Summary

Masseoppdrett og molekylære studier i Tortricidae Pest Insekter

Published: March 25, 2022
doi:

Summary

Den nåværende protokollen beskriver oppdrettsmetoden for tortricid skadedyrsinsekter i laboratoriene. Prosedyrene for å skille insekters kjønn og trekke ut nukleinsyrer for høy gjennomstrømningssekvensering etableres ved hjelp av to tortricid.

Abstract

Tortricidae (Lepidoptera), kjent som tortrix eller leafroller møll, består av mange landbruks- og skogbruk, noe som forårsaker alvorlige landbrukstap. For å forstå biologien til slike skadedyrmøller har grunnleggende teknikker vært etterspurt. Her utvikles metoder for masseoppdrett, observasjoner og molekylære studier ved hjelp av to te tortrix, Homona magnanima og Adoxophyes honmai (Lepidoptera: Tortricidae). Insekter ble masseoppdratt med skiver kunstig kosthold og opprettholdt ved innavl i over 100 generasjoner ved å vurdere deres biologiske egenskaper. Insekter har ulike sex dimorfismer; Derfor er det vanskelig å skille kjønn i utviklingsstadiene, noe som har forhindret etterfølgende analyser. Det nåværende arbeidet fremhevet at tortricids larver kan bestemmes ved å observere testikler eller melke-eddik-orceinfarging for å visualisere det kvinnespesifikke W-kromosomet. Videre, ved hjelp av kjønnsbestemmelsesmetodene, aktiverte den nåværende studien nukleinsyreekstraksjoner fra kjønnsbestemte embryoer og anvendelse mot høy gjennomstrømningssekvensering. Disse tipsene gjelder for andre skadedyrsinsekter og vil lette ytterligere morfologiske og genetiske studier.

Introduction

Lepidopteran insekter representerer mer enn 10% av alle beskrevne levende arter1, og visse taxa arter forårsaker alvorlig skade på planter og alvorlige landbrukstap 2,3. Selv om molekylære og genetiske studier er utviklet ved hjelp av modellinsekter som silkeorm bombyx mori 4,5, forblir skadedyrsinsekter uinvestert, delvis på grunn av vanskelighetene med oppdrett og håndteringav 6,7. Derfor er grunnleggende studier og teknikker nødvendige for å forstå biologien til slike ikke-modell skadedyrsinsekter.

Tortricidae (Lepidoptera), kjent som tortrix eller leafroller møll, består av mange landbruks- og skogbruk skadedyr8. Av insekt taxa er orientalsk te tortrix Homona magnanima Diakonoff og sommerfrukt tortrix Adoxophyes honmai Yasuda alvorlige polyfagiske kjent for å skade tetrær i Øst-Asia7. De to artene lå flate og ovale skalalignende eggklynger (eller eggmasser) bestående av tynne, myke og skjøre egg dekket av mors sekreter. Selv om embryogenesestadier er avgjørende for insektutvikling og kjønnsbestemmelse9, forhindrer eggstrukturer videre analyse fra å forstå insektens biologi. Det er viktig å overvinne vanskelighetene for videre studier på som ovipositing slike komplekse eggmasse.

Her, for å forstå biologien til tortricids, er metoder for masseoppdrett, observasjoner og molekylære studier utviklet ved hjelp av A. honmai og H. magnanima. For det første opprettholder masseoppdrettsmetoder begge tortricids over 100 generasjoner av innavl. Separasjonen av egg fra den sammenkoblede skalalignende eggmassen forenklet embryogeneseobservasjon av tortricidene ved hjelp av alkaliske og organiske løsningsmidler som tidligere ble utviklet fra teknikker som brukes i fluer10. I tillegg etablerte den nåværende studien kjønnsdiskriminering av små embryoer ved å utvikle fargingsmetoder for kjønnskromatin hos lepidopteran kvinner ved hjelp av melke-eddik-orcein11. Ved å kombinere disse metodene ble nukleinsyrer av høy kvalitet og kvantitet ekstrahert fra kjønnsbestemte embryoer, noe som ellers var vanskelig å etablere6. Den ekstraherte RNA ble brukt til neste generasjons sekvensering. Samlet gjelder metodene som presenteres her for andre lepidopteran insekter og andre insekt taxa.

Protocol

1. Insektoppsamling og masseoppdrett Samle tortricid insekter fra felt etter tidligere publisert Referanser 8,12.MERK: H. magnanima og A. honmai larver samles fra skadede teblader (figur 1A); voksne tiltrekkes ved hjelp av 4 W bærbart UV-lys (365 nm bølgelengde, se Materialtabell, figur 1B). Bak de innsamlede larver (<strong cl…

Representative Results

Etablering av vertslinjer og vedlikeholdLevedyktigheten til feltinnsamlede larver er forskjellig tilskrevet feltplassering, årstider og oppdrettsforhold (f.eks. 90% av levedyktigheten i Taiwan, Taoyuan, som vist i Arai et al.12). Omtrent 30%-50% av parene vil generere neste generasjon som vanlig. For H. magnanima og A. honmai har matriliner blitt opprettholdt ved innavl i over 100 generasjoner. Morfologiske observasjoner o…

Discussion

Tortricid består av flere landbruks- og skogbruk skadedyr; Den nåværende studien presenterte metoder for å bake tortrix over generasjoner, observere embryogenese og kjønn av insekter, og gjennomføre molekylær analyse ved hjelp av modne embryoer.

En av hindringene for skadedyrsinsektstudie er å etablere oppdrettsmetoder. Spesielt påvirker innavl noen ganger artens kondisjon negativt. Kondisjonsreduksjonen ved innavl, kalt innavlsdepresjon, har blitt observert mye hos ulike planter og d…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne ønsker å anerkjenne støtte fra Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) Research Fellowships for Young Scientists [Grant Number 19J13123 og 21J00895].

Materials

1/2 ounce cup FP CHUPA CP070009 insect rearing; https://www.askul.co.jp/p/6010417/
1/2 ounce cup lid FP CHUPA CP070011 insect rearing; https://www.askul.co.jp/p/6010434/?int_id=recom_DtTogether
99.7% acetic acid FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan 36289 fixation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01ALF036289.html
Agilent 2100 Bioanalyzer Agilent Technologies not shown Nucleic acids quantification; https://www.agilent.com/en/product/automated-electrophoresis/bioanalyzer-systems/bioanalyzer-instrument
Agilent RNA6000 nano kit Agilent Technologies 5067-1511 Nucleic acids quantification; https://www.agilent.com/cs/library/usermanuals/Public/G2938-90034_RNA6000Nano_KG
.pdf
benzalkonium chloride solution Nihon Pharmaceutical Co., Ltd No.4987123116046 Sterilization; https://www.nihon-pharm.co.jp/consumer/products/disinfection.html
Cotton AOUME 8-1611-02 insect rearing; https://item.rakuten.co.jp/athlete-med/10006937/?scid=af_pc_etc&sc2id=af_113_0_1
DAPI solution Dojindo, Tokyo, Japan 340-07971 stainings; https://www.dojindo.co.jp/products/D523/
Disodium Hydrogenphosphate FUJIFILM Wako Chemicals Co. 4.98748E+12 Na2HPO4; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0119-0286.html
dsDNA HS quantification kit Invitrogen Q33231 Nucleic acids quantification; https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/Q33230?SID=srch-srp-Q33230
Econospin RNA II column Epoch Life Science Inc. EP-11201 RNA extraction; http://www.epochlifescience.com/Product/SpinColumn/minispin.aspx
Ethanol FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan 4.98748E+12 fixation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0105-0045.html
Ethylenediamine-N,N,N',N'-tetraacetic Acid Tetrasodium Salt Tetrahydrate (4NA) FUJIFILM Wako Chemicals Co. 4.98748E+12 Cell lysis buffer (EDTA); https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01T02N003.html
Glassine paper HEIKO 2100010 insect rearing; https://www.monotaro.com/p/8927/0964/?utm_id=g_pla&
utm_medium=cpc&utm_source=
Adw
heat block WSC-2620 PowerBLOCK ATTO, Tokyo, Japan 4002620 incubation; https://www.attoeng.site/
heptane FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan 4.98748E+12 fixation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0108-0015.html
INSECTA LF Nosan Co., Ltd not shown Artificial diet; https://www.nosan.co.jp/business/fodder/ist.htm
ISOGENII Nippon Gene 311-07361 RNA extraction; https://www.nippongene.com/siyaku/product/extraction/isogen2/isogen2.html
isopropanol FUJIFILM Wako Chemicals Co. 4.98748E+12 nucleic acids extraction; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0232-0004.html
Lactic acid FUJIFILM Wako Chemicals Co. 4.98748E+12 Stainings; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0112-0005.html
methanol FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan 4.98748E+12 fixation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0113-0182.html
MSV-3500 vortex Biosan BS-010210-TAK Voltex mixer; https://biosan.lv/products/-msv-3500-multi-speed-vortex/
Nano Photometer NP 80 Implen not shown Nucleic acids quantification; https://www.implen.de/product-page/implen-nanophotometer-np80-microvolume-cuvette-spectrophotometer/tech-specs/
Natural pack wide Inomata chemical 1859 insect rearing; https://www.monotaro.com/g/03035766/?t.q=%E3%83%8A%E3%83%81%E3%83%A5%E3%
83%A9%E3%83%AB%E3%83%91%
E3%83%83%E3%82%AF%E3%83%
AF%E3%82%A4%E3%83%89
NEBNext Ultra II RNA Library Prep Kit for Illumina New England BioLabs E7770S Library preparation; https://www.nebj.jp/products/detail/2039
orcein FUJIFILM Wako Chemicals Co. 4.98748E+12 Stainings; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0115-0094.html
Paraformaldehyde FUJIFILM Wako Chemicals Co. 160-16061 fixation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0116-1606.html
Polyoxyethylene(20) Sorbitan Monolaurate FUJIFILM Wako Chemicals Co. 4.98748E+12 Tween-20; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0116-2121.html
Portable UV Black Light (4W, 365nm wavelength) Southwalker Co., Ltd., Kanagawa, Japan not shown Insect collection; http://www.southwalker.com/shopping/?pid=1364614057-467328
Potassium Chloride FUJIFILM Wako Chemicals Co. 4.98748E+12 KCl; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0116-0354.html
Potassium Dihydrogen Phosphate FUJIFILM Wako Chemicals Co. 4.98748E+12 KH2PO4; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0116-0424.html
ProLong Diamond Antifade Mountant Invitrogen, MA, USA P36965 antifade; https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/P36965
Proteinase K Solution Merck 71049-4CN DNA extraction; https://www.merckmillipore.com/JP/ja/product/Proteinase-K-Solution-600-mAU-ml,EMD_BIO-71049
protein precipitation solution Qiagen 158912 DNA extraction; https://www.qiagen.com/us/products/discovery-and-translational-research/lab-essentials/buffers-reagents/puregene-accessories/?cmpid=PC_DA_NON_
BIOCOMPARE_ProductListing_
0121_RD_MarketPlace_ProductC
Qubit V4 Invitrogen Q33238 Nucleic acids quantification; https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/Q33238
rifampicin FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan 4.98748E+12 Sterilization; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0118-0100.html
RNA HS quantification kit Invitrogen Q32855 Nucleic acids quantification; https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/Q32852
RNase solution Nippon Gene 313-01461 RNA extraction; https://www.nippongene.com/siyaku/product/modifying-enzymes/rnase-a/rnase-s.html
Silk Mate 2S Nosan Co., Ltd not shown Artificial diet; https://www.nosan.co.jp/business/fodder/ist.htm
Sodium Chloride FUJIFILM Wako Chemicals Co. 4.98748E+12 NaCl; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0119-0166.html
Sodium Dodecyl Sulfate FUJIFILM Wako Chemicals Co. 4.98748E+12 Cell lysis buffer (SDS); https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0119-1398.html
sodium hypochlorite aqueous solution FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan 4.98748E+12 egg separation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0119-0220.html
Tetracycline Hydrochloride FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan 4.98748E+12 Sterilization; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0120-1656.html
Tris-HCl FUJIFILM Wako Chemicals Co. 4.98748E+12 Cell lysis buffer; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0120-1536.html
ultra-pure distilled water Invitrogen 10977023 RNA extraction; https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/10977015

References

  1. Gaston, K. J. The magnitude of global insect species richness. Conservation Biology. 5 (3), 283-296 (1991).
  2. Pogue, M. A world revision of the genus Spodoptera Guenée (Lepidoptera: Noctuidae). Memoirs of the American Entomological Society. 43, 1 (2002).
  3. Matsuura, H., Naito, A. Studies on the cold-hardiness and overwintering of Spodoptera litura F. (Lepidoptera: Noctuidae): VI. Possible overwintering areas predicted from meteorological data in Japan. Applied Entomology and Zoology. 32 (1), 167-177 (1997).
  4. Mita, K., et al. The construction of an EST database for Bombyx mori and its application. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (24), 14121-14126 (2003).
  5. Kawamoto, M., et al. High-quality genome assembly of the silkworm, Bombyx mori. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 107, 53-62 (2019).
  6. Fukui, T., et al. In vivo masculinizing function of the Ostrinia furnacalis Masculinizer gene. Biochemical and Biophysical Research Communications. 503 (3), 1768-1772 (2018).
  7. Arai, H., Ishitsubo, Y., Nakai, M., Inoue, M. N. A simple method to disperse eggs from lepidopteran scale-like egg masses and to observe embryogenesis. Entomological Science. 25 (1), 12497 (2022).
  8. vander Geest, L. P., Evenhuis, H. H. . Tortricid pests: their biology, natural enemies and control. , (1991).
  9. Kiuchi, T., et al. A single female-specific piRNA is the primary determiner of sex in the silkworm. Nature. 509 (7502), 633-636 (2014).
  10. Rand, M. D., Kearney, A. L., Dao, J., Clason, T. Permeabilization of Drosophila embryos for introduction of small molecules. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 40 (11), 792-804 (2010).
  11. Kageyama, D., Traut, W. Opposite sex-specific effects of Wolbachia and interference with the sex determination of its host Ostrinia scapulalis. Proceedings of the Royal Society B. 271 (1536), 251-258 (2004).
  12. Arai, H., Lin, S. R., Nakai, M., Kunimi, Y., Inoue, M. N. Closely related male-killing and nonmale-killing Wolbachia strains in the oriental tea tortrix Homona magnanima. Microbial Ecology. 79 (4), 1011-1020 (2020).
  13. Schalamun, M., et al. Harnessing the MinION: An example of how to establish long-read sequencing in a laboratory using challenging plant tissue from Eucalyptus pauciflora. Molecular Ecology Resources. 19 (1), 77-89 (2019).
  14. Winnebeck, E. C., Millar, C. D., Warman, G. R. Why does insect RNA look degraded. Journal of Insect Science. 10 (1), 159 (2010).
  15. Ivey, C. T., Carr, D. E., Eubanks, M. D. Effects of inbreeding in Mimulus guttatus on tolerance to herbivory in natural environments. Ecology. 85 (2), 567-574 (2004).
  16. Saccheri, I., et al. Inbreeding and extinction in a butterfly metapopulation. Nature. 392 (6675), 491-494 (1998).
  17. Crnokrak, P., Roff, D. A. Inbreeding depression in the wild. Heredity. 83 (3), 260-270 (1999).
  18. Keller, L. F., Waller, D. M. Inbreeding effects in wild populations. Trends in Ecology & Evolution. 17 (5), 230-241 (2002).
  19. Margaritis, L. H., Kafatos, F. C., Petri, W. H. The eggshell of Drosophila melanogaster. I. Fine structure of the layers and regions of the wild-type eggshell. Journal of Cell Science. 43 (1), 1-35 (1980).
  20. Sugimoto, T. N., Ishikawa, Y. A male-killing Wolbachia carries a feminizing factor and is associated with degradation of the sex-determining system of its host. Biology Letters. 8 (3), 412-415 (2012).
check_url/63737?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Arai, H., Ishitsubo, Y., Nakai, M., Inoue, M. N. Mass-Rearing and Molecular Studies in Tortricidae Pest Insects. J. Vis. Exp. (181), e63737, doi:10.3791/63737 (2022).

View Video