Opretholdelse af biologiske kulturer og måling af Gen-ekspression i Aphis nerii: et ikke-model System for plante-insekt interaktioner

Bladlus er små, hemimetabolous insekter, at koloniser på forskellige planter familier i hele verden. De er karakteristiske for flere funktioner, de fleste især deres komplekse livscyklus involverer cykliske partenogenese og diskrete polyphenisms og deres obligat ernæringsmæssige symbioser med bakteriel eller gær endosymbionts, der leverer næringsstoffer mangler fra deres kost af plante sap¹. Mens de fleste bladlus er vært plante specialister, nogle generalist arter er vigtig afgrøde skadedyr, påføre betydelig økonomisk skade på afgrøder, enten direkte eller via de patogener og virus vektor de². Offentliggørelsen af de første bladlus genom i 2010, ært bladlus Acyrthosiphon pisum³, markerede en vigtig milepæl i studiet af bladlus biologi fordi det fastsatte behandle spørgsmål om insekt de genomiske ressourcer tilpasninger til de planteædende livsstil, herunder dem, der kan føre til en bedre kontrol strategier⁴. Siden dengang, har yderligere genomiske ressourcer akkumuleret med offentliggørelsen af en kommenteret genom for sojabønner bladlus Aphis glycines⁵og offentligt tilgængelige samlede genom ressourcer til en anden tre-bladlus arter (Myzus cerasi (black cherry bladlus), Myzus persicae (fersken-kartoffel bladlus), Rhopalosiphum padi (Hæg-havre bladlus)⁶. Værdifulde de novo transkriptom ressourcer er tilgængelige samt for en række andre arter, bladlus (e.g.,Aphis gossypii (bomuld bladlus)⁷, Sitobion avenae (Kornbladlusen)⁸, Cinara pinitabulaeformis (fyrretræ bladlus)⁹, Aphis nerii (milkweed-oleander bladlus)¹⁰).

Bladlus har også gjort varigt bidrag til vores forståelse af plante-insekt interaktioner og økologi af livet på planter¹¹. Et område, hvor bladlus har gjort særligt vigtigt bidrag er i vores forståelse af plante værtssammenspil kemiske økologi. Planteædende insekter udtrykke forskellige tilpasninger fordel for at overvinde plante forsvar, og nogle endda ved selvsupplering plante forsvar for deres egen^12,13,14. For eksempel, er milkweed-oleander bladlus, Aphis nerii, en lys gul, invasive bladlus findes i tempererede og tropiske regioner over hele verden, der koloniserer om planter i familien milkweed (Apocynaceae). Planter i familien Apocynaceae har udviklet forskellige kemiske forsvar, herunder mælkeagtig latex og hjerteglykosider kendt som cardenolides, der binder kation carrier Na, K-ATPase og er effektivt afskrækkende til generalist planteædere^{15, 16}. milkweed specialister udtrykke forskellige former for modstand mod cardenolides, og nogle selektivt eller passivt akkumulere eller ændre cardenolides i deres væv, som et middel til at afskrække underbud eller for andre fordele¹⁷. A. nerii menes at udskille cardenolides på denne måde, selv om de mekanismer og funktionelle fordele forbliver uklart^10,18.

Givet de genomiske ressourcer ved hånden, giver A. nerii en fremragende eksperimentelle model til studier af de molekylære og genetiske mekanismer involveret i kemo-økologiske samspillet mellem giftige værtsplanter og deres specialist planteædere. Det er værd at bemærke, at mens nogle af de tidligste undersøgelser af A. nerii fokuseret på binding af cardenolides¹⁹, siden dengang, undersøgelser af A. nerii har givet indsigt i en bred vifte af evolutionære og økologiske spørgsmål, herunder den genetiske struktur af invasive insekter²⁰ og samspillet mellem bottom-up og top-down regulering på Planteæder tæthed²¹. A. nerii er således en god kandidat som en eksperimentel model for et særligt brede sæt af undersøgelser af insekt-plante interaktion. Kritisk for enhver undersøgelse med A. nerii succes er den forsigtige kultur af bladlus populationer, som omfatter kultur af planter som bladlus er afhængige af, samt en effektiv generation af høj kvalitet – omic data. Vores mål er at guide læseren gennem både. Skitseret nedenfor er metoder til produktion og vedligeholdelse af anlægget og bladlus kulturer i drivhus og laboratorium, DNA og RNA ekstraktioner, microsatellite analyse, de novo transkriptom forsamling og kommentering, transkriptom differential udtryk analyse og qPCR verifikation af varierende udtrykte gener. Mens disse metoder er skrevet for A. nerii, generelle dyrkning, udvinding, og analysemetoder, der kan udvides til en bred vifte af bladlus arter.