Summary

הפקת ארס מהצרעה הטפילית Trichogramma dendrolimi באמצעות פונדקאי מלאכותי

Published: October 06, 2023
doi:

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול להפקת ארס מ Trichogramma dendrolimi באמצעות מארח מלאכותי שנוצר עם סרט פוליאתילן ותמיסת חומצות אמינו.

Abstract

צרעות טפיליות הן קבוצה מגוונת של חרקים הימנופטריים המשמשים כמשאבים יקרי ערך להדברה ביולוגית של מזיקים. כדי להבטיח טפילות מוצלחת, צרעות טפיליות מזריקות ארס לפונדקאים שלהן כדי לדכא את חסינות המארחים שלהן, לווסת את התפתחות הפונדקאים, חילוף החומרים ואפילו ההתנהגות שלהם. עם יותר מ-600,000 מינים מוערך, מגוון הצרעות הטפיליות עולה על זה של בעלי חיים ארסיים אחרים, כגון נחשים, חלזונות חרוט ועכבישים. ארס צרעה טפילי הוא מקור לא נחקר מספיק של מולקולות ביו-אקטיביות עם יישומים פוטנציאליים בהדברה וברפואה. עם זאת, איסוף ארס הטפילים מאתגר בשל חוסר היכולת להשתמש בגירוי ישיר או חשמלי והקושי בדיסקציה בגלל גודלם הקטן. טריכוגרמה (שם מדעי: Trichogramma ) הוא סוג של צרעות טפיליות ביצים זעירות (~0.5 מ”מ) הנמצאות בשימוש נרחב להדברה ביולוגית של מזיקים לפידופטרניים הן בחקלאות והן ביערות. כאן, אנו מדווחים על שיטה להפקת ארס מ T. dendrolimi באמצעות פונדקאים מלאכותיים. פונדקאים מלאכותיים אלה נוצרים עם סרט פוליאתילן ותמיסות חומצות אמינו ולאחר מכן מחוסנים בצרעות טריכוגרמה לטיפול בטפילות. לאחר מכן נאסף הארס ורוכז. שיטה זו מאפשרת מיצוי כמויות גדולות של ארס טריכוגרמה תוך הימנעות מזיהום מרקמות אחרות הנגרמות כתוצאה מדיסקציה, בעיה נפוצה בפרוטוקולי דיסקציה של מאגרי ארס. גישה חדשנית זו מאפשרת את המחקר של ארס טריכוגרמה , וסוללת את הדרך למחקר חדש וליישומים פוטנציאליים.

Introduction

צרעות טפיליות הן חרקים טפיליים המהווים משאבים חשובים להדברה ביולוגית1. יש מגוון רחב של צרעות טפיליות, עם מעל 600,000 מינים מוערכים2. מגוון הצרעות הטפיליות עולה בהרבה על זה של פרוקי רגליים ארסיים אחרים, כגון נחשים, חלזונות חרוט, עכבישים, עקרבים ודבורים. ארס הוא גורם טפילי חשוב בצרעות טפיליות. לטפילות מוצלחת, הארס מוזרק לפונדקאי, ומווסת את התנהגותו, חסינותו, התפתחותו וחילוף החומרים של הפונדקאי3. יתר על כן, הארס של צרעות טפיליות מציג מגוון יוצא דופן במבנים המולקולריים שלו, במטרות ובתפקודים, ומשקף קו-אבולוציה מורכבת עם המארחים שלהם. לפיכך, ארס טפילי הוא משאב יקר ערך ולא מוערך מספיק של מולקולות פעילות למטרות קוטלי חרקים או רפואיים4. בניגוד לארס של נחשים, חלזונות חרוט, עכבישים, עקרבים ודבורים, ארס צרעה טפילי אינו יכול להיאסף על ידי גירוי ישיר או גירוי חשמלי5. השיטה הנוכחית להפקת ארס צרעה טפילי היא לנתח את מאגר הארס. עם זאת, צרעות טפיליות הן לרוב קטנות, ונתיחת צרעות טפיליות דורשת מיומנויות טכניות גבוהות. לכן, אם נוכל למצוא דרך לאסוף את ארס הצרעות הטפיליות בצורה יעילה ונוחה, זה יעזור מאוד לחקור את הארס של צרעות טפיליות.

טריכוגרמה (שם מדעי: Trichogrammatidae) היא סוג של צרעות טפיליות זעירות (~0.5 מ”מ אורך)6. צרעות אלה הן בין חומרי ההדברה הביולוגית הנפוצים ביותר, במיוחד נגד ביצים של מזיקים לפידופטרנים שונים הן בחקלאות והן ביערות. לדוגמה, T. dendrolimi, אחד ממיני הטריכוגרמה הנפוצים ביותר בסין, יושם באופן נרחב להדברת מגוון מזיקים חקלאיים וייעוריים, כגון Dendrolimus superans, Ostrinia furnacalis, ו Chilo suppressalis. מחקרים קודמים הראו כי צרעות טריכוגרמה יכולות להזריק את ביציהן לפונדקאים מלאכותיים7. ניתן ליצור פונדקאים מלאכותיים באמצעות חומרים כגון שעווה8, אגר9, פרפילם10 ופילם פלסטיק11. התמיסה בפונדקאים מלאכותיים המשרה מספיק אוביפוזיציה עבור טריכוגרמה יכולה להיות פשוטה, כגון חומצות אמינו או מלחים אנאורגניים12. בהתבסס על המאפיין כי T. dendrolimi יכול לטפיל פונדקאים מלאכותיים, מחקר זה מספק שיטה חדשה להפקת ארס מצרעות טפיליות באמצעות פונדקאים מלאכותיים. גישה זו נועדה לטפל בחסרונות של תפוקה נמוכה, טוהר נמוך ורגישות לזיהום בטכניקות מיצוי נוכחיות. באמצעות שיטה זו, כמות גדולה של ארס טוהר גבוה מ T. dendrolimi ניתן לחלץ, אשר עונה על הצרכים של מחקר מדעי וסינון של מולקולות ביו-אקטיביות למטרות קוטלי חרקים או רפואיים.

Protocol

1. גידול חרקים להאכיל Corcyra cephalonica על קמח תירס בטמפרטורה של 26 ± 1 מעלות צלזיוס ולחות יחסית של 40% ± 10%. הזן T. dendrolimi מחרק Jilin בתוך הבית תוך שימוש בביצים של Corcyra cephalonica כפונדקאים. להאכיל צרעות בוגרות 10% מי סוכרוז בצינורות דרוזופילה בטמפרטורה של 26 ± 1 מעלות צ…

Representative Results

ריכוז החלבונים של דגימות ארס מייצגות נמדד באמצעות ערכת בדיקת החלבון, והתוצאות מוצגות בטבלה 1. התוצאות הראו כי ריכוז חלבון הארס שנאסף בשיטה זו נע בין 0.35 מיקרוגרם/מיקרוליטר ל-0.46 מק”ג/מיקרוליטר, בעוד שבבקרה השלילית של תמיסת חומצות אמינו היה ריכוז חלבון של 0.03 מק”ג/μL עד 0.05 מיקרוגרם/μL. ר?…

Discussion

כאן, אנו מציגים שיטה להפקת ארס מ T. dendrolimi באמצעות פונדקאים מלאכותיים. להלן נקודות המפתח בניסוי איסוף הארס. (1) במהלך ההכנה, T. dendrolimi חייב להיות מורדם במהירות עם ריכוז מתאים של CO2. אם ריכוז CO2 נמוך מדי, זה לא יהיה מספיק כדי להרדים את Trichogramma במהירות. לעומת זאת, אם הריכוז גב…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

אנו מכירים בתמיכה כספית מהקרן למדעי הטבע של מחוז היינאן (מענק מס ‘323QN262), הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענק מס ‘31701843 ו -32172483), קרן החדשנות המדעית והטכנולוגית של ג’יאנגסו לחקלאות (מענק מס ‘. CX(22)3012 ו- CX(21)3008), קרן “Shuangchuang Doctor” של מחוז ג’יאנגסו (מענק מס ‘202030472), וקרן הסטארט-אפים של האוניברסיטה החקלאית נאנג’ינג (מענק מס ‘804018).

Materials

10 μm Nylon Net Millipore NY1002500 For filtering the eggs
10% Polyvinyl alcohol Aladdin P139533 For attractting  T. dendrolimi  to lay eggs
10% Sucrose water Sinopharm Chemical Reagent  10021463 Feed Trichogramma dendrolimi
4x LDS loading buffer Ace Hardware B23010301 SDS-PAGE
Collection box Deli 8555 Container for T. dendrolimi parasitism
Future PAGE  4–12% (12 wells) Ace Hardware J70236502X SDS-PAGE
GenScript eStain L1 protein staining apparatus GenScript L00753 SDS-PAGE
Glass grinding rod   Applygen tb6268 Semicircular protrudations 
L- Leucine Solarbio L0011 Artificial host components
L-Histidine Aladdin A2219458 Artificial host components
L-Phenylalanine Solarbio P0010 Artificial host components
Mini-Centrifuges Scilogex D1008 Centrifuge
MOPS-SDS running buffer Ace Hardware B23021 SDS-PAGE
Omni-Easy Instant BCA protein assay kit Shanghai Yamay Biomedical Technology  ZJ102 For esimation of venom protein concentration
PCR plate layout of 96 holes Thermo Fisher AB1400L Semicircular protrudations 
Polyethylene plastic film Suzhou Aopang Trading   001c5427 Artificial egg card
Prestained color protein marker(10–180 kDa) YiFeiXue Biotech YWB007 SDS-PAGE
Rubber band Guangzhou qianrui biology science and technology 009 Tighten the plastic film and the collection box
Silicone rubber septa mat, 96-well, round hole Sangon Biotech F504416-0001 Semicircular protrudations 

References

  1. Pennacchio, F., Strand, M. R. Evolution of developmental strategies in parasitic hymenoptera. Annual Review of Entomology. 51, 233-258 (2006).
  2. Yan, Z. C., Ye, X. H., Wang, B. B., Fang, Q., Ye, G. Y. Research advances on composition, function and evolution of venom proteins in parasitoid wasps. Chinese Journal of Biological Control. 33 (1), 1-10 (2017).
  3. Asgari, S., Rivers, D. B. Venom proteins from endoparasitoid wasps and their role in host-parasite interactions. Annual Review of Entomology. 56, 313-335 (2011).
  4. Moreau, S. J. M., Guillot, S. Advances and prospects on biosynthesis, structures, and functions of venom proteins from parasitic wasps. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 35 (11), 1209-1223 (2005).
  5. Yan, Z. C., et al. A venom serpin splicing isoform of the endoparasitoid wasp Pteromalus puparum suppresses host prophenoloxidase cascade by forming complexes with host hemolymph proteinases. Journal Biological Chemistry. 292 (3), 1038-1051 (2017).
  6. Woelke, J. B., et al. Description and biology of two new egg parasitoid species (Hymenoptera: Trichogrammatidae) reared from eggs of Heliconiini butterflies (Lepidoptera: Nymphalidae: Heliconiinae) in Panama. Journal of Natural History. 53 (11-12), 639-657 (2019).
  7. Zang, L. S., Wang, S., Zhang, F., Desneux, N. Biological control with Trichogramma in China: History, present status, and perspectives. Annual Review of Entomology. 66, 463-484 (2021).
  8. Nettles, W. C. J., Morrison, R. K., Xie, Z. N., Ball, D., Shenkir, C. A., Vinson, S. B. Synergistic action of potassium chloride and magnesium sulfate on parasitoid wasp oviposition. Science. 218, 4568 (1982).
  9. Tilden, R. L., Ferkovich, S. M. Kairomonal stimulation of oviposition into an artificial substrate by the endoparasitoid Microplitis croceipes (Hymenoptera)Braconidae). Annals of the Entomological Society of America. 81 (1), 152-156 (1988).
  10. Xie, Z. N., Li, L., Xie, Y. Q. In vitro culture of Habrobracon hebetor. Chinese Journal of Biological Control. 5 (2), 49-51 (1989).
  11. Han, S. T., Liu, W. H., Li, L. Y., Chen, Q. X., Zeng, B. K. Breeding Trichogramma ostriniae with artificial eggs. Journal of Environmental Entomology. 21 (1), 9-12 (1999).
  12. Li, L. Y., Chen, Q. X., Liu, W. H. Oviposition behavior of twelve species of Trichogramma and its influence on the efficiency of rearing them in vitro. Journal of Environmental Entomology. 11 (1), 31-35 (1989).
  13. Xing, J. Q., Li, L. Y. Rearing of an egg parasite Anastatus japonicus Ashmead in vitro. Acta Entomologica Sinica. 33 (2), 166-173 (1990).
  14. Moreau, S. J. M. "It stings a bit but it cleans well": Venoms of Hymenoptera and their antimicrobial potential. Journal of Insect Physiology. 59 (2), 186-204 (2013).
  15. Moreau, S. J. M., Asgari, S. Venom proteins from parasitoid wasps and their biological function. Toxins. 7 (7), 2385-2412 (2015).

Play Video

Cite This Article
Wang, H., Yu, Z., Ren, X., Li, Y., Yan, Z. Extracting Venom from the Parasitoid Wasp Trichogramma dendrolimi Using an Artificial Host. J. Vis. Exp. (200), e66032, doi:10.3791/66032 (2023).

View Video