Opracowano protokoły do efektywnego przygotowania jednorodnych próbek przędziorków, inwazji eksperymentalnych roślin i oceny uszkodzeń roślin, wymaganych do badań interakcji roślina-szkodnik
.Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Opracowano protokoły do efektywnego przygotowania jednorodnych próbek przędziorków, inwazji eksperymentalnych roślin i oceny uszkodzeń roślin, wymaganych do badań interakcji roślina-szkodnik
.Przędziorek dwuplamisty, Tetranychus urticae, jest wszechobecnym polifagicznym stawonogiem roślinożercą, który żywi się niezwykle szerokim wachlarzem gatunków, z ponad 150 wartościami ekonomicznymi. Jest głównym szkodnikiem upraw szklarniowych, zwłaszcza psiankowatych i dyniowatych (np. pomidorów, bakłażanów, papryki, ogórków, cukinii) i roślin ozdobnych szklarniowych (np. róż, chryzantem, goździków), jednorocznych upraw polowych (takich jak kukurydza, bawełna, soja i buraki cukrowe) oraz w uprawach wieloletnich (lucerna, truskawki, winogrona, cytrusy i śliwki)1,2. Oprócz ekstremalnej polifagii, która czyni go ważnym szkodnikiem rolniczym, T. urticae ma tendencję do rozwijania odporności na szeroką gamę insektycydów i akarycydów, które są stosowane do jego zwalczania3-7.
T. urticae jest doskonałym organizmem doświadczalnym, ponieważ ma szybki cykl życia (7 dni w temperaturze 27 °C) i może być łatwo utrzymywany w dużym zagęszczeniu w laboratorium. Opracowano metody oznaczania ekspresji genów (w tym hybrydyzacji in situ i barwienia przeciwciał) oraz inaktywacji ekspresji endogennych genów przędziorków za pomocą interferencji RNA8-10. Ostatnio opisano sekwencję całego genomu T. urticae, co stworzyło okazję do rozwoju tego roślinożercy jako organizmu modelowego o równoważnych zasobach genomowych, które już istnieją w niektórych roślinach żywicielskich (Arabidopsis thaliana i pomidor Solanum lycopersicum)11. Łącznie te organizmy modelowe mogą dostarczyć informacji na temat molekularnych podstaw interakcji między roślinami a szkodnikami.
Tutaj opisana jest skuteczna metoda szybkiego i łatwego zbierania dużej liczby dorosłych samic roztoczy, ich zastosowania na eksperymentalnym żywicielu rośliny, oraz oceny uszkodzeń roślin spowodowanych żerowaniem przędziorków. Przedstawiony protokół umożliwia szybkie i efektywne pobranie setek osobników na każdym etapie rozwoju (jaja, larwy, nimfy, dorosłe samce i samice), które mogą być wykorzystane do późniejszej aplikacji eksperymentalnej.
Interakcja między roślinami a szkodnikami to temat o dużym znaczeniu naukowym i ekonomicznym. Historycznie badano go zarówno przy użyciu roślin uprawnych (takich jak pomidor), jak i rośliny modelowej, A. thaliana. W obu przypadkach podatność roślin na zwierzęta roślinożerne można zmierzyć albo bezpośrednio poprzez ocenę fenotypu rośliny po ataku roślinożerców, albo pośrednio poprzez ocenę wydajności agrofagów.
Bezpośrednie pomiary podatności roślin były wcześniej wykorzystywane dla wielu gatunków szkodników owadzich przy użyciu różnych metod. Na przykład roślinożerność larw lepidoptera mierzy się jako oszacowanie porcji tkanki roślinnej spożywanej przez Plutella xylostella (diamentowa) lub Trichoplusia ni (chwytacz kapusty) gołym okiem za pomocą siatki12. Istnieją również metody, które wykorzystują cyfrowe obrazowanie uszkodzeń liści z późniejszą ilościową analizą obrazu. Metody te zastosowano w badaniach interakcji A. thaliana z Frankliniella occidentalis (wciornastki zachodnie)13, Scaptomyza flava (drosophila kopiąca liście)14 i T. ni15.
Pośrednie pomiary podatności roślin są szeroko stosowane w badaniach interakcji między roślinami a szkodnikami. Na przykład podatność A. thaliana na mszycę brzoskwiniową Myzus persicae roślinożerną jest zwykle oceniana poprzez analizę płodności szkodników i opis ogólnej morfologii rośliny po interakcji16,17. Innym typowym pośrednim wskaźnikiem podatności A. thaliana na agrofaga jest ocena suchej lub mokrej masy roślinożercy. Parametr ten jest powszechnie stosowany do charakterystyki roślinożerności lepidotera, takich jak Pieris rapae (mały biały), P. xylostella lub T. ni w stadium larwalnym lub poczwarkowym15,17.
Przędziorki żywią się zawartością komórkową. Uszkodzenia wywołane przez roztocza są rozpoznawane jako zbiór chlorotycznych plam o kolorze od białego do bladozielonego. Podatność żywiciela rośliny na roślinożerność przędziorków była wcześniej oceniana albo pośrednio, poprzez analizę wydajności przędziorków w ciągu kilku dni po inwazji18,19, albo bezpośrednio przy użyciu ogólnej morfologii roślin kilka tygodni po inwazji18 lub przy użyciu cyfrowego obrazowania liści wystawionych na działanie roztoczy przez kilka dni z późniejszą automatyczną analizą obrazu19. Metody te były opracowywane i wykorzystywane do badań interakcji między roślinami pomidora a T. urticae i zazwyczaj wykorzystywały niewielką liczbę przędziorków (5-15 na zabieg), które zbierano z mieszanej populacji roztoczy i umieszczano na powierzchni liści za pomocą szczotki z miękkiego włosia. Jednak metody te nie nadają się do badań, w których konieczne jest zastosowanie większej liczby roztoczy. Ponadto, podczas gdy bezpośrednie przetwarzanie obrazów liści w oprogramowaniu do analizy obrazu, takim jak Adobe Photoshop (San Jose, CA) lub ImageJ20, może być wykorzystywane do analizy uszkodzeń pomidorów, protokoły te wymagają modyfikacji, aby można je było zastosować do liści, które mają większy współczynnik odbicia powierzchni lub są lekko zabarwione i mają dobrze widoczne trichomy (np. A. thaliana), które zakłócają automatyczną selekcję chlorotycznych plam oznaczających uszkodzenie rośliny. Co więcej, stadium rozwojowe przędziorków, które można łatwo wykorzystać poprzednimi metodami, jest ograniczone do najbardziej rozpowszechnionych i łatwych do zidentyfikowania dorosłych samic i wyklucza wykorzystanie innych etapów rozwojowych.
Pierwszym krytycznym krokiem w kierunku wysokoprzepustowej analizy interakcji roślina-przędziorek jest ustanowienie powtarzalnych, prostych i solidnych protokołów do walki z przędziorkami i wiarygodnej oceny wyników interakcji.
W tym filmie opisana jest skuteczna metoda szybkiego i łatwego zbierania dużej liczby dorosłych samic roztoczy, ich zastosowanie na eksperymentalnym żywicielu rośliny, oraz ocena szkód spowodowanych żerowaniem przędziorków. Przedstawiony protokół umożliwia szybkie i efektywne pobranie setek osobników na każdym etapie rozwoju (jaja, larwy, nimfy, dorosłe samce i samice), które mogą być wykorzystane do późniejszej aplikacji eksperymentalnej. Ponadto protokoły te można zastosować do dowolnej rośliny żywicielskiej roztoczy, ale są one wyraźnie wykazane w przypadku A. thaliana.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Utrzymanie populacji przędziorków
UWAGA: Przędziorki są hodowane na kalifornijskiej czerwonej fasoli (Phaseolus vulgaris).
2. Zbieranie dorosłych samic roztoczy
3. Inwazja roślin przez roztocza
UWAGA: Gdy dorosłe samice roztoczy wyzdrowieją, mogą być wykorzystane do infestacji roślin. Istnieją 2 metody stosowane do zarażania roślin doświadczalnych dorosłymi żeńskimi roztoczami: a) przy użyciu cienkiej szczotki (sekcja protokołu 3.1) i b) przy użyciu pompy lub przewodu próżniowego (sekcja protokołu 3.2).
4. Rejestrowanie i ocena szkód wyrządzonych roślinom
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wykorzystując od 20 do 30 zainfekowanych roślin fasoli, można zebrać około 2 000 dorosłych samic roztoczy za pomocą sit. Czas potrzebny na zainfekowanie 10 roślin przez 20 roztoczy na roślinę wynosi około 15 min w przypadku użycia pędzelka do przenoszenia roztoczy. Połączenia metod zbierania i aplikacji przedstawiono na Rysunku 2.
Niniejszy protokół pozwala na uzyskanie powtarzalnych wyników w zakresie uszkodzeń roślin, wykazując, że zebrane roztocza znajdują się w podobnym st...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten film pokazuje protokoły stosowane do izolowania i zarażania roślin dużą liczbą dorosłych żeńskich roztoczy. Chociaż przedstawiliśmy ten protokół przy użyciu A. thaliana, może on być stosowany w dowolnym systemie interakcji roślina-przędziorek, a obecnie jest z powodzeniem stosowany również na roślinach pomidorów i winorośli (Vitis vinifera). Protokół daje powtarzalne wyniki, wskazujące, że zebrane roztocza są w porównywalnym stanie fizjologicznym (ryc. 3).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ten projekt został sfinansowany przez Rząd Kanady poprzez Genome Canada i Ontario Genomics Institute (OGI-046) oraz Ontario Research Fund-Global Leadership in Genomics and Life Sciences GL2-01-035 (do M.G. i V.G.). T.V.L. jest adiunktem w Funduszu Badań Naukowych Flandrii (FWO).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Materiał roślinny: | |||
| kalifornijska czerwona fasola | Stokes, Thorold, ON, Kanada | 2 tygodnie, dobrze zaatakowana przędziorkami 2 lub 3 dni przed użyciem. Można stosować inne odmiany Phaseolus vulgaris. | |
| Chemikalia: | |||
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P9416 | 1% roztwór podstawowy jest przygotowany w celu uproszczenia porcjowania |
| Woda | W temperaturze pokojowej szok cieplny i zimny wpływa na przeżywalność i wydajność roztoczy | ||
| Inne materiały i sprzęt: | |||
| Plastikowa taca | |||
| Zestaw nożyczek | |||
| Zlewki | |||
| Ręczniki | |||
| Zestawy sit | Wyprodukowano we własnym zakresie | Dostępne są szczegółowe instrukcje | |
| Cienka szczoteczka | |||
| Pipety | |||
| Końcówki | 0,2 i 1 ml | ||
| Probówki wirówkowe 1,5 ml | |||
| Pompa | Pompa typu akwariowego z odwróconym przepływem powietrza. Można użyć linii próżniowej. Wymagany spadek ciśnienia wynosi ok. 2-4 psi | ||
| Skaner stereoskopowy | |||
| Epson | V30 | Każdy skaner płaski umożliwiający niezbędny stopień kontroli nad jakością skanowania. Do naszych eksperymentów używamy Epson V30. | |
| Komputer | systemem Windows lub OS X, który jest kompatybilny ze skanerem i oprogramowaniem Adobe Photoshop. | ||
| Oprogramowanie Adobe Photoshop | Adobe Systems Inc., San Jose, CA, USA | różne | Dowolna wersja z dołączonym narzędziem Histogram. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.