksel dat direct wordt uitgescheiden door de speekselklieren van de piercing-zuigende insecten speelt een cruciale rol omdat het de weefsels van de gastheer en de cross-kingdom biologische factoren van de gastheer voorverteert en ontgift in de gastheren 1,3,4. De cross-kingdom biologische factoren, waaronder elicitors, effectoren en klein RNA, zijn van cruciaal belang voor de communicatie tussen insecten en gastheer
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door subsidies van de National Natural Science Foundation of China (31772124 en 31972239) en Fujian Agriculture and Forestry University (Grant KSYLX014).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Reagents | |||
| Tris base | Roche | D609K69032 | Voor de bereiding van 5×Tris-glycine buffer en 10×TBS buffer |
| glycine | Sigma-Aldrich | WXBD0677V | Voor de bereiding van 5×Tris-glycine buffer |
| SDS | Sigma-Aldrich | SLCB4394 | Voor de bereiding van 5×Tris-glycine buffer |
| NaCl | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10019318 | Voor de bereiding van 10×TBS buffer |
| KCl | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10016318 | Voor de bereiding van 10×TBS buffer |
| ß-mercaptoethanol | Xiya Reagent | B14492 | Voor de bereiding van 4× proteïne monster buffer |
| bromofenolblauw | Sigma-Aldrich | SHBL3668 | Voor de bereiding van 4× proteïne monster buffer |
| glycerol | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10010618 | Voor de bereiding van 4× proteïne monster buffer |
| methanol | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10014118 | Voor de bereiding van transfer buffer |
| Tween 20 | Coolaber SCIENCE&TeCHNoLoGY | CT30111220 | Voor de bereiding van TBST |
| non-fat dry milk | Becton.Dickinso and company | 252038 | Voor membraan blokkering, antilichamen verdunning |
| goat anti-rabbit IgG | Sangon Biotech | D110058-0001 | Herkenning van de primaire antilichamen |
| ECL Western kit | ThermoFisher Scientific | 32209 | Chemiluminescerende substraat |
| nitrocellulose membraan | Pall Corporation | 25312915 | Voor proteïne transfer |
| Buffers en oplossingen | |||
| Buffer | Samenstelling | Opmerkingen/Beschrijving | |
| 5×Tris-glycine buffer | 15.1 g Tris base 94 g glycine 5 g SDS in 1 L steriele water | Stock oplossing | |
| 1×Tris-glycine buffer | 200 mL van 5×Tris-glycine buffer 800 mL steriele water | Werk oplossing, voor SDS-PAGE | |
| 10×Tris-buffered saline (TBS) buffer | 80 g NaCl 30 g Tris base 2 g KCl in 1 L steriele water | Stock oplossing | |
| TBS met Tween 20 (TBST) oplossing | 100 mL 10×TBS oplossing 3 mL Tween 20 900 mL steriele water | Werk oplossing | |
| 4× proteïne monster buffer | 8 g SDS 4 mL ß-mercaptoethanol 0.02 g bromofenolblauw 40 mL glycerol in 40 mL 0.1 M Tris-HCl (pH 6.8) | Voor proteïne extractie | |
| Transfer buffer | 800 mL Tris-glycine buffer 200 mL methanol | Voor proteïne transfer | |
| Instrumenten | |||
| Bromofenolblauw | Sigma-Aldrich | SHBL3668 | Voor de bereiding van 4x proteïne monster buffer |
| Constante temperatuur incubator | Ningbo Saifu Experimental Instrument Co., Ltd. | PRX-1200B | Voor het fokken van leafhoppers |
| Elektroforese | Tanon Science & Technology Co.,Ltd. | Tanon EP300 | Voor SDS-PAGE |
| Elektroforese overdracht kern module | BIO-RAD | 1703935 | Voor SDS-PAGE |
| glycerol | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10010618 | Voor de bereiding van 4x proteïne monster buffer |
| glycine | Sigma-Aldrich | WXBD0677V | Voor de bereiding van 5x Tris-glycine buffer |
| goat anti-rabbit IgG | Sangon Biotech | D110058-0001 | Herkenning van de primaire antilichamen |
| High-pass weefsel maal instrument | Shanghai Jingxin Industrial Development Co., Ltd. | JXFSIPRP-24 | Voor het malen van plantweefsels |
| KCl | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10016318 | Voor de bereiding van 10x TBS buffer |
| methanol | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10014118 | Voor de bereiding van transfer buffer |
| Mini natte warmte overdracht goot | BIO-RAD | 1703930 | Voor SDS-PAGE |
| NaCl | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10019318 | Voor de bereiding van 10x TBS buffer |
| nitrocellulose membraan | Pall Corporation | 25312915 | Voor proteïne transfer |
| non-fat dry milk | Becton.Dickinso and company | 252038 | Voor membraan blokkering, antilichamen verdunning |
| Pierce ECL Western kit | ThermoFisher Scientific | 32209 | Chemiluminescerende substraat |
| Proteïne kleur instrument | GE Healthcare bio-sciences AB | Amersham lmager 600 | Voor het detecteren van proteïnen |
| SDS | Sigma-Aldrich | SLCB4394 | Voor de bereiding van 5x Tris-glycine buffer |
| Tris base | Roche | D609K69032 | Voor de bereiding van 5x Tris-glycine buffer en 10×TBS buffer |
| Tween 20 | Coolaber SCIENCE&TeCHNoLoGY | CT30111220 | Voor de bereiding van TBST |
| Verticale plaat elektroforese tank | BIO-RAD | 1658001 | Voor SDS-PAGE |
| Waterbad | Shanghai Jinghong Experimental equipment Co., Ltd. | XMTD-8222 | Voor het koken van de proteïne monsters |
| β-mercaptoethanol | Xiya Reagent | B14492 | Voor de bereiding van 4x proteïne monster buffer |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen