nerii 蚜生物培养和基因表达的维持--植物-昆虫相互作用的非模型系统
Summary
蚜虫蚜虫nerii殖民在罗布麻家族 (Apocyanaceae) 高度防卫的植物上, 为研究植物-昆虫相互作用提供了许多机会。在这里, 我们提出了一系列维护植物和蚜虫文化的协议, 以及对nerii的分子和涨价可能数据的生成和分析。
Abstract
蚜虫是一个优秀的实验模型的各种生物学问题, 从进化的共生和发展 polyphenisms 的问题周围昆虫与他们的寄主植物的相互作用。基因组资源可用于几种蚜虫物种, 随着下一代测序的进展, transcriptomic 研究正在扩展到缺乏基因组的非模型生物。此外, 蚜虫的培养可以从田间收集, 并在实验室饲养, 用于生物体和分子实验, 以弥合生态和遗传学研究之间的差距。最后, 许多蚜虫可以保持在实验室对他们的首选寄主植物在永久, 孤雌生殖生命周期允许比较无性繁殖基因型。蚜虫nerii, 马利筋-夹竹桃蚜, 提供一个这样的模型, 研究昆虫与有毒植物的相互作用, 利用生物体和分子实验。温室植物和蚜虫培养方法及实验室、DNA 和 RNA 提取、微卫星分析、转录组装和注释、转录差异表达本文对差异表达基因的分析和 qPCR 验证进行了概述和讨论。
Introduction
蚜虫是小型的, hemimetabolous 昆虫, 在世界各地的不同的植物家庭殖民。它们是独特的几个特点, 最明显的是他们复杂的生命周期涉及周期性的孤雌和离散 polyphenisms, 和他们的义务营养共生与细菌或酵母 endosymbionts 提供营养缺乏从他们的饮食植物汁液1。虽然大多数蚜虫都是寄主植物专家, 但一些通才物种是重要的农作物害虫, 直接或通过其载体2的病原体和病毒对农作物造成相当大的经济损失。2010年的第一个蚜虫基因组的出版, 豌豆蚜虫Acyrthosiphon 豌豆3, 标志着蚜虫生物学研究的一个重要里程碑, 因为它提供了基因组资源, 以解决有关昆虫的问题对草食生活方式的适应, 包括那些可能导致更好的控制策略4。自那时以来, 额外的基因组资源已经积累了为大豆蚜虫蚜线虫5的注明基因组, 和公开提供的全基因组资源为另三-蚜虫种类 (桃cerasi (黑樱桃蚜虫),桃蚜(桃马铃薯蚜虫),蚜配弟(鸟樱桃燕麦蚜虫)6。有价值的 transcriptomic 资源, 以及其他一些蚜虫种 (例如,棉蚜 (棉花蚜虫)7,麦管蚜管蚜(谷物蚜虫)8, Cinarapinitabulaeformis (松蚜)9,蚜虫 nerii (马利筋-夹竹桃蚜虫)10)。
蚜虫也为我们对植物-昆虫相互作用和植物生命生态学的理解提供了持久的贡献11。蚜虫作出特别重要贡献的一个领域是我们对寄主植物相互作用的化学生态学的理解。草食昆虫为克服植物防御能力提供了多样的适应, 一些甚至为自己的利益选择了植物防御12,13,14。例如, 马利筋-夹竹桃蚜虫, nerii, 是一个明亮的黄色, 侵入性蚜虫发现在全球温带和热带地区, 殖民植物在马利筋家庭 (夹竹桃科)。夹竹桃科家族中的植物进化出多样的化学防御, 包括乳白色乳胶和心苷 cardenolides, 它结合了阳离子载体 Na, K atp 酶, 是对通才草食动物15的有效威慑,16. 马利筋专家表达了各种抵抗 cardenolides 的方式, 有些人有选择地或被动地积累或修改其组织中的 cardenolides, 以此来阻止捕食或其他好处17。nerii被认为以这种方式封存 cardenolides, 虽然机制和功能效益仍然不清楚10,18。
鉴于目前的基因组资源, nerii提供了一个优秀的实验模型, 用于研究有毒寄主植物与其专门草食动物之间的化学-生态相互作用的分子和遗传机制。值得注意的是, 虽然一些早期的研究nerii集中于 cardenolides19的封存, 但从那时起, 对一. nerii的研究提供了对一系列进化和生态学问题的洞察力,包括入侵昆虫的遗传结构20以及自底向上和自上而下调节对草食动物密度的相互作用21。因此, nerii是一个很好的候选者, 作为实验模型, 对昆虫-植物相互作用进行了特别广泛的研究。对任何与nerii的研究的成功至关重要的是蚜虫群体的细致文化, 其中包括蚜虫赖以生存的植物的文化, 以及高效生成高质量涨价可能数据。我们的目标是通过两者来引导读者。下面概述了在温室和实验室, DNA 和 RNA 提取, 微卫星分析, 转录组装和注释的产生和维持植物和蚜虫文化的方法转录差异表达分析和差异表达基因的 qPCR 验证。虽然这些方法是为. nerii编写的, 但一般的培养、提取和分析方法可以扩展到各种蚜虫种类。
Protocol
Representative Results
Discussion
长期以来, 人们已经认识到, aposematic A. nerii可以提供对抵抗植物防御的模式和机制的洞察力, 特别是化学封存18,37。一些基因组资源最近出现在. nerii10, 为生态和功能基因组研究提供了新的机会, 利用nerii作为模型。我们概述了蚜虫和植物培养的基本协议, 以及分子/基因组技术, 假设未来这一物种的工作可能涉及利用基…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们要感谢米歇尔. 月亮 (范德比尔特大学) 为摄影提供帮助。范德比尔特大学向 PA 和 SSLB 提供支持, DGE-1445197 支持。
Materials
| Sun Gro Fafard Germination Mix | Hummert International | 10-0952-2 | |
| Sun Gro Fafard 3B/ Metro Mix | Hummert International | 10-0951-2 | |
| 2x 4" Round Standard Pot | Anderson Pots | 1503 | |
| DreamTaq DNA Polymerase | ThermoFisher Scientific | EP0701 | |
| Trizol | ThermoFisher Scientific | 15596026 | |
| SuperScript® III First-Strand Synthesis kit | ThermoFisher Scientific | 18080051 | |
| Power SYBR Green PCR Master Mix | ThermoFisher Scientific | 4367659 |
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