El presente protocolo describe un método confiable y directo para cultivar, recolectar y detectar Ditylenchus dipsaci.
Los nematodos parásitos de plantas (PPN) destruyen más del 12% de los cultivos alimentarios mundiales cada año, lo que equivale a aproximadamente 157 mil millones de dólares (USD) perdidos anualmente. Con una población mundial en crecimiento y tierras cultivables limitadas, controlar la infestación de PPN es fundamental para la producción de alimentos. Agravando el desafío de maximizar los rendimientos de los cultivos están las crecientes restricciones a los pesticidas efectivos debido a la falta de selectividad de nematodos. Por lo tanto, el desarrollo de nematicidas químicos nuevos y seguros es vital para la seguridad alimentaria. En este protocolo se demuestra el cultivo y la recolección de la especie PPN Ditylenchus dipsaci . D. dipsaci es económicamente perjudicial y relativamente resistente a la mayoría de los nematicidas modernos. El trabajo actual también explica cómo usar estos nematodos en pantallas para nuevos nematicidas de moléculas pequeñas e informa sobre metodologías de recopilación y análisis de datos. La tubería demostrada ofrece un rendimiento de miles de compuestos por semana y se puede adaptar fácilmente para su uso con otras especies de PPN como Pratylenchus penetrans. Las técnicas descritas en este documento se pueden utilizar para descubrir nuevos nematicidas, que pueden, a su vez, desarrollarse aún más en productos comerciales altamente selectivos que combaten de manera segura los PPN para ayudar a alimentar a un mundo cada vez más hambriento.
Se estima que los nematodos parásitos de las plantas (PPN) son responsables de la pérdida del 12,3% de la producción mundial de alimentos y causan un daño estimado de 157 mil millones de dólares anuales 1,2,3. Desafortunadamente, la capacidad de controlar los PPN está disminuyendo porque los nematicidas químicos efectivos han sido prohibidos o se enfrentan a restricciones crecientes debido a la seguridad humana y las preocupaciones ambientales. Esto se debe principalmente a la escasa selectividad de nematodos de las generaciones anteriores de plaguicidas4. En los últimos 25 años, se han probado o introducido en el mercado seis nuevos nematicidas químicos5. Uno de ellos ya ha sido prohibido en Europa, y otro ha sido descontinuado mientras se investiga por su impacto en el calor humano 6,7. Por lo tanto, existe una necesidad apremiante de nuevos nematicidas que sean altamente selectivos para los PPN.
El nematodo del tallo y el bulbo, Ditylenchus dipsaci (D. dipsaci) es un PPN4 económicamente impactante. D. dipsaci infecta a casi 500 especies de plantas en 30 razas biológicas y se dirige a algunos de los cultivos más importantes para la agricultura, como el centeno, la avena, el ajo, la cebolla y el puerro 8,9. Por ejemplo, D. dipsaci ha azotado recientemente los campos de ajo en Ontario y Quebec, lo que resulta en pérdidas de hasta el 90%10,11. Su distribución geográfica es casi omnipresente e incluye las Américas (incluyendo California y Florida), Europa, gran parte de Asia (incluyendo China) y Oceanía9. D. dipsaci es un endoparásito migratorio que entra en los estomas en hojas o heridas y lenticelas donde liberan enzimas para romper la pared celular12. Agravando el impacto de D. dipsaci en los cultivos, el daño causado por el PPN hace que la planta sea susceptible a la infección secundaria11. Desafortunadamente, D. dipsaci muestra altos niveles de tolerancia a los nematicidas actuales en comparación con otras cepas de nematodos13,14.
Este protocolo describe el cultivo de D. dipsaci y su uso en pantallas a gran escala para nematicidas candidatos a moléculas pequeñas. Brevemente, las poblaciones de D. dipsaci se mantienen y amplían en plantas de guisantes cultivadas en medios estériles Gamborg B-5 (GA)15. Antes de cultivar brotes de semillas en medio GA, las semillas deben esterilizarse a través de una serie de lavados y enchaparse en agar nutriente (NA) para verificar si hay contaminación. La esterilización de semillas es esencial para detectar contaminantes bacterianos y fúngicos que puedan estar presentes. Las semillas no contaminadas se transfieren a las placas ga, donde los brotes de semillas crecerán en preparación para la infección. Las placas gagénicas que contienen brotes de semillas se infectan con nematodos de una placa de cultivo anterior mediante la transferencia de un trozo de agar que contiene tejido radicular a las placas frescas. Después de 6-8 semanas, los nematodos se extraen de los medios GA y se filtran a través de un embudo forrado con filtro de café en un vaso de precipitados de recolección. Los nematodos se pueden utilizar en varios bioensayos una vez que se ha recogido un número adecuado. La técnica descrita en este protocolo genera aproximadamente 15.000 D. dipsaci por placa de cultivo. Se han publicado protocolos alternativos para cultivar D. dipsaci 16,17.
Aquí también se describe un ensayo de detección de moléculas pequeñas in vitro basado en trabajos anteriores18. Como indicador de la salud del gusano, se examina la movilidad de 20 nematodos por pozo después de 5 días de exposición a moléculas pequeñas. Para visualizar mejor la movilidad de los gusanos, se agrega NaOH para aumentar el movimiento de los gusanos vivos19,20. Este protocolo permite el cribado de rendimiento medio y proporciona datos valiosos para evaluar el potencial nematicida de moléculas pequeñas. Si se utiliza una técnica de recolección de nematodos diferente16,17, se puede implementar la metodología de cribado de moléculas pequeñas descrita en este documento.
Pasos críticos
A pesar de la simplicidad del protocolo, hay pasos críticos en el protocolo que merecen atención adicional para maximizar la probabilidad de éxito. Primero, el blanqueamiento excesivo de las semillas puede interrumpir su crecimiento. Por lo tanto, limitar el tiempo de las semillas en la solución blanqueadora a 20 minutos o menos es esencial. En segundo lugar, como se señaló anteriormente por Storelli et al., la salud aparente de los nematodos disminuye con el tiempo cuando se almacenan a 4 ° C16. El uso de los nematodos poco después de su recolección proporciona confianza adicional de que se pueden lograr condiciones óptimas de detección. Si fuera necesario un almacenamiento a largo plazo, asegúrese de que la tapa del tubo no esté apretada para permitir el intercambio de oxígeno. En tercer lugar, asegurarse de que los guisantes crezcan en las placas de NA durante el tiempo sugerido permite al experimentador juzgar qué semillas están contaminadas. Cuarto, el crecimiento excesivo de los guisantes en las placas de GA antes de agregar los nematodos debilitará la infección y reducirá el rendimiento de los nematodos. Finalmente, muchos factores que son difíciles de controlar pueden afectar los resultados de las pruebas de detección. Por lo tanto, es esencial realizar múltiples pantallas de réplica independientes en diferentes días e idealmente con PPN recolectadas de diferentes placas de cultivo para garantizar la reproducibilidad de los resultados.
Limitaciones del método
Una limitación del protocolo es que no sincroniza la etapa de desarrollo de los gusanos recolectados, que van desde juveniles hasta adultos. Por lo tanto, los golpes fuertes revelados por cualquier pantalla son probablemente efectivos en múltiples etapas. Sin embargo, el protocolo aumenta el riesgo de pasar por alto los golpes efectivos específicos de la etapa. Una segunda consideración es que el cribado in vitro debe considerarse el primer paso en una tubería de descubrimiento de nematicidas; Los ensayos basados en el suelo son una excelente adición a una tubería para probar la traducibilidad de los golpes.
Importancia y aplicación del protocolo
Los protocolos descritos en este documento son simples y fáciles de replicar. Además, este protocolo se ha aplicado con éxito a otros PPN en el laboratorio, incluido Pratylenchus penetrans, haciendo solo ligeras modificaciones. El desarrollo de medidas de control de PPN nuevas y seguras es esencial para garantizar la seguridad alimentaria mundial. Esto es especialmente cierto para especies como D. dipsaci que generalmente son tolerantes a una amplia variedad de nematicidas químicos actualmente aceptables13,14. Por lo tanto, los protocolos descritos aquí tienen el potencial de hacer una contribución importante a la salud humana a escala mundial.
The authors have nothing to disclose.
Los autores reconocen al Dr. Qing Yu (Agricultura y Agroalimentación de Canadá) por proporcionar la cultura Ditylenchus dipsaci y por su asesoramiento sobre los métodos de cultivo; Dr. Benjamin Mimee (Agricultura y Agroalimentación del Canadá) y Nathalie Dauphinais (Agricultura y Agroalimentación del Canadá) para obtener asesoramiento sobre el cultivo in vitro de nematodos parásitos de plantas; Dr. Andrew Burns y Sean Harrington por sugerencias útiles sobre el proyecto y el manuscrito. JK es un NSERC Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholar. PJR cuenta con el apoyo de una subvención de proyecto del CIHR (313296). PJR es una Cátedra de Investigación de Canadá (Nivel 1) en Genética Química.
15 mL tube | Sarstedt | 62.554.205 | |
2 forceps | Almedic | 7747-A10-108 | |
2L beaker | Pyrex | CLS10002L | |
50mL beaker | Pyrex | CLS100050 | |
96 well plate | Sarstedt | 83.3924 | |
aluminium foil | Alcan Plus | ||
bacteriological agar | BioShop | AGR001.5 | |
coffee filter | No name brand | 716 | |
commercial bleach 6% | Lavo Pro 6 | DIN102358107 | |
disposable petri dishes (10cm x 1.5cm) | Fisherbrand | FB0875712 | |
disposable petri dishes (10cm x 2.5cm) | Sigma-Aldrich | Z358762 | |
dissecting scope | Leica | Leica MZ75 | |
DMSO | Sigma-Aldrich | 472301-500ML | |
Funnel | VWR | 414004-270 | |
Gamborg B5 | Sigma-Aldrich | G5893-10L | |
glass petri dish | VWR | 75845-546 | |
glass slide | MAGNA | 60-1200 | |
Lint-Free Blotting Paper | V&P Scientific | VP 522-100 | |
mutlichannel pipette | Eppendorf research plus | 3125000036 | |
NaOH | Sigma-Aldrich | S8045-500G | |
nutrient agar | Sigma-Aldrich | 70148-100G | |
parafilm | Bemis | PM-996 | |
pea seeds | Ontario Seed Company | D-1995-250G | |
pin cleaning solutions | V&P Scientific | VP110A | |
pinner | V&P Scientific | VP381N | |
pinner rinse trays | V&P Scientific | VP 421 | |
pipette tips- low retention ? Reg. 200uL | LABFORCE | 1159M44 | |
reagent reservoir with lid for multichannel pipettes | Sigma-Aldrich | BR703459 | |
shaking incubator | New Brunswick Scientific | I26 | |
sterile surgical blade | MAGNA | sb21-100-a | |
stir bar | Fisherbrand | 2109 – 1451359 | |
sucrose | BioShop | SUC507.1 |