O presente protocolo descreve um método confiável e direto para a colheita, coleta e triagem de ditylenchus dipsaci.
Os nematoides parasiticos vegetais (PPNs) destroem mais de 12% das culturas alimentares globais a cada ano, o que equivale a cerca de 157 bilhões de dólares (USD) perdidos anualmente. Com uma população global crescente e terras aráveis limitadas, controlar a infestação de PPN é fundamental para a produção de alimentos. O desafio de maximizar a produção agrícola são as restrições crescentes a pesticidas eficazes devido à falta de seletividade de nematoides. Por isso, desenvolver nematicides químicos novos e seguros é vital para a segurança alimentar. Neste protocolo, demonstram-se a cultura e a coleta da espécie PPN Ditylenchus dipsaci . D. dipsaci é economicamente prejudicial e relativamente resistente à maioria dos nematicídeos modernos. O trabalho atual também explica como usar esses nematoides em telas para nematicides de pequenas moléculas e relatórios sobre metodologias de coleta e análise de dados. O gasoduto demonstrado oferece um rendimento de milhares de compostos por semana e pode ser facilmente adaptado para uso com outras espécies de PPN, como penetrantes de Pratylenchus. As técnicas aqui descritas podem ser usadas para descobrir novos nematicides, que, por sua vez, podem ser desenvolvidos em produtos comerciais altamente seletivos que combatem com segurança as PPNs para ajudar a alimentar um mundo cada vez mais faminto.
Estima-se que os nematoides parasiticos vegetais (PPNs) sejam responsáveis pela perda de 12,3% da produção global de alimentos e causem cerca de 157 bilhões de dólares em danos anualmente 1,2,3. Infelizmente, a capacidade de controlar as PPNs está diminuindo porque nematicides químicos eficazes foram banidos ou estão enfrentando restrições crescentes devido à segurança humana e preocupações ambientais. Isso se deve principalmente à pouca seletividade nematoide das gerações anteriores de pesticidas4. Nos últimos 25 anos, seis novos nematicides químicos foram pilotados ou introduzidos no mercado5. Um deles já foi banido na Europa, e outro foi descontinuado enquanto era investigado por seu impacto no calor humano 6,7. Portanto, há uma necessidade premente de novos nematicides que são altamente seletivos para PPNs.
O nematoide de caule e bulbo, Ditylenchus dipsaci (D. dipsaci) é um PPN4. D. Dipsaci, que infecta cerca de 500 espécies de plantas em 30 raças biológicas e tem como alvo algumas das culturas mais importantes agrícolas, como centeio, aveia, alho, cebola e alho-poró 8,9. Por exemplo, d. dipsaci recentemente esbanjou campos de alho em Ontário e Quebec, resultando em perdas de até 90%10,11. Sua distribuição geográfica é quase onipresente e inclui as Américas (incluindo Califórnia e Flórida), Europa, grande parte da Ásia (incluindo a China) e Oceania9. D. dipsaci é um endoparasita migratório que entra na etomata em folhas ou feridas e lenticels onde liberam enzimas para quebrar a paredecelular 12. Compondo o impacto do D. dipsaci nas culturas, os danos causados pela PPN tornam a planta suscetível à infecção secundária11. Infelizmente, d. dipsaci mostra altos níveis de tolerância aos nematicides atuais em comparação com outras cepas de nematoides13,14.
Este protocolo descreve a cultura de D. dipsaci, e seu uso em telas de grande escala para nematicides candidatos a pequenas moléculas. Resumidamente, as populações de D. dipsaci são mantidas e expandidas em plantas de ervilha cultivadas na mídia Gamborg B-5 (GA)estéril 15. Antes de cultivar brotos de sementes em meio GA, as sementes devem ser esterilizadas através de uma série de lavagens e banhadas em ágar nutriente (NA) para verificar se há contaminação. A esterilização de sementes é essencial para detectar contaminantes bacterianos e fúngicos que possam estar presentes. As sementes não contaminadas são então transferidas para placas de GA, onde brotos de sementes crescerão em preparação para a infecção. As placas de GA contendo brotos de sementes são infectadas com nematoides de uma placa de cultura anterior, transferindo um pedaço de ágar contendo tecido radicular para as placas frescas. Após 6-8 semanas, os nematoides são extraídos da mídia GA e são filtrados através de um funil revestido de filtro de café em um béquer de coleção. Os nematoides podem ser usados em vários bioensadores uma vez que um número adequado tenha sido coletado. A técnica descrita neste protocolo gera aproximadamente 15.000 D. dipsaci por placa de cultura. Protocolos alternativos para cultivar D. dipsaci foram publicados 16,17.
Um ensaio de triagem de pequenas moléculas in vitro baseado no trabalho anterior18 também é descrito aqui. Como um proxy da saúde dos vermes, a mobilidade de 20 nematoides por poço é examinada após 5 dias de exposição a pequenas moléculas. Para melhor visualizar a mobilidade dos vermes, o NaOH é adicionado para aumentar o movimento de vermes vivos19,20. Este protocolo permite a triagem de rendimento médio e fornece dados valiosos para avaliar o potencial nematicida de pequenas moléculas. Se uma técnica diferente de coleta de nematoide for utilizada16,17, a metodologia de triagem de pequenas moléculas descrita aqui pode, no entanto, ser implementada.
Passos críticos
Apesar da simplicidade do protocolo, existem passos críticos no protocolo que merecem atenção adicional para maximizar a probabilidade de sucesso. Primeiro, exagerar as sementes pode interromper seu crescimento. Portanto, é essencial limitar o tempo das sementes na solução de branqueamento para 20 minutos ou menos. Em segundo lugar, como observado anteriormente por Storelli et al., a saúde aparente dos nematoides diminui ao longo do tempo quando armazenada a 4 °C16. O uso dos nematoides logo após sua coleta fornece confiança adicional de que condições ideais de triagem podem ser alcançadas. Se for necessário um armazenamento a longo prazo, certifique-se de que a tampa do tubo não esteja apertada para permitir a troca de oxigênio. Em terceiro lugar, garantir que as ervilhas cresçam nas placas de NA pelo tempo sugerido permite que o experimentador julgue quais sementes estão contaminadas. Em quarto lugar, sobrevar as ervilhas nas placas de GA antes de adicionar os nematoides enfraquecerá a infecção e reduzirá o rendimento do nematoide. Finalmente, muitos fatores difíceis de controlar podem impactar os resultados de triagem. Portanto, é essencial realizar múltiplas telas independentes de replicação em dias diferentes e, idealmente, com PPNs coletados de diferentes placas de cultura para garantir a reprodutibilidade dos resultados.
Limitações do método
Uma limitação ao protocolo é que ele não consegue sincronizar o estágio de desenvolvimento dos vermes coletados, que variam de jovens a adultos. Assim, os fortes hits revelados por qualquer tela são provavelmente eficazes em vários estágios. No entanto, o protocolo aumenta o risco de ignorar hits eficazes específicos do estágio. Uma segunda consideração é que a triagem in vitro deve ser considerada o primeiro passo em um gasoduto de descoberta de nematicida; Ensaios baseados no solo são uma excelente adição a um pipeline para testar a tradução dos hits.
Significância e aplicação do protocolo
Os protocolos aqui descritos são simples e facilmente replicados. Além disso, este protocolo foi aplicado com sucesso a outras PPNs no laboratório, incluindo penetrantes de Pratylenchus, fazendo apenas pequenas modificações. O desenvolvimento de novas e seguras medidas de controle de PPN é essencial para garantir a segurança alimentar global. Isso é especialmente verdadeiro para espécies como d. dipsaci que são geralmente tolerantes a uma grande variedade de nematicides químicos atualmente aceitáveis13,14. Assim, os protocolos aqui descritos têm o potencial de contribuir de forma importante para a saúde humana em escala global.
The authors have nothing to disclose.
Os autores reconhecem o Dr. Qing Yu (Agricultura e Agro-Alimentos do Canadá) por fornecer a cultura ditylenchus dipsaci e por conselhos sobre métodos culturais; Dr. Benjamin Mimee (Agricultura e Agro-Alimentos do Canadá) e Nathalie Dauphinais (Agricultura e Agro-Alimentos Canadá) para aconselhamento sobre cultura in vitro de nematoides vegetais-parasitas; Dr. Andrew Burns e Sean Harrington para sugestões úteis sobre o projeto e o manuscrito. JK é um NSERC Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholar. A PJR é apoiada por uma concessão de projeto cihr (313296). PJR é uma Cadeira de Pesquisa do Canadá (Nível 1) em 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 |