本プロトコールは、 Ditylenchus dipsaciを培養、収集、およびスクリーニングするための信頼性が高く簡単な方法を記載しています。
植物寄生性線虫(PPN)は、毎年世界の食用作物の12%以上を破壊しており、これは年間約1570億ドル(USD)の損失に相当します。世界的な人口が増加し、耕作地が限られているため、PPNの侵入を制御することは食糧生産にとって非常に重要です。作物収量を最大化するという課題をさらに悪化させているのは、線虫の選択性の欠如による効果的な農薬に対する山積みの制限です。したがって、新しく安全な化学殺線虫剤の開発は、食料安全保障にとって不可欠です。このプロトコルでは、PPN種 Ditylenchus dipsaciの 培養および収集が実証される。 D. dipsaci は経済的に損傷を与え、現代のほとんどの殺線虫剤に対して比較的耐性があります。現在の研究はまた、新規小分子殺線虫剤のスクリーニングにおいてこれらの線虫を使用する方法を説明し、データ収集および分析方法論に関する報告を行う。実証されたパイプラインは、週に数千の化合物のスループットを提供し、 Pratylenchus penetransなどの他のPPN種での使用に容易に適合させることができる。本明細書に記載される技術は、新しい殺線虫剤を発見するために使用することができ、これは、次に、ますます飢餓に苦しむ世界を養うのを助けるためにPPNと安全に戦う高度に選択的な市販製品にさらに開発され得る。
植物寄生性線虫(PPN)は、世界の食糧生産の12.3%の損失の原因であると推定され、年間推定1,570億ドルの損害を引き起こします1,2,3。残念なことに、効果的な化学殺線虫剤が禁止されているか、人間の安全と環境上の懸念のためにエスカレートする制限に直面しているため、PPNを制御する能力は低下しています。これは主に、前世代の農薬4の線虫選択性が低いためです。過去25年間で、6つの新しい化学殺線虫剤が試験的に導入または市場に導入されました5。これらのうちの1つは既にヨーロッパで禁止されており、もう1つは人間のヒース6,7への影響について調査されている間に中止されました。したがって、PPNに対して高度に選択的な新しい殺線虫剤の差し迫った必要性がある。
茎と球根の線虫であるDitylenchus dipsaci(D. dipsaci)は、経済的に影響力のあるPPN4.D. dipsaciは、30の生物学的人種にわたって約500種の植物種に感染し、ライ麦、オート麦、ニンニク、タマネギ、ネギなどの最も農業的に重要な作物のいくつかをターゲットにしています8,9。例えば、D. dipsaciは最近、オンタリオ州とケベック州のニンニク畑を鞭打ち、最大90%の損失をもたらしました10,11。その地理的分布はほぼ遍在しており、南北アメリカ大陸(カリフォルニアとフロリダを含む)、ヨーロッパ、アジアの大部分(中国を含む)、オセアニア9が含まれます。D. dipsaciは、葉または創傷およびレンチセル上の気孔に入る遊走性内寄生生物であり、そこで酵素を放出して細胞壁12を破壊する。作物に対するD. dipsaciの影響を悪化させると、PPNによって引き起こされる損傷は、植物を二次感染11に感受性にする。残念なことに、D. dipsaciは、他の線虫株と比較して現在の殺線虫に対して高い耐性レベルを示す13、14。
このプロトコールは、D. dipsaciの培養、および小分子候補殺線虫剤の大規模スクリーンにおけるその使用を記載している。簡単に述べると、D. dipsaci個体群は、滅菌ガンボーグB−5(GA)培地15で培養されたエンドウ豆植物上で維持および拡大される。GA培地で種子の芽を育てる前に、種子を一連の洗浄によって滅菌し、汚染をチェックするために栄養寒天(NA)に播種しなければならない。種子の滅菌は、存在する可能性のある細菌および真菌の汚染物質を検出するために不可欠です。汚染されていない種子はGAプレートに移され、そこで種子の芽が感染に備えて成長します。種子スプラウトを含むGAプレートを、根組織を含む寒天片を新鮮なプレートに移すことによって、前の培養プレートからの線虫に感染させる。6〜8週間後、線虫はGA培地から抽出され、コーヒーフィルターで裏打ちされた漏斗を通して収集ビーカーに濾過される。線虫は、適切な数が収集されたら、様々なバイオアッセイにおいて使用することができる。このプロトコールに記載された技術は、培養プレートあたり約15,000 D. dipsaciを生成する。D. dipsaciを栽培するための代替プロトコールが公開されている16,17.
以前の研究18に基づくインビトロ小分子スクリーニングアッセイもまた、本明細書に記載されている。ワームの健康の代理として、小分子曝露の5日後にウェルあたり20匹の線虫の移動性が検査される。ワームの移動性をよりよく視覚化するために、生きたワームの動きを増加させるためにNaOHが加えられる19、20。このプロトコルは、中スループットスクリーニングを可能にし、小分子の殺線虫の可能性を評価するための貴重なデータを提供します。異なる線虫収集技術が使用される場合16、17、本明細書に記載される小分子スクリーニング方法論は、それにもかかわらず実施され得る。
重要なステップ
プロトコルのシンプルさにもかかわらず、プロトコルには、成功の可能性を最大化するためにさらに注意すべき重要なステップがあります。第一に、種子を過剰に漂白すると、種子の成長が妨げられる可能性があります。したがって、漂白液中の種子の時間を20分以下に制限することが必須である。第二に、Storelliらによって以前に述べたように、線虫の見かけの健康状態は、4°C16で保存すると経時的に減少する。それらの収集の直後に線虫を使用することは、最適なスクリーニング条件が達成され得るというさらなる自信を提供する。長期間の保管が必要な場合は、チューブの蓋が酸素交換を可能にするためにきつくないことを確認してください。第三に、エンドウ豆がNAプレート上で提案された時間だけ成長することを確実にすることで、実験者はどの種子が汚染されているかを判断することができます。第四に、線虫を追加する前にGAプレート上のエンドウ豆を過剰に成長させることは、感染を弱め、線虫の収量を減少させる。最後に、制御が困難な多くの要因がスクリーニング結果に影響を与える可能性があります。したがって、結果の再現性を確保するためには、異なる日に、理想的には異なる培養プレートから収集されたPPNを使用して、複数の独立した複製スクリーニングを実行することが不可欠です。
方法の制限
プロトコルの制限は、少年から成虫までの範囲の収集されたワームの発達段階を同期させることに失敗することです。したがって、どの画面でも明らかになる強いヒットは、複数の段階で効果的である可能性があります。ただし、このプロトコルでは、効果的なステージ固有のヒットを見落とすリスクが高まります。第2の考慮事項は、 インビトロ スクリーニングが殺線虫剤発見パイプラインにおける第1ステップと考えるべきであることである。土壌ベースのアッセイは、ヒットの翻訳可能性をテストするためのパイプラインへの優れた追加です。
プロトコルの重要性と応用
本明細書に記載されるプロトコルは、単純で容易に複製可能である。さらに、このプロトコルは、わずかな変更を加えるだけで、Pratylenchus penetransを含む研究室の他のPPNに首尾よく適用されました。世界の食料安全保障を確保するためには、新規かつ安全なPPN管理措置の開発が不可欠である。これは、現在許容されている多種多様な化学殺線虫剤13,14に対して一般的に耐性があるD. dipsaciのような種に特に当てはまる。したがって、ここで概説したプロトコルは、地球規模で人間の健康に重要な貢献をする可能性を秘めています。
The authors have nothing to disclose.
著者らは、 Ditylenchus dipsaci 文化を提供し、培養方法に関するアドバイスを提供してくれたQing Yu博士(農業および農業食品カナダ)を認めている。ベンジャミン・ミミー博士(農業・アグリフード・カナダ)とナタリー・ドーフィネ(農業・アグリフード・カナダ)が植物寄生性線虫の 体外 培養に関するアドバイスを依頼。アンドリュー・バーンズ博士とショーン・ハリントン博士が、このプロジェクトと原稿に関する有益な提案を募集しています。JKはNSERCのアレクサンダー・グラハム・ベル・カナダ大学院奨学生です。PJRはCIHRプロジェクト助成金(313296)によってサポートされています。PJRは、化学遺伝学のカナダ研究委員長(ティア1)です。
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 |