Amministrazione e Rilevamento di segni di proteine su artropodi per Dispersione ricerca
Summary
Proteins are often used to mark arthropods for dispersal research. Methods for administering internal and external protein marks on arthropods are demonstrated. Protein mark detection techniques, either through indirect or sandwich enzyme-linked immunosorbent assays (ELISAs), are also illustrated.
Abstract
È spesso richiesto il monitoraggio movimento artropodi per meglio comprendere dinamiche relative popolazioni, i modelli di dispersione, preferenze pianta ospite, e altre interazioni ecologiche. Gli artropodi sono solitamente monitorati in natura da loro codifica con un segno unico e poi ri-raccogliere loro nel tempo e nello spazio di determinare le loro capacità di dispersione. Oltre ai tag fisici, come polvere o vernice colorata, vari tipi di proteine sono dimostrati molto efficaci per la marcatura per artropodi ricerca ecologica. Le proteine possono essere somministrati internamente e / o esternamente. Le proteine possono poi essere rilevate su artropodi ricatturati con un saggio di immunoassorbimento specifiche proteina enzimatica (ELISA). Qui si descrive protocolli per esternamente ed internamente la codifica artropodi con proteine. Due semplici esempi sperimentali sono dimostrati: (1) un marchio di proteine interno introdotto un insetto fornendo una dieta proteici e (2) un marchio proteina esterna topicamente unapplied di un insetto con un nebulizzatore medico. Abbiamo poi rapportiamo una guida passo-passo del panino e metodi ELISA indiretti impiegati per rilevare segni di proteine sugli insetti. In questa dimostrazione, vari aspetti della acquisizione e l'individuazione di marcatori proteici su artropodi per mark-release-ricattura, mark-cattura, e tipi di auto-mark-cattura di ricerca sono discussi, insieme con i vari modi in cui la procedura immunomarking è stato adattata per una vasta gamma di obiettivi di ricerca.
Introduction
Registrazione della movimentazione dei parassiti artropodi, nemici naturali (parassitoidi e predatori) e degli impollinatori in natura è essenziale per una migliore comprensione su come migliorare i servizi ecosistemici. La componente chiave per la maggior parte dei tipi di ricerca dispersione sta avendo un metodo affidabile per contrassegnare il artropodi (s) di interesse. Una varietà di materiali (ad esempio, vernici, coloranti, polveri colorate, etichette, elementi rari, proteine) sono stati utilizzati per marcare artropodi per valutare le loro dinamiche di popolazione, capacità di dispersione, l'alimentazione, i comportamenti e altre interazioni ecologiche 1,2.
L'adeguatezza di un marcatore utilizzato per una qualsiasi ricerca dispersione dipenderà dal tipo di studio condotto. Ci sono tre categorizzazioni di massima per marcatura artropodi: (1) mark-release-ricattura (MRR), (2) mark-capture, e (3) auto-mark-capture. Per ricerche mark-release-ricattura, l'investigatore segna in genere i artropodi collettivamente alla laboratory e li rilascia in un punto nel campo centrale. Gli artropodi sono poi ripresi a vari intervalli spaziali e temporali con diversi dispositivi di raccolta (ad esempio, al netto spazzata, il vuoto, appiccicoso trappola) 3,4,5. I campioni ricatturati vengono esaminate per il marchio specifico di distinguere la liberato da individui nativi. Per ricerche mark-cattura, l'investigatore di solito si applica il marchio direttamente nel spruzzo campo usando (per esempio, zaino spruzzatore, braccio e l'ugello spruzzatore). I migliori marcatori per la ricerca mark-cattura sono poco costosi e facilmente applicata al habitat della artropodi. Per la ricerca di auto-mark-capture, l'investigatore si applica di solito segni di un artropode esca 6,7 o nido ingresso 8. A sua volta, il artropodi si contraddistingue all'interno divorando l'esca marcata o esternamente da "spazzolatura" contro il marchio come esce il nido.
Come accennato in precedenza, molti tipi di marcatori ci sono statied al tag una varietà di specie di artropodi. Tuttavia, molto pochi sono utili per tutte e tre queste categorie di ricerca di dispersione. Lo sviluppo della procedura proteine immunomarking era un importante passo avanti per la marcatura insetti. Immunomarking mette un'etichetta di proteine su artropodi sia internamente che esternamente, che, a sua volta, viene rilevato da una specifica immunosorbent assay anti-proteina enzimatica (ELISA). I primi marcatori proteici come usati erano immunoglobulina coniglio (IgG) e IgG pollo / IgY 9,10. Hanno dimostrato di essere i marchi molto efficaci per la MRR e di ricerca di auto-mark-capture (vedi la discussione). Purtroppo, le proteine IgG / IGY sono costosi e non sono quindi pratico per la ricerca mark-cattura e la maggior parte dei tipi di ricerca auto-mark-capture. Successivamente, ELISA di rilevamento di proteine di seconda generazione sono stati sviluppati per le proteine contenute nel albumi pollo (albumina), latte vaccino (caseina) e latte di soia (tripsina proteina inibitrice). Ciascun test è altamente sensibile, specifico, e, piùimportante, utilizza proteine che sono molto meno costoso rispetto alle proteine IgG / IGY 11. Queste proteine si sono dimostrati efficaci per MRR, mark-cattura, e la ricerca di auto-mark-capture (vedi la discussione).
In questo articolo, si descrive e dimostrare come condurre marchio proteina studi di ritenzione di laboratorio. Tali studi sono la prima fase di ricerca necessaria per ogni tipo di studio sul campo dispersione. In particolare, è fondamentale che gli investigatori sanno quanto tempo il marchio sarà mantenuto sulle specie di artropodi bersaglio prima di intraprendere gli studi di campo di dispersione. Qui, descriviamo e dimostrare come contrassegnare internamente ed esternamente insetti per MRR, mark-cattura, e studi di settore di tipo auto-mark-capture. Abbiamo poi dimostrare come rilevare la presenza dei marchi con ELISA indiretta e sandwich.
Protocol
Representative Results
Discussion
La procedura immunomarking proteina artropodi è stato descritto quasi un quarto di secolo fa 9. Da allora, la procedura è stato adattato per studiare i modelli di dispersione di una vasta gamma di artropodi utilizzando sia internamente che esternamente amministrati IgG / IgYs. Queste proteine sono rivelati marcatori risoluti per la grande varietà di specie di insetti testati finora. Tuttavia, come già detto, la principale limitazione per l'utilizzo di IgG / IgYs è che sono molto costosi. Di con…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Il finanziamento è stato fornito da USDA CRIS 5347-22620-021-00D e, in parte, dalla dell'agricoltura e dell'alimentazione iniziativa di assegno di ricerca competitiva no. 2011-67009-30141 dal National Institute USDA di alimentazione e l'agricoltura. Siamo grati per il supporto tecnico di Johanna Nassif. Ringraziamo anche Paul Baker, David Horton, Diego Nieto, e Frances Sivakoff per la fornitura di alcune delle immagini usate in figura 3.
Materials
| Food storage container (for insect rearing) | Rubbermaid/Tupperware | Various sizes | Various manufacturers & vendors. Mesh fabric is glued in a window ` |
| Small volume nebulizer (Micro Mist) | Teleflex-Hudson RCI | 1881 | Available online and in medical supply shops. Other brands will work as well. |
| Microcentrifuge tubes, 1.6 ml w/cap | Continental Lab Products | 4445.X | Any similar type will work. We prefer brands that have easy to open lids. |
| Styrofoam storage box for microcentrifuge tubes (5×20 grid) | RPI Corp. | 145746 | This design is nice because it doesn't crowd the tubes. |
| Dispenser, repeater | Eppendorf | 4982000322 | Anything similar will help speed up the dispensing. |
| Pestles, plastic disposable tissue grinders, 1.5 mL | Kimble Chase | 749521-1500 | Available with various vendors. Pestles can be cleaned and autoclaved for reuse. |
| BD Falcon ELISA plates, 96-well (flat bottom) | BD | 351172 | |
| Ovation pipette, manual (20-200 µl) | VistaLab | 1057-0200 or 1070-0200 | Any similar type will work. This model is ergonomic. |
| Reservoirs, sterile reagent | VistaLab | 4054-1000 | Anything similar will work. |
| Electronic pipette, 8-channel (50-1200 µl) (Biohit eLine) | Sartorius | 730391 | If you had to pick one electronic model, this size is most useful. |
| Electronic pipette, 8-channel (10-300 µl) (Biohit eLine) | Sartorius | 730361 | Anything similar will work. |
| Manifold, multiwell plate washer (8-position, straight) | Sigma-Aldrich | Z369802 | Anything similar will work for manual plate washing. |
| Microplate reader with absorbance detection | Molecular Devices | SpectraMax 250 | Anything similar will work. |
| Chicken IgG/IgY | United States Biological | I1903-15R | Also available from other sources |
| Egg whites | Grocery store | “All Whites”, “Egg Beaters”, etc. | Mix 5 mL with 95 mL dH2O for 5% solution |
| Tris (Trizma Base) | Sigma-Aldrich | T1503 | 2.42 g/L to make TBS |
| Sodium chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich | S9888 | 29.22 g/L to make TBS and 8.0 g/L for PBS |
| Sodium phosphate dibasic (Na2HPO4) | Sigma-Aldrich | S0876 | 1.14 g/L for PBS |
| Potassium phosphate monobasic (KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P5655 | 0.2 g/L for PBS |
| Potassium chloride (KCl) | Sigma-Aldrich | P9541 | 0.2 g/L for PBS |
| Tween 20, EIA grade | Sigma-Aldrich | P1379 | Add 0.5 mL per L to PBS after salts are dissolved. |
| PBS with 1% BSA | Sigma-Aldrich | P3688 | Mix 1 packet in 1 L dH20 |
| Anti-Chicken IgY (IgG) (whole molecule) antibody produced in rabbit (1:500) | Sigma-Aldrich | C6409 | Mix 100 µl in 50 ml TBS |
| Dry Milk, Powdered or Fresh Milk (1%) | Grocery store | Mix 10 g with 1 L dH2O for 1% solution | |
| Anti-Chicken IgY (IgG) (whole molecule)-Peroxidase antibody produced in rabbit (1:10000) | Sigma-Aldrich | A9046 | Mix 100 ul in 1 L of 1% milk |
| Anti-Chicken Egg Albumin antibody produced in rabbit (1:8000) | Sigma-Aldrich | C6534 | Dilute 125 µl in 1 L PBS-BSA |
| Goat Anti-Rabbit IgG Peroxidase Conjugate (1:2000) | Sigma-Aldrich | A6154 | Dilute 0.5 ml in 1 L PBS-BSA, then add 1.3 ml Silwet |
| Vac-In-Stuff (Silwet L-77)silicon-polyether copolymer | Lehle Seeds | VIS-01 | Add as last ingredient |
| TMB Microwell One Component Peroxidase Substrate | SurModics | TMBW-1000-01 |
References
- Hagler, J.R., & Jackson, C.G. Methods for marking insects: Current techniques and future prospects. Annu. Rev. Entomol. 46, 511-543, (2001).
- Lavandero, B.I., Wratten, S.E., Hagler, J.R., & Jervis, M.A. The need for effective marking and tracking techniques for monitoring the movements of insect predators and parasitoids. Int. J. Pest Manage. 50 (3), 147-151, (2004).
- Hagler, J.R., Jackson, C.G., Henneberry, T.J., & Gould, J. Parasitoid mark-release-recapture techniques: II. Development and application of a protein marking technique for Eretmocerus spp., parasitoids of Bemisia argentifolii. Biocontrol Sci. Techn. 12 (6), 661-675, (2002).
- Blackmer, J.L., Hagler, J.R., Simmons, G.S., & Henneberry, T.J. Dispersal of Homalodisca vitripennis (Homoptera: Cicadellidae) from a point release site in citrus. Environ. Entomol. 35 (6), 1617-1625, (2006).
- Swezey, S.L., Nieto, D.J., Hagler, J.R., Pickett, C.H., Bryer, J.A., & Machtley, S.A. Dispersion, distribution and movement of Lygus.spp. (Hemiptera: Miridae) in trap-cropped strawberries. Environ. Entomol. 42 (4), 770-778, (2013).
- Hagler, J.R., Baker, P.B., Marchosky, R., Machtley, S.A., Bellamy, D.E. Methods to mark termites with protein for mark-release-recapture and mark-capture studies. Insect. Soc. 56 (2), 213-220, (2009).
- Baker, P.B., et al. Utilizing rabbit immunoglobulin G protein for mark-capture studies on the desert subterranean termite, Heterotermes aureus (Snyder). Insect. Soc. 57 (2), 147-155, (2010).
- Hagler, J.R., Mueller, S., Teuber, L.R., Machtley, S.A., & Van Deynze, A. Foraging range of honey bees, Apis mellifera, in alfalfa seed production fields. J. Insect Sci. 11 (1), 1-12, (2011).
- Hagler, J.R., Cohen, A.C., Bradley-Dunlop, D., & Enriquez, F.J. A new approach to mark insects for feeding and dispersal studies. Environ. Entomol. 21 (1), 20-25, (1992).
- Hagler, J.R. Field retention of a novel mark-release-recapture method. Environ. Entomol. 26 (5), 1079-1086, (1997).
- Jones, V.P., Hagler, J.R., Brunner, J., Baker, C., & Wilburn, T. An inexpensive immunomarking technique for studying movement patterns of naturally occurring insect populations. Environ. Entomol. 35 (4), 827-836, (2006).
- Sivakoff, F.S., Rosenheim, J.A., & Hagler, J.R. Threshold choice and the analysis of protein marking data in long-distance dispersal studies. Methods Ecol. Evol. 2 (1), 77-85, (2011).
- Hagler, J.R., & Jackson, C.G. An immunomarking technique for labeling minute parasitoids. Environ. Entomol. 27 (4), 1010-1016, (1998).
- Janke, J., et al. Serological marking of Pnigalio agraules (Hymenoptera: Eulophidae) for field dispersal studies. J. Pest Sci. 82 (1), 47-53, (2009).
- DeGrandi-Hoffman, G., & Hagler J.R. The flow of incoming nectar through a honey bee (Apis mellifera L.) colony as revealed by a protein marker. Insect. Soc. 47 (4), 302-306, (2000).
- Peck, S.L., & McQuate, G.T. Ecological aspects of Bactrocera latifrons (Diptera: Tephritidae) on Maui, Hawaii: Movement and host preference. Environ. Entomol. 33 (6), 1722-1731, (2004).
- Hagler, J.R., & Durand, C.M. A new method for immunologically marking prey and its use in predation studies. Entomophaga. 39 (3), 257-265, (1994).
- Hagler, J.R. An immunological approach to quantify consumption of protein-tagged Lygus hesperus by the entire cotton predator assemblage. Biol. Control. 58 (3), 337-345, (2011).
- Fournier, V., Hagler, J.R., Daane, K., de Leòn, J., & Groves, R. Identifying the predator complex of Homalodisca vitripennis (Hemiptera: Cicadellidae): A comparative study of the efficacy of an ELISA and PCR gut content assay. Oecologia. 157 (4), 629-640, (2008).
- Hagler, J.R. Development of an immunological technique for identifying multiple predator–prey interactions in a complex arthropod assemblage. Ann. Appl. Biol. 149 (2), 153-165, (2006).
- Mansfield, S., Hagler, J.R., & Whitehouse, M. A comparative study of the efficiency of a pest-specific and prey-marking ELISA for detection of predation. Entomol. Exp. Appl. 127 (3), 199-206, (2008).
- Buczkowski, G., Wang, C., & Bennett, G. Immunomarking reveals food flow and feeding relationships in the eastern subterranean termite, Reticulitermes flavipes (Kollar). Environ. Entomol. 36 (1), 173-182, (2007).
- Lundgren, J.G., Saska, P., & Honĕk, A. Molecular approach to describing a seed-based food web: The post-dispersal granivore community of an invasive plant. Ecol. Evol. 3 (6) 1642-1652, (2013).
- Kelly, J.L., Hagler, J.R., & Kaplan, I. Semiochemical lures reduce emigration and enhance pest control services in open-field augmentation. Biol. Control. 71, 70-77, (2014).
- Zilnik, G. and Hagler, J.R. An immunological approach to distinguish arthropod viviphagy from necrophagy. BioControl. 58 (6), 807-814, (2013).
- Irvin, N.A., Hagler, J.R., & Hoddle, M.S. Laboratory investigation of triple marking the parasitoid, Gonatocerus ashmeadi (Hymenoptera: Mymaridae) with a fluorescent dye and two animal proteins. Entomol. Exp. App. 143 (1), 1-12, (2011).
- Hagler, J.R., Mueller, S., Teuber, L.R., Van Deynze, A., & Martin, J. A method for distinctly marking honey bees, Apis mellifera, originating from multiple apiary locations. J. Insect Sci. 11 (143), 1-14, (2011).
- Peck, G.W., Ferguson, H.J., Jones, V.P., O'Neal, S.D., & Walsh, D.B. Use of a highly sensitive immunomarking system to characterize face fly (Diptera: Muscidae) dispersal from cow pats. Environ. Entomol. 43 (1), 116-122, (2014).
- Boina, D.R., Meyer, W.L., Onagbola, E.O., & Stelinski, L.L. Quantifying dispersal of Diaphorina citri (Hemiptera: Psyllidae) by immunomarking and potential impact of unmanaged groves on commercial citrus management. Environ. Entomol. 38 (4), 1250-1258, (2009).
- Lewis-Rosenblum, H., Tawari, X.M.S., & Stelinski, L.L. Seasonal movement patterns and long-range dispersal of Asian citrus phyllid in Florida citrus. J. Econ. Entomol. 108 (1), 3-10, (2015).
- Krugner, R., Hagler, J.R., Groves, R.L., Sisterson, M.S., Morse, J.G., & Johnson, M.W. Plant water stress effects on the net dispersal rate of the insect vector, Homalodisca vitripennis (Germar) (Hemiptera: Cicadellidae), and movement of its egg parasitoid, Gonatocerus ashmeadi Girault (Hymenoptera: Mymaridae). Environ. Entomol. 41 (6), 1279-1289, (2012).
- Klick, J., et al. Distribution and activity of Drosophila suzukii in cultivated raspberry and surrounding vegetation. J. Appl. Entomol. (2015).
- Basoalto, K., Miranda, M., Knight, A.L., & Fuentes-Contreras, E. Landscape analysis of adult codling moth (Lepidoptera: Tortricidae) distribution and dispersal within typical agroecosystems dominated by apple production in Central Chile. Environ. Entomol. 39 (5), 1399-1408, (2010).
- Horton, D.R., Jones, V.P., & Unruh, T.R. Use of a new immunomarking method to assess movement by generalist predators between a cover crop and tree canopy in a pear orchard. Amer. Entomol. 55 (1), 49-56, (2009).
- Swezey, S.L., Nieto, D.J., Pickett, C.H., Hagler, J.R., Bryer, J.A., & Machtley, S.A. Spatial density and movement of the Lygus spp. parasitoid Peristenus relictus (Hymenoptera: Braconidae) in organic strawberries with alfalfa trap crops. Environ. Entomol. 43 (2), 363-369, (2014).
- Sivakoff, F.S., Rosenheim, J.A., & Hagler, J.R. Relative dispersal ability of a key agricultural pest and its predators in an annual agroecosystem. Biol. Control. 63 (3), 296-303, (2012).
- Slosky, L. M., Hoffmann, E. J., & Hagler, J. R. A comparative study of the retention and lethality of the first and second generation arthropod protein markers. Entomol. Exp. App. 144 (2), 165-171, (2012).
- Hagler, J.R., Machtley, S.A., & Blackmer, F. A potential contamination error associated with insect protein mark-capture data. Entomol. Exp. App. 154 (1), 28-34, (2015).
- Hagler, J.R., & Jones, V.P. A protein-based approach to mark arthropods for mark-capture type research. Entomol. Exp. App. 135 (2), 177-192, (2010).
- Hagler, J.R., Naranjo, S.E., Machtley, S.A., & Blackmer, F. Development of a standardized protein immunomarking protocol for insect mark-capture dispersal research. J. Appl. Entomol. 138 (10), 772-782, (2014).
- Hagler, J.R. Variation in the efficacy of several predator gut content immunoassays. Biol. Control. 12 (1), 25-32, (1998).
- Clark, M.F., & Adams, A.N. Characteristics of microplate method of enzyme-linked immunosorbent assay for the detection of plant viruses. J. Gen. Virol. 34 (3), 475-483, (1977).
- Crowther, J.R. The ELISA guidebook. Humana Press. Totowa, NJ, (2001).
- Stimmann, M.W. Marking insects with rubidium: Imported cabbageworm marked in the field. Environ. Entomol. 3 (2), 327-328, (1974).
