Tutaj prezentujemy protokół izolacji endosymbiontów z mączlika Bemisia tabaci poprzez preparację i filtrację. Po amplifikacji próbki DNA nadają się do późniejszego sekwencjonowania i badania mutualizmu między endosymbiontami a mączlikiem.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół izolacji endosymbiontów z mączlika Bemisia tabaci poprzez preparację i filtrację. Po amplifikacji próbki DNA nadają się do późniejszego sekwencjonowania i badania mutualizmu między endosymbiontami a mączlikiem.
Symbionty bakteryjne tworzą bliskie relacje ze swoimi gospodarzami i w większości przypadków dają im przewagę. Informacje genomiczne mają kluczowe znaczenie dla badania funkcji i ewolucji symbiontów bakteryjnych w ich gospodarzu. Ponieważ większość symbiontów nie może być hodowana in vitro, bardzo ważne są metody izolowania odpowiedniej ilości bakterii do sekwencjonowania genomu. U mączlika Bemisia tabaci zidentyfikowano szereg endosymbiontów i przewiduje się, że będą miały znaczenie w rozwoju i rozmnażaniu szkodników na wiele sposobów. Jednak mechanizm leżący u podstaw tych stowarzyszeń pozostaje w dużej mierze nieznany. Przeszkoda częściowo wynika z faktu, że endosymbionty mączlika, w większości ograniczone przez bakteriocyty, są trudne do oddzielenia od komórek gospodarza. Tutaj przedstawiamy krok po kroku protokół identyfikacji, ekstrakcji i oczyszczania endosymbiontów z mączlika B. tabaci, głównie poprzez rozbiór i filtrację. Próbki endosymbiontów przygotowane tą metodą, choć nadal stanowią mieszaninę różnych gatunków endosymbiontów, nadają się do późniejszego sekwencjonowania genomu i analizy możliwych ról endosymbiontów w B. tabaci. Metoda ta może być również stosowana do izolowania endosymbiontów od innych owadów.
Bakterie tworzące bliski symbiotyczny związek z krewnymi gospodarzami są szeroko rozpowszechnione u stawonogów1. Wykazano, że endosymbionty wpływają na aspekty gospodarzy, takie jak odżywianie, metabolizm, rozmnażanie, reakcje na stresy środowiskowe2,3,4 itd., na prawie każdym etapie rozwoju5. Jednak mechanizm leżący u podstaw tych stowarzyszeń nadal pozostaje w dużej mierze nieznany. Genomika ma priorytet i znaczenie przy badaniu potencjalnych funkcji i ról bakterii. Z sekwencji genomu można wywnioskować pewne podstawowe informacje, tj. status taksonomiczny genów, funkcjonalne geny, szlaki metaboliczne, systemy wydzielania, co rzuca światło na potencjalną rolę symbiontów w symbiozie. Wraz z rozwojem sekwencjonowania wysokoprzepustowego, ogromna liczba genomów bakteryjnych została zsekwencjonowana z różnymi funkcjami ujawnionymi6.
Endosymbionty mają kluczowe znaczenie u pluskwiaków, takich jak mszyce7, pluskwy8, psyllids9, brązowe skoczki roślinne10 i cykady11. Na przykład wykazano, że Buchnera u mszyc, jako obowiązkowy symbiont, bierze udział w biosyntezie aminokwasów egzogennych, wraz z genami genomu mszyc12. Co więcej, ujawniono również regulację transkrypcji Buchnera13. U psyllidów Carsonella jest sekwencjonowana i klasyfikowana jako najmniejszy genom bakteryjny, jaki kiedykolwiek znaleziono14. Wszystkie te cechy endosymbiontów są oparte i wywnioskowane z sekwencji genomu. Ponieważ te endosymbionty nie mogą być hodowane in vitro, zastosowano kilka podejść w celu wyizolowania odpowiednich bakterii do sekwencjonowania. U mszyc endosymbionty są ekstrahowane poprzez wirowanie i filtrację, a następnie poddawane dalszej analizie genomowej i transkryptomicznej5. U skoczków brunatnych endosymbionty są sekwencjonowane wraz z całym genomem owada10.
Mączlik B. tabaci to kompleks gatunkowy zawierający ponad 35 morfologicznie nierozróżnialnych gatunków (gatunków tajemniczych), wśród których dwa gatunki inwazyjne zaatakowały cały świat i spowodowały ogromne szkody w produkcji rolnej15. Warto zauważyć, że endosymbionty z gatunku B. tabaci wykazały znaczenie w rozwoju szkodników16. Do tej pory u mączlika zidentyfikowano osiem endosymbiontów, w tym symbiont obligatoryjny, Candidatus Portiera aleyrodidarum, oraz siedem symbiontów drugorzędowych Hamiltonella, Rickettsia, Arsenophonus, Cardinium, Wolbachia, Fritschea i Hemipteriphilus defin17,18.
W przeciwieństwie do opisanych wcześniej pluskwiaków, mączlik B. tabaci jest niezwykle małym owadem o długości zaledwie 1 mm. Większość endosymbiontów jest ograniczona do bakteriocytów19 (wyspecjalizowane komórki zawierające symbionty, które dalej tworzą bakteriomę w B. tabaci). Ponadto tych endosymbiontów nie można hodować in vitro. Jedynym sposobem na uzyskanie endosymbiontów z B. tabaci jest wypreparowanie bakteriomu. Istnieje jednak trudność w sekcji. Po pierwsze, delikatna bakterioma zawsze łączy się z innymi tkankami mączlika, które są trudne do oddzielenia. Po drugie, niewielki rozmiar mączlika ogranicza izolację wystarczającej ilości bakteriomu. Po trzecie, endosymbionty skupiają się w bakteriomie, co sprawia, że uzyskanie jednego gatunku bakterii jest niezwykle skomplikowane.
Tutaj przedstawiamy prosty i tani protokół izolowania endosymbiontów mączlików do późniejszego sekwencjonowania metagenomu. Poprzez preparację, oczyszczanie i amplifikację można uzyskać odpowiednie endosymbiontyczne DNA i potwierdzić gatunek bakterii. Opisany protokół może być podobnie stosowany u innych stawonogów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Hodowla mączlików i identyfikacja gatunków tajemniczych
2. Identyfikacja i lokalizacja endosymbiontów
3. Transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM)
4. Sekcja i oczyszczanie bakteriomu mączlika
5. Amplifikacja genomów endosymbiontów
6. Sekwencjonowanie metagenomu endosymbiont
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Gatunek Middle East Asia Minor 1 (MEAM1) kompleksu B. tabaci został tutaj wzięty jako przykład do opisu. Bawełna do hodowli mączlików i kilka etapów rozwojowych mączlików są pokazane na Rysunek 1 obejmuje roślinę bawełny, dorosłego mączlika i 1, 2 i 4 nimfę mączlika wstadium rozwojowym (nimfa w trzecim stadium wygląda podobnie do nimfyw czwartym stadium). Było oczywiste, że4-ta nimfa w...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ponieważ endosymbionty w mączlikach nie mogą być hodowane in vitro, sekcja i składanie bakteriocytów jest skutecznym sposobem na uzyskanie wystarczającej ilości materiału genetycznego endosymbiontów. Przed sekcją należy wyraźnie potwierdzić gatunki mączlika i endosymbionty, których to dotyczy. Mączlik B. tabaci jest kompleksem gatunkowym składającym się z ponad 35 morfologicznie nierozróżnialnych gatunków, a różne gatunki kryptyczne mogą zawierać różne endosymbionty. Portiera jest jednolicie ho...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Wsparcie finansowe dla tego badania zostało zapewnione przez National Key Research and Development Program (2016YFC1200601) oraz National Natural Science Foundation of China (31390421).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Taq< / em> Polimeraza DNA | Takara | R001A | , w tym rTaq, 10 i razy; Zestaw do ekstrakcji DNA w postaci buforu i żelu dNTP |
| Qiagen | 28704 | ||
| System sekwencjonowania próbek DNA | ABI | ABI-3730XL | |
| Mikrotom | Leica | EM UC7 | |
| Transmisyjna mikroskopia elektronowa | Hitachi | H-7650 TEM | |
| Mikroskop stereoskopowy | Zeiss | Stemi 2000-C | |
| 20 μ L mikroładowarka | Eppendorf | F2771951 | |
| Uchwyt filtra | Millipore | SX0001300 | |
| Filtr membranowy | Millipore | SMWP001300 | 5.0 μ m SMWP |
| REPLI-g UltraFast Mini Kit | Qiagen | 150033 | do amlizacji DNA |
| NanoDrop | Thermo Scientific | NanoDrop 2000 | |
| Fluorometr kubitowy | Thermo Fisher Scientific | Q33216 | |
| Sekwencer genomu | Illumina | Hiseq 2000 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie