本方案描述了一种可靠而直接的培养、收集和筛选 Ditylenchus dipsaci的方法。
植物寄生线虫(PPNs)每年破坏全球12%以上的粮食作物,相当于每年损失约1570亿美元。随着全球人口的不断增长和可耕地的有限,控制PPN侵扰对粮食生产至关重要。由于缺乏线虫选择性,对有效杀虫剂的限制越来越多,使作物产量最大化的挑战更加复杂。因此,开发新的安全化学杀线虫剂对粮食安全至关重要。在该协议中,证明了PPN物种 Ditylenchus dipsaci的 培养和收集。 D. dipsaci 既具有经济破坏性,又对大多数现代杀线虫剂具有相对抗性。目前的工作还解释了如何在筛选新型小分子杀线虫剂以及数据收集和分析方法的报告中使用这些线虫。所展示的管道每周可提供数千种化合物的通量,并且可以轻松适应与其他PPN物种(如 Pratylenchus penetrans)一起使用。本文中描述的技术可用于发现新的杀线虫剂,这些杀线虫剂反过来又可能进一步发展成高度选择性的商业产品,以安全地对抗PPN,以帮助养活日益饥饿的世界。
据估计,植物寄生线虫(PPN)每年造成全球粮食产量损失12.3%,估计造成1570亿美元的损失1,2,3。不幸的是,控制PPN的能力正在减弱,因为有效的化学杀线虫剂已经被禁止,或者由于人类安全和环境问题而面临不断升级的限制。这主要是由于前几代农药的线虫选择性差4。在过去25年中,已经试验或引进了六种新的化学杀线虫剂5.其中一个已经在欧洲被禁止,另一个已经停止,同时正在调查其对人类健康的影响6,7。因此,迫切需要对PPN具有高选择性的新型杀线虫剂。
茎和球茎线虫Ditylenchus dipsaci(D. dipsaci)是一种具有经济影响力的PPN 4.D. dipsaci感染了30个生物种族的近500种植物物种,并针对一些农业上最重要的作物,如黑麦,燕麦,大蒜,洋葱和韭菜8,9。例如,D. dipsaci最近在安大略省和魁北克省掠夺了大蒜田,造成高达90%10,11的损失。它的地理分布几乎无处不在,包括美洲(包括加利福尼亚和佛罗里达州),欧洲,亚洲大部分地区(包括中国)和大洋洲9。D. dipsaci是一种迁移性内寄生虫,它进入叶子或伤口和透镜上的气孔,在那里它们释放酶以分解细胞壁12。再加上D. dipsaci对作物的影响,PPN造成的损害使植物容易受到继发感染11。不幸的是,与其他线虫菌株13,14相比,D. dipsaci对当前杀线虫剂表现出高耐受性水平。
该协议描述了D. dipsaci的培养,及其在小分子候选杀线虫剂的大规模筛选中的应用。简而言之,在无菌Gamborg B-5(GA)培养基15中培养的豌豆植物上维持和扩展D. dipsaci种群。在GA培养基上生长种子芽之前,必须通过一系列洗涤对种子进行灭菌,并铺在营养琼脂(NA)上以检查污染。种子灭菌对于检测可能存在的细菌和真菌污染物至关重要。然后将未受污染的种子转移到GA板中,种子芽将在那里生长以准备感染。通过将含有根组织的琼脂片转移到新鲜平板上,含有种子芽的GA板被先前培养板中的线虫感染。6-8周后,从GA培养基中提取线虫,并通过咖啡过滤器衬里的漏斗过滤到收集烧杯中。一旦收集了合适数量的线虫,线虫就可以用于各种生物测定。该协议中描述的技术在每个培养板中产生约15,000个D. dipsaci。培养D. dipsaci的替代方案已经公布了16,17。
基于先前工作18的体外小分子筛选测定也在这里描述。作为蠕虫健康的代表,在小分子暴露5天后,检查每孔20种线虫的流动性。为了更好地可视化蠕虫的移动性,添加了NaOH以增加活蠕虫的运动19,20。该协议允许中等通量筛选,并为评估小分子的线虫电位提供有价值的数据。如果使用不同的线虫收集技术16,17,则本文描述的小分子筛选方法仍然可以实现。
关键步骤
尽管协议很简单,但协议中有一些关键步骤值得额外关注,以最大限度地提高成功的可能性。首先,过度漂白种子会破坏它们的生长。因此,将种子在漂白溶液中的时间限制在20分钟或更短的时间内至关重要。其次,正如Storelli等人先前指出的那样,当在4°C下储存时,线虫的表观健康状况随时间而降低16。在收集线虫后不久使用线虫可以提供额外的信心,可以达到最佳的筛选条件。如果需要长期储存,请确保管盖不紧,以允许氧气交换。第三,确保豌豆在建议的时间内在NA板上生长,使实验者能够判断哪些种子被污染。第四,在添加线虫之前,在GA平板上过度生长豌豆会减弱感染并降低线虫产量。最后,许多难以控制的因素都会影响筛查结果。因此,必须在不同的日期进行多个独立的重复筛选,理想情况下是从不同的培养板收集的PPN,以确保结果的可重复性。
方法限制
该协议的局限性在于它无法同步收集的蠕虫的发育阶段,其范围从幼年到成虫。因此,任何屏幕显示的强烈命中都可能在多个阶段有效。然而,该协议增加了忽略有效阶段特定命中的风险。第二个考虑因素是 ,体外 筛选应被视为杀线虫剂发现管道的第一步;土壤检测是测试命中可转化性的管道的绝佳补充。
协议的意义和应用
这里描述的协议简单且易于复制。此外,该协议已成功应用于实验室中的其他PPN,包括 Pratylenchus penetrans,只需进行轻微的修改。制定新的、安全的PPN控制措施对于确保全球粮食安全至关重要。对于像 D. dipsaci 这样的物种尤其如此,它们通常对各种目前可接受的化学杀线虫剂13,14具有耐受性。因此,这里概述的协议有可能在全球范围内对人类健康做出重要贡献。
The authors have nothing to disclose.
作者感谢Qing Yu博士(加拿大农业和农业食品)提供了 Ditylenchus dipsaci 文化并就培养方法提供了建议;Benjamin Mimee博士(加拿大农业和农业食品部)和Nathalie Dauphinais(加拿大农业和农业食品部)就植物寄生线虫的 体外 培养提供建议;Andrew Burns博士和Sean Harrington博士就项目和手稿提供有用的建议。JK是NSERC Alexander Graham Bell加拿大研究生。PJR 由 CIHR 项目赠款 (313296) 提供支持。PJR是加拿大化学遗传学研究主席(Tier 1)。
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 |