RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Данный протокол представляет собой оптимизированную систему биотестирования с отрывными листьями для оценки эффективности энтомопатогенных грибов (EPF) против партеногенетического насекомого горчичной тли (Lipaphis erysimi (Kalt.)). Метод описывает процесс сбора данных во время экспериментов с чашкой Петри, что позволяет исследователям последовательно измерять вирулентность EPF против горчичной тли и других партеногенетических насекомых.
Горчичная тля (L. erysimi) – вредитель, поражающий различные крестоцветные культуры и передающий вирусы растений. Для достижения экологически чистой борьбы с вредителями энтомопатогенные грибы (EPF) являются потенциальными микробными агентами для борьбы с этим вредителем. Поэтому перед полевым применением необходимо провести скрининг вирулентности изолятов EPF в условиях чашки Петри. Однако горчичная тля является партеногенетическим насекомым, что затрудняет запись данных во время экспериментов с чашкой Петри. Для решения этой проблемы была разработана модифицированная система для биопроб с отделившимися листьями, использующая микроопрыскиватель для инокуляции конидий на тлю и предотвращения утопления, облегчая сушку на воздухе после суспензии спор. Система поддерживала высокую относительную влажность на протяжении всего периода наблюдений, а листовой диск оставался свежим более десяти дней, что позволяло партеногенетического размножения тли. Для предотвращения наращивания потомства был реализован процесс ежедневного удаления с помощью малярной кисти. Этот протокол демонстрирует стабильную систему оценки вирулентности изолятов EPF против горчичной тли или других видов тли, что позволяет выбирать потенциальные изоляты для борьбы с тлей.
Горчичная тля (L. erysimi) является печально известным вредителем, который поражает различные крестоцветные культуры, нанося значительный экономический ущерб1. Несмотря на то, что для борьбы с нашествием тлей было рекомендовано несколько систематических инсектицидов, частое использование этих инсектицидов вызывает опасения по поводу устойчивости к пестицидам 2,3. Таким образом, с точки зрения экологически чистой борьбы с вредителями, энтомопатогенные грибы (EPF) могут служить подходящей альтернативной стратегией борьбы. EPF является насекомым-патогеном, способным заражать хозяев, проникая в их кутикулу, что делает его мощным средством для борьбы с тлей и другими насекомыми, сосущими растения4. Кроме того, EPF зарекомендовал себя как осуществимый и устойчивый метод борьбы с вредителями, обеспечивающий такие преимущества, как антагонизм патогенов растений и стимулирование роста растений5.
EPF может быть получен путем травли насекомых или выделен из трупов насекомых в полевых условиях 6,7. Однако перед дальнейшим применением грибковых изолятов необходим скрининг патогенности. Было проведено несколько исследований эффективности EPF против тли, которая является значительным вредителем сельскохозяйственных культур, способным нанести серьезный ущерб 8,9. Горчичная тля, среди различных видов тли, была проверена на восприимчивость к нескольким штаммам Beauveria spp., Metarhizium spp., Lecanicillium spp., Paecilomyces spp. и даже Alternaria, который в первую очередь известен как сапрофитный и патогенный гриб для растений, но показал некоторые летальные эффекты против горчичной тли10,11,12.
Для оценки эффективности EPF против тли в лабораторных условиях биопробы можно разделить на две основные части: инокуляционная камера и грибковая инокуляция. В настоящем протоколе описывается строительство инокуляционной камеры, в которой тля может поддерживаться с помощью различных методов, таких как вырезанный лист с черешком, обернутым влажным хлопком, вырезанный листовой диск с чашкой Петри, выстланный влажной фильтровальной бумагой, непосредственное обслуживание горшечных растений или вырезанный листовой диск, погруженный в водный агар в чашке Петри или контейнере10. 11,13. Распространенные методы инокуляции грибов включают опрыскивание конидий, погружение тли в суспензию конидий, погружение листьев в суспензию конидий и инокуляцию эндофитов растений11,14,15,16. Несмотря на то, что существуют различные методы инокуляции, биотесты должны имитировать условия применения в полевых условиях. Например, в случае с методом окунания листьев12,17 можно оценить эффективность EPF, но поскольку тля поражает пораженные грибком листья, спинная сторона тли, которая является предпочтительным местом проникновения, обычно не подвергается воздействию грибка.
Для оценки афидицидного действия EPF в лабораторных условиях в данном протоколе предлагается использовать метод отрывных листьев, описанный Yokomi и Gottwald18, с некоторыми модификациями с последующей инокуляцией конидий с помощью микрораспылителя. Этот метод поддерживает примерно 100% влажность в биопробирной камере не менее семи дней, не требуя дополнительного пополнения водой18,19. Кроме того, ограничение тлей одной поверхностью обеспечивает их подверженность опрыскиванию конидиями и облегчает наблюдения20. Однако тля может застрять на открытой поверхности агара при перемещении внутри инокуляционной камеры. Кроме того, регистрация данных в эксперименте в чашке Петри с горчичными тлями, которые являются партеногенетическими насекомыми, может быть сложной задачей из-за их быстрого развития и размножения. Трудно отличить привитых взрослых особей от их потомства без изъятия. Детали того, как действовать на этом этапе, редко упоминаются, и некоторые противоречивые факторы, такие как площадь потребления листьев, должны быть оптимизированы.
Этот протокол демонстрирует стабильную систему скрининга вирулентности изолятов EPF против горчичной тли, что позволяет выбирать потенциальные изоляты против различных видов тлей из обширной библиотеки EPF. Можно идентифицировать тлю, собранную в полевых условиях, и создать достаточную лабораторную популяцию горчичной тли для оценки афидицидного действия различных грибковых изолятов с использованием простой и осуществимой методологии с последовательными результатами. Тля развила многочисленные эволюционные механизмы в ответ на интенсивное и повторяющееся антропогенное давление на агроэкосистемы, что создает проблемы для продовольственной безопасности9. Таким образом, описанный метод может быть расширен для оценки потенциальных изолятов EPF против различных видов тлей.
ПРИМЕЧАНИЕ: Полная блок-схема показана на рисунке 1.
1. Сбор и уход за горчичной тлей
2. Молекулярная идентификация горчичной тли
ПРИМЕЧАНИЕ: Для подтверждения вида горчичной тли, собранной в полевых условиях, была проведена молекулярная идентификация с использованием двух молекулярных маркеров: последовательности, охарактеризованной амплифицированной областью (SCAR) на основе A05Le, разработанной Lu et al.21, и участка 1-й субъединицы цитохромоксидазы горчичной тли (COI) горчичной тли.
3. Приготовление энтомопатогенных грибов
ПРИМЕЧАНИЕ: EPF, использованный в данном исследовании, приведен в таблице 1.
4. Скрининг вирулентности против горчичной тли
5. Биотестирование отобранных изолятов EPF
ПРИМЕЧАНИЕ: Изоляты EPF, показавшие высокую вирулентность, которые были отобраны на этапе 4, были подвергнуты биотесту против горчичной тли с использованием четырех концентраций суспензий конидий (в диапазоне от 104 до 107 конидий/мл).
6. Статистический анализ
Представленная блок-схема иллюстрирует стабильное состояние горчичной тли от полевого сбора до скрининга вирулентности. Содержание тли от полевого сбора обеспечило стабильный рост колоний тлей при достаточной кормовой базе. Тля, собранная в полевых условиях, была подтверждена как горчичная тля с помощью молекулярных маркеров, включая размер ампликона ПЦР и секвенирование LeCO1. Скрининг вирулентности, проведенный с использованием метода отрывных листьев, показал стабильную выживаемость горчичной тли, при этом контрольная группа показала 85% выживаемости (рис. 4).
Во время скрининга вирулентности Cc-NCHU-213 продемонстрировал самую быструю способность убивать тлю, что привело к 50% и 90% смертей через 3 и 4,5 дня после инокуляции (d.p.i.) соответственно (рис. 4). Тем не менее, различные способности к уничтожению тли наблюдались среди пяти изолятов B. bassiana. Bb-NCHU-141, -143 и -153 демонстрировали медленную способность к уничтожению тли, со смертностью только 5% при 3 d.p.i., даже если исключить эффекты 0,03%-ного распыления Tween 80 или других летальных факторов (рис. 4). Таким образом, скорректированная формула смертности была использована для нормализации контрольной смертности. Большинство изолятов EPF против горчичной тли показали скорректированные показатели смертности выше 70% в течение 5 d.p.i., за исключением Pl-NCHU-152 (табл. 3). Среди этих изолятов EPF Bb-NCHU-286 продемонстрировал самый высокий уровень смертности – 100% (табл. 3). Кроме того, микоз EPF наблюдался на трупах горчичной тли, инфицированных Metarhizium spp., Beauveria spp., Purpureocillium lilacinum и Cordyceps cateniannulata во время скрининга вирулентности, что свидетельствует об эффективности этой системы (рис. 5).
По результатам скрининга вирулентности для биотестирования против горчичной тли были отобраны два изолята EPF, а именно Mb-NCHU-197 и Cc-NCHU-213, обладающие быстрой активностью по уничтожению насекомых (40% и 50% смертности при 3 d.p.i. соответственно). Результаты показали достоверно различающиеся скорректированные показатели смертности для Mb-NCHU-197 и Cc-NCHU-213 при 3 и 4 d.p.i. при посеве 107 конидий/мл (рис. 6). В анализе LT50 лечение 107 конидиями/мл Cc-NCHU-213 показало значительно меньшую продолжительность по сравнению с другими методами лечения (табл. 4). Кроме того, значение LC50 Cc-NCHU-213 (9,32 × 104) было ниже, чем у Mb-NCHU-213 (2,30 × 10 5), что указывает на то, что Cc-NCHU-213 обладает большей вирулентностью против горчичной тли (табл. 5).

Рисунок 1: Экспериментальная блок-схема скрининга вирулентности EPF против горчичной тли. (А) Создание системы разведения горчичной тли. (B) Подготовка EPF. (C) Грибковая инокуляция. (D) Статистический анализ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Электрофорез геномной ДНК горчичной тли, амплифицированной наборами праймеров A05Le и Le CO1. Электрофорез проводили на 1% агарозном геле. M = 100.н. ДНК-лестница; bp = пары оснований. Красной звездочкой обозначен изгиб цели амплификации ПЦР. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Различия между нимфой четвертого возраста и взрослой горчичной тлей . (А) Нимфа четвертого возраста. (Б) Взрослый. Голени задних ног нимфы четвертого возраста беловатые (отмечены красной стрелкой). Вновь появившаяся тля удалялась мелким верблюжьим кустарником во время тестов на вирулентность. Масштабная линейка = 1 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Тепловая карта смертности 13 изолятов EPF против горчичной тли методом отрывных листьев. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5: Наблюдение грибкового микоза 13 изолятов EPF. Mepe-NCHU-2 = Metarhizium pemphigi; Mp-NCHU-11 = Metarhizium pinghaense; Mb = Metarhizium baoshanense; Cc = Cordyceps cateniannulata; Ba = Beauveria australis; Bb = Beauveriabassiana; Pl = Purpureocillium lilacinum. Масштабная линейка = 1 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 6: Скорректированная смертность грибковых изолятов Mb-NCHU-197 и Cc-NCHU-213 против горчичной тли. Столбцы погрешности представляют собой стандартное отклонение (SD). Смертность от Mb-NCHU-197 и Cc-NCHU-213 в один и тот же момент времени с одинаковой концентрацией прививки сравнивали с помощью независимого t-критерия, и смертность, отмеченная звездочкой, достоверно отличалась (p < 0,05). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
| Изолировать | Вид | Хост или источник* | Местоположение |
| МП-НЧУ-2 | Метаризиум пемфиги (Metarhizium pemphigi) | почва | Илань |
| МЛ-НЧУ-9 | Metarhizium lepidiotae (Метаризиум лепидиота) | почва | Илань |
| МП-НЧУ-11 | Metarhizium pinghaense (Метаризиум пингаенсе) | почва | Илань |
| Ба-НЧУ-113 | Боверия австралийская (Beauveria australis) | почва | Тайчжун |
| ББ-НЧУ-141 | Боверия Бассиана (Beauveria bassiana) | Hypothenemus hampei (Гипотенемус хампей) | Цзяи |
| ББ-НЧУ-143 | Боверия Бассиана (Beauveria bassiana) | Hypothenemus hampei (Гипотенемус хампей) | Цзяи |
| ПЛ-НЧУ-152 | Пурпуроциллиум сиреневой (Purpureocillium lilacinum) | Тессаратома папиллоза | Цзяи |
| ББ-НЧУ-153 | Боверия Бассиана (Beauveria bassiana) | Rhynchophorus ferrugineus (Ринхофорус железистый) | Чунхуа |
| ББ-НЧУ-157 | Боверия Бассиана (Beauveria bassiana) | Rhynchophorus ferrugineus (Ринхофорус железистый) | Чунхуа |
| МБ-НЧУ-196 | Метаризиум баошаненсе (Metarhizium baoshanense) | почва | Тайчжун |
| МБ-НЧУ-197 | Метаризиум баошаненсе (Metarhizium baoshanense) | почва | Тайчжун |
| КК-НЧУ-213 | Кордицепс cateniannulata | почва | Тайчжун |
| ББ-НЧУ-286 | Боверия Бассиана (Beauveria bassiana) | Церамбициды (Cerambycidae) | Тайчжун |
Таблица 1: Изоляты EPF, использованные в данном исследовании.
| Название праймера | Последовательность (5' - 3') | Размер продукта (д..) | Ссылка |
| А05Ле | F-GGGTCTTGGATGGTGTGTGTGTG | 953 | Lu et al. [21] |
| R-AGGGGTCTTGTCGCCATTTT | |||
| ЛеСО1 | F-CTTTTCCCATGATCAATTTT | 593 | Данное исследование |
| Р-АЦГТАГТАААТГАГКААК |
Таблица 2: Пары праймеров, используемые для молекулярной идентификации горчичной тли.
| Изолировать | Вид | Скорректированная смертность (%) |
| МП-НЧУ-2 | Метаризиум пемфиги (Metarhizium pemphigi) | 76.47 |
| МЛ-НЧУ-9 | Metarhizium lepidiotae (Метаризиум лепидиота) | 82.35 |
| МП-НЧУ-11 | Metarhizium pinghaense (Метаризиум пингаенсе) | 76.47 |
| Ба-НЧУ-113 | Боверия австралийская (Beauveria australis) | 82.35 |
| ББ-НЧУ-141 | Боверия Бассиана (Beauveria bassiana) | 88.24 |
| ББ-НЧУ-143 | Боверия Бассиана (Beauveria bassiana) | 88.24 |
| ПЛ-НЧУ-152 | Пурпуроциллиум сиреневой (Purpureocillium lilacinum) | 35.29 |
| ББ-НЧУ-153 | Боверия Бассиана (Beauveria bassiana) | 82.35 |
| ББ-НЧУ-157 | Боверия Бассиана (Beauveria bassiana) | 88.24 |
| МБ-НЧУ-196 | Метаризиум баошаненсе (Metarhizium baoshanense) | 76.47 |
| МБ-НЧУ-197 | Метаризиум баошаненсе (Metarhizium baoshanense) | 88.24 |
| КК-НЧУ-213 | Кордицепс cateniannulata | 94.12 |
| ББ-НЧУ-286 | Боверия Бассиана (Beauveria bassiana) | 100.00 |
Таблица 3: Скорректированные показатели смертности 13 изолятов EPF против горчичной тли через 5 дней после инокуляции.
| Изолировать | Вид | Конк.(конидии/мл) | N* | LT50 (дней)† | Доверительные ограничения 95% | Уклон (SE) | X2 (df)‡ |
| МБ-НЧУ-197 | Метаризиум баошаненсе (Metarhizium baoshanense) | 104 | 60 | 3,816 А | 3.61–4.05 | 0.60 (0.05) | 15.64 (28) |
| 105 | 60 | 3.112 сд | 2.95–3.28 | 0.72 (0.05) | 14.61 (28) | ||
| 106 | 60 | 2.908 млрд | 2.76–3.06 | 0.85 (0.06) | 15.04 (28) | ||
| 107 | 60 | 2.549 С | 2.40–2.69 | 0.90 (0.06) | 24.31 (28) | ||
| КК-НЧУ-213 | Кордицепс cateniannulata | 104 | 60 | 3,948 А | 3.71–4.23 | 0.53 (0.05) | 8.81 (28) |
| 105 | 60 | 3.237 д. | 3.07–3.41 | 0.72 (0.05) | 22.86 (28) | ||
| 106 | 60 | 2.414 С | 2.28–2.54 | 1.08 (0.07) | 28.30 (28) | ||
| 107 | 60 | 2.132 в | 2.02–2.25 | 1.41 (0.10) | 28.96 (28) | ||
| *Количество наблюдаемых насекомых. | |||||||
| Значения †LT50, отмеченные разными буквами, считались существенно отличающимися, так как их 95%-ные доверительные границы не перекрывались. | |||||||
| ‡X2 — значение хи-квадрат в критерии пригодности Пирсона; df, степени свободы |
Таблица 4: Значения LT50 грибных изолятов Mb-NCHU-197 и Cc-NCHU-213 против горчичной тли при различных концентрациях конидий. *Количество наблюдаемых насекомых. Значения †LT50 , отмеченные разными буквами, считались существенно отличающимися, поскольку их 95% доверительные границы не перекрывались. ‡X2 — значение хи-квадрат в критерии пригодности Пирсона; df, степеней свободы.
| Изолировать | Вид | N* | LC50 (конидии/мл)† | Доверительные ограничения 95% | Slpoe (SE) | X2 (df)‡ |
| МБ-НЧУ-197 | Метаризиум баошаненсе (Metarhizium baoshanense) | 240 | 2.30 × 105 А | 8.63 × 104–5.70 × 105 | 0.43 (0.08) | 10.14 (10) |
| КК-НЧУ-213 | Кордицепс cateniannulata | 240 | 9,32 × 104 А | 4,97 × 104–1,62 × 105 | 0.76 (0.09) | 4.33 (10) |
| *Количество наблюдаемых насекомых. | ||||||
| Значения †LC50, отмеченные разными буквами, считались существенно отличающимися, так как их 95% доверительные границы не перекрывались. | ||||||
| ‡X2 — значение хи-квадрат в критерии пригодности Пирсона; df, степени свободы |
Таблица 5: Значения LC50 грибных изолятов Mb-NCHU-197 и Cc-NCHU-213 против горчичной тли. *Количество наблюдаемых насекомых. Значения †LC50 , отмеченные разными буквами, считались достоверно отличающимися, так как их 95% доверительные границы не перекрывались. ‡X2 — значение хи-квадрат в критерии пригодности Пирсона; df, степеней свободы.
Авторы заявляют, что в данной работе отсутствует конфликт интересов.
Данный протокол представляет собой оптимизированную систему биотестирования с отрывными листьями для оценки эффективности энтомопатогенных грибов (EPF) против партеногенетического насекомого горчичной тли (Lipaphis erysimi (Kalt.)). Метод описывает процесс сбора данных во время экспериментов с чашкой Петри, что позволяет исследователям последовательно измерять вирулентность EPF против горчичной тли и других партеногенетических насекомых.
Это исследование было поддержано 109-2313-B-005 -048 -MY3 Министерством науки и технологий (MOST).
| 10 μ L Петля инокуляции | NEST Scientific | 718201 | |
| 100.н. Лестница ДНК III | Geneaid | DL007 | |
| 2x SuperRed PCR Master Mix | Biotools | TE-SR01 | |
| 50 мл центрифужная пробирка | Bioman Scientific | ET5050-12 | |
| 6 см чашка Петри | Alpha Plus Scientific | 16021 | |
| 6 мм аспиратор от насекомых | MegaView Science | BA6001 | |
| 70 мм фильтровальная бумага No.1 | Toyo Roshi Kaisha | ||
| 70% этанол | |||
| 9 см чашка Петри | Alpha Plus Scientific | 16001 | |
| Агар | Bioman Scientific | AGR001.1 | Микробиологический класс |
| Agarose | Bioman Scientific | PB1200 | |
| BioGreen Safe DNA Gel Buffer | Bioman Scientific | SDB001T | |
| Chromas | Technelysium | ||
| GeneDoc | |||
| GenepHlow Gel/PCR Kit Geneaid | DFH300 | https://www.geneaid.com/data/files/1605861013102532959.pdf | |
| Gene-Spin Genomic DNA Isolation Kit | Protech Technology | PT-GD112-V3 | http://www.protech-bio.com/UserFiles/file/Gene-Spin%20Genomic%20DNA%20Kit.pdf |
| Гемоцитометр | Paul Marienfeld | 640030 | |
| Листья комацуны (Brassica rapa var. perviridis)Tai | Cheng Farm | 1-010-300410 | |
| Микрораспылитель | |||
| MiniAmp Thermal Cycler | Thermo Fisher Scientific | A37834 | |
| Горчичная тля (Lipaphis erysimi)Кисть | |||
| для рисования | Tian Cheng brush company | 4716608400352 | |
| Parafilm M | Bemis | PM-996 | |
| Пеллетный пестик | Bioman Scientific | GT100R | |
| Sabouraud Dextrose Broth | HiMedia | MH033-500G | |
| SPSS Статистика | IBM | ||
| TAE buffer 50x | Bioman Scientific | TAE501000 | |
| Tween 80 | PanReac AppliChem | 142050.1661 |