Anvendelsen af to bønnespindemide<em> Tetranychus urticae</em> For Plant-pest Interaktionsundersøgelser
Summary
Protokoller til effektiv fremstilling af homogene prøver af spindemider, skadedyrsangreb af eksperimentelle planter og vurdering af skader plante, som det kræves til undersøgelser af plante-skadedyr interaktion blev udviklet.
Abstract
De to bønnespindemide, Tetranychus urticae, er en allestedsnærværende polyphagous leddyr planteæder, der lever af en bemærkelsesværdig bred vifte af arter, med mere end 150 af økonomisk værdi. Det er en stor skadedyr i drivhus afgrøder, især i Solanaceae og Cucurbitaceae (f.eks tomater, auberginer, peberfrugter, agurker, squash) og drivhusgasser prydplanter (f.eks roser, krysantemum, nelliker), årlige markafgrøder (såsom majs, bomuld, sojabønner og sukkerroer), og i flerårige kulturer (lucerne, jordbær, vindruer, citruses og blommer) 1,2. Ud over den ekstreme polyphagy, der gør den til en vigtig landbrugs skadedyr, T. urticae har en tendens til at udvikle resistens over for en bred vifte af insekticider og acaricider, der bruges til dens kontrol 3-7.
T. urticae er en fremragende eksperimentel organisme, da det har en hurtig livscyklus (7 dage ved 27 ° C)og let kan holdes ved høj densitet i laboratoriet. Metoder til analyse af genekspression (herunder in situ-hybridisering og antistoffarvning) og inaktiverer ekspression af spider mite endogene gener ved hjælp af RNA-interferens er blevet udviklet 8-10. For nylig hele genomet sekvens af T. urticae er blevet rapporteret, hvilket skaber mulighed for at udvikle dette skadedyr planteæder som en model organisme med tilsvarende genomiske ressourcer, der allerede findes i nogle af sine værtsplanter (Arabidopsis thaliana og tomat Solanum lycopersicum) 11. Tilsammen kan disse modelorganismer give indsigt i molekylære grundlag for plante-skadedyr interaktioner.
Her er en effektiv metode til hurtig og nem samling af et stort antal voksne kvindelige mider, deres anvendelse på forsøgsbasis plante vært, og den vurdering af skaden anlægget på grund af edderkop mide fodring beskrevet. Den præsenterede protokol dahavender hurtig og effektiv samling af hundredvis af personer på ethvert udviklingstrin (æg, larver, nymfer, voksne mænd og kvinder), der kan bruges til efterfølgende eksperimentel anvendelse.
Introduction
Plant-skadedyr interaktion er et emne af stor videnskabelig og økonomisk betydning. Det var historisk studeret ved hjælp af både afgrøder (såsom tomat) og model plante, A. thaliana. I begge tilfælde kunne måles modtagelighed plante til planteæder enten direkte ved vurderingen af plantefænotype efter planteæder angreb eller indirekte gennem vurderingen af skadedyr ydeevne.
Direkte målinger af plante modtagelighed blev anvendt tidligere for en række insekter skadedyrsarter hjælp af en række metoder. For eksempel er herbivory af lepidoptera-larver målt som en vurdering af den del af plantevæv forbruges af enten Plutella xylostella (diamondback moth) eller Trichoplusia ni (kålmålerlarve) med det blotte øje ved hjælp af et gitter 12. Der er også metoder, der udnytter digital billedbehandling for skader blad med efterfølgende kvantitativ billedanalyse. Sådanne fremgangsmåder blev anvendt iundersøgelser af A. thaliana interaktion med Frankliniella occidentalis (vestlige blomst thrips) 13, Scaptomyza flava (blad-mining drosophila) 14, og T. ni 15..
Indirekte målinger af plante modtagelighed er almindeligt anvendt i studier af plante-skadedyr interaktion. For eksempel modtagelighed A. thaliana at ferskenbladlus Myzus persicae herbivory typisk vurderes gennem en analyse af skadedyr frugtbarhed og beskrivelse af brutto morfologi af en plante efter interaktion 16,17. Et andet typisk indirekte indikator for A. thaliana følsomhed over for et skadedyr er en tør eller våd vægt vurdering af planteæder. Denne parameter er almindeligt anvendt til at karakterisere herbivory af lepidoterans, såsom Pieris rapae (lille hvid), P. xylostella eller T. ni på deres larve eller puppe iscenesætter 15,17.
Spindemider er celle-indhold feEders. Mide-induceret skade er anerkendt som en samling af klorotiske pletter, der varierer i farve fra hvid til lys grøn. Følsomheden af en plante vært til edderkop mide herbivory var tidligere vurderet enten indirekte gennem en analyse af edderkop mide ydeevne dage efter angreb 18,19, eller direkte hjælp grov morfologi planter uger efter angrebets 18 eller ved hjælp af en digital billedbehandling blade udsat at mider i dagevis med efterfølgende automatiseret billedanalyse 19. Disse metoder blev udviklet og anvendt til studier af samspillet mellem tomatplanter og T. urticae, og anvendes typisk et lille antal spindemider (5-15 per behandling), der blev indsamlet fra den blandede mide befolkning og blev placeret på bladet overfladen med en blød børste. Men disse metoder er ikke egnet til undersøgelser, hvor der skal anvendes større antal mider. Hertil kommer, mens direkte behandling af blade billeder i billedet analyse softwaresom Adobe Photoshop (San Jose, CA) eller ImageJ 20 kan anvendes til analyse af tomat skade disse protokoller brug modifikation med henblik på at blive anvendt på blade, der har større refleksionsevne overflade eller let farvede og har meget synlige trichomer ( f.eks A. thaliana), som interfererer med automatiseret udvælgelse af klorotiske pletter, der markerer skade plante. Endvidere udviklingsstadium spindemider, der let kan anvendes med tidligere metoder er begrænset til de mest udbredte og let identificerbare voksne hunner og udelukker anvendelsen af andre udviklingstrin.
Det første afgørende skridt i retning af high-throughput analyse af plante-edderkop mide interaktion er at etablere reproducerbare, enkle og robuste protokoller til at udfordre planter med spindemider og pålideligt vurdere interaktion resultater.
I denne video en effektiv metode til hurtig og nem samling af et stort antalber af voksne kvindelige mider, er deres anvendelse på forsøgsbasis plante vært, og den vurdering af skaden anlægget på grund af edderkop mide fodring beskrevet. Den præsenterede protokol muliggør hurtig og effektiv indsamling af hundredvis af personer på ethvert udviklingstrin (æg, larver, nymfer, voksne mænd og kvinder), der kan bruges til efterfølgende eksperimentel anvendelse. Desuden kan disse protokoller anvendes på enhver mide værtsplante, men er specifikt blevet demonstreret i tilfælde af A. thaliana.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne video viser, protokoller, der bruges til at isolere og til at angribe planter med et stort antal voksne kvindelige mider. Selvom vi præsenterede denne protokol ved hjælp af A. thaliana, kan det bruges til enhver plante-edderkop mide interaktion, og er i øjeblikket ved at blive anvendt med succes også på tomat og Grapevine (Vitis vinifera) planter. Protokollen udbytter reproducerbare resultater, hvilket indikerer, at indsamlede mider er sammenlignelig fysiologiske tilstand (figur 3).<…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This project was funded by the Government of Canada through Genome Canada and the Ontario Genomics Institute (OGI-046), and Ontario Research Fund–Global Leadership in Genomics and Life Sciences GL2-01-035 (to M.G. and V.G.). T.V.L. is a postdoctoral fellow of the Fund for Scientific Research Flanders (FWO).
Materials
| Plant material: | |||
| California red kidney bean | Stokes, Thorold, ON, Canada | NA | Two week old, well infested with spider mites two or three days before use. Other cultivars of Phaseolus vulgaris can be used. |
| Chemicals: | |||
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P9416 | 1% stock solution is prepared to simplify aliquoting |
| Tap water | Any supplier | NA | At room temperature, heat- and cold-shock affect mite survival rate and peformance |
| Other materials and equipment: | |||
| Plastic tray | Any supplier | NA | – |
| Set of scissors | Any supplier | NA | – |
| 2 L beakers | Any supplier | NA | – |
| Paper towels | Any supplier | NA | – |
| Sets of sieves | Manufactured in house | NA | Detailed instructions are available |
| Thin brush | Any supplier | NA | – |
| Pipettes | Any supplier | NA | – |
| Pipette tips | Any supplier | NA | 0.2 and 1 mL |
| 1.5 mL centrifuge tubes | Any supplier | NA | – |
| Air pump | Any supplier | NA | Aquarium type pump with inverted air flow. Vacuum line can be used. Required pressure drop is approx. 2-4 psi |
| Stereoscope | Any supplier | NA | – |
| Scanner | Epson | V30 | Any flatbed scanner allowing necessary degree of control over scan quality. We use Epson V30 for our experiments. |
| Computer | Any supplier | NA | Windows or OS X PC which is compatible with scanner hardware and Adobe Photoshop software. |
| Adobe Photoshop software | Adobe Systems Inc., San Jose, CA, USA | various | Any version with Histogram tool included. |
Referências
- Jeppson, L. R., Keifer, H. H., Baker, E. W. . Mites injurious to economic plants. , (1975).
- Migeon, A., Dorkeld, F. Spider Mites Web: a comprehensive database for the Tetranychidae. http://www.montpellier.inra.fr/CBGP/spmweb. , (2013).
- Croft, B. A., Vandebaan, H. E. Ecological and Genetic-Factors Influencing Evolution of Pesticide Resistance in Tetranychid and Phytoseiid Mites. Exp Appl Acarol. 4, 277-300 (1988).
- Van Leeuwen, T., et al. Mitochondrial heteroplasmy and the evolution of insecticide resistance: Non-Mendelian inheritance in action. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105, 5980-5985 (2008).
- Van Leeuwen, T., Vontas, J., Tsagkarakou, A., Dermauw, W., Tirry, L. Acaricide resistance mechanisms in the two-spotted spider mite Tetranychus urticae and other important Acari: A review. Insect Biochem Molec. 40, 563-572 (2010).
- Dermauw, W., et al. The cys-loop ligand-gated ion channel gene family of Tetranychus urticae: Implications for acaricide toxicology and a novel mutation associated with abamectin resistance. Insect Biochem Molec. 42, 455-465 (2012).
- Van Leeuwen, T., et al. Population bulk segregant mapping uncovers resistance mutations and the mode of action of a chitin synthesis inhibitor in arthropods. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109, 4407-4412 (2012).
- Dearden, P. K., Donly, C., Grbic, M. Expression of pair-rule gene homologues in a chelicerate: early patterning of the two-spotted spider mite Tetranychus urticae. Development. 129, 5461-5472 (2002).
- Khila, A., Grbic, M. Gene silencing in the spider mite Tetranychus urticae: dsRNA and siRNA parental silencing of the Distal-less gene. Development genes and evolution. 217, 241-251 (2007).
- Grbic, M., et al. Mity model: Tetranychus urticae, a candidate for chelicerate model organism. BioEssays : news and reviews in molecular, cellular and developmental biology. 29, 489-496 (2007).
- Grbic, M., et al. The genome of Tetranychus urticae reveals herbivorous pest adaptations. Nature. 479, 487-492 (2011).
- Kliebenstein, D., Pedersen, D., Barker, B., Mitchell-Olds, T. Comparative analysis of quantitative trait loci controlling glucosinolates, myrosinase and insect resistance in Arabidopsis thaliana. Genética. 161, 325-332 (2002).
- Abe, H., et al. Function of jasmonate in response and tolerance of Arabidopsis to thrip feeding. Plant & cell physiology. 49, 68-80 (2008).
- Whiteman, N. K., et al. Mining the plant-herbivore interface with a leafmining Drosophila of Arabidopsis. Molecular ecology. 20, 995-1014 (2011).
- Goodspeed, D., Chehab, E. W., Min-Venditti, A., Braam, J., Covington, M. F. Arabidopsis synchronizes jasmonate-mediated defense with insect circadian behavior. Proc Natl Acad Sci U S A. 109, 4674-4677 (2012).
- Kim, J. H., Lee, B. W., Schroeder, F. C., Jander, G. Identification of indole glucosinolate breakdown products with antifeedant effects on Myzus persicae (green peach aphid). The Plant journal : for cell and molecular biology. 54, 1015-1026 (2008).
- Adio, A. M., et al. Biosynthesis and defensive function of Ndelta-acetylornithine, a jasmonate-induced Arabidopsis metabolite. Plant Cell. 23, 3303-3318 (2011).
- Li, L., et al. The tomato homolog of CORONATINE-INSENSITIVE1 is required for the maternal control of seed maturation, jasmonate-signaled defense responses, and glandular trichome development. Plant Cell. 16, 126-143 (2004).
- Kant, M. R., Ament, K., Sabelis, M. W., Haring, M. A., Schuurink, R. C. Differential timing of spider mite-induced direct and indirect defenses in tomato plants. Plant Physiol. 135, 483-495 (2004).
- Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Methods. 9, 671-675 (2012).
