Mantenimento di colture biologiche e misurazione dell'espressione genica in Aphis nerii: un sistema Non-modello per le interazioni pianta-insetto
Summary
L’afide Aphis nerii colonizza sulle piante altamente difeso nella famiglia dogbane (Apocyanaceae) e offre numerose opportunità per studiare le interazioni pianta-insetto. Qui, presentiamo una serie di protocolli per la manutenzione di impianti e afide, culture e la generazione e l’analisi di molecolare e dati – omic per a. nerii.
Abstract
Gli afidi sono eccellenti modelli sperimentali per una varietà di domande biologiche che vanno dall’evoluzione delle simbiosi e lo sviluppo di polyphenisms a domande che circondano interazioni dell’insetto con le loro piante ospite. Risorse genomiche sono disponibili per diverse specie di afidi, e i progressi compiuti il sequenziamento di nuova generazione, trascrittomica studi sono stati estesi a organismi non-modello che non dispongono di genomi. Inoltre, afide culture possono essere raccolti dal campo e allevate in laboratorio per l’uso negli esperimenti organismi e molecolari per colmare il divario tra gli studi ecologici e genetici. Infine, molti afidi possono essere mantenuti in laboratorio sulle loro piante ospite preferito in perpetui, partenogenetiche cicli di vita consentendo confronti di riprodursi asessualmente genotipi. Aphis nerii, l’afide del milkweed-oleander, fornisce un modello per studiare le interazioni insetto con piante tossiche utilizzando esperimenti sia organismi che molecolari. Metodi per la generazione e la manutenzione delle colture vegetali e afide nell’espressione differenziale di serra e laboratorio, estrazioni di DNA e RNA, l’analisi del microsatellite, de novo del trascrittoma assemblaggio e annotazione, trascrittoma analisi e la verifica di qPCR di geni differenzialmente espressi sono descritte e discusse qui.
Introduction
Gli afidi sono piccoli insetti hemimetabolous che colonizzano su famiglie di piante diverse in tutto il mondo. Sono distintivi per diverse funzioni, più in particolare i cicli di vita complessi che coinvolgono partenogenesi ciclica e discreti polyphenisms e loro simbiosi nutrizionali obbligano con endosimbionti batterici o lievito che forniscono le sostanze nutrienti mancanti da la loro dieta di pianta sap1. Mentre la maggior parte gli afidi sono specialisti di pianta ospite, alcune specie generalista sono parassiti delle colture importanti, infliggendo notevoli danni economici sulle colture sia direttamente o tramite gli agenti patogeni e virus hanno vector2. La pubblicazione del primo genoma afide nel 2010, l’afide di pisello Acyrthosiphon pisum3, segnò un’importante pietra miliare nello studio della biologia dell’afide perché ha fornito le risorse genomiche per questioni dell’insetto adattamenti agli erbivori stili di vita, comprese quelle che potrebbero portare a una migliore di strategie di controllo4. Da quel momento, ulteriori risorse genomiche hanno accumulato con la pubblicazione di un genoma con annotazioni per la soia afide glycines Aphis5e pubblicamente disponibile intero genoma risorse per un’altra specie di tre-afide (Myzus Cerasi (afide nero ciliegia), Myzus persicae (afide peach-patata), Rhopalosiphum padi (afide ciliegia di uccello-avena)6. Sono disponibili anche per un numero di altre specie di afide prezioso de novo Transcrittomica risorse (e.g.,Aphis gossypii (afide del cotone)7, Sitobion avenae (afide grano)8, Cinara pinitabulaeformis (afide pino)9, Aphis nerii (afide del milkweed-oleander)10).
Gli afidi hanno anche fatto duraturo contributo alla nostra comprensione delle interazioni pianta-insetto e l’ecologia della vita su piante11. Un’area dove gli afidi hanno dato contributi particolarmente importanti è nella nostra comprensione dell’ecologia chimica delle interazioni pianta dell’ospite. Adattamenti di esprimere diversi insetti erbivori per superare le difese della pianta e alcuni anche cooptare le difese della pianta per il proprio beneficio12,13,14. Ad esempio, l’afide del milkweed-oleander, Aphis nerii, è un brillante giallo, dilagante afide trovato nelle regioni temperate e tropicali in tutto il mondo che colonizza su piante appartenenti alla famiglia del milkweed (Apocynaceae). Piante della famiglia delle Apocynaceae si sono evolute diverse difese chimiche, tra cui lattice latteo e glicosidi cardiaci, noti come complessi, che legano il trasportatore di cationi Na, K-atpasi e sono efficaci deterrenti a generalista erbivori15, 16. specialisti milkweed express varie modalità di resistenza ai complessi, e alcuni in modo selettivo o passivamente si accumulano o modificare complessi nei loro tessuti come un mezzo per scoraggiare la predazione o per altri benefici17. A. nerii è pensato per sequestrare complessi in questo modo, anche se i meccanismi e i vantaggi funzionali rimangono poco chiari10,18.
Date le risorse genomiche a portata di mano, a. nerii fornisce un eccellente modello sperimentale per lo studio dei meccanismi molecolari e genetici coinvolti nelle interazioni chemio-ecologico tra piante tossiche e loro specialista erbivori. Vale la pena notare che, mentre alcuni dei primi studi di a. nerii incentrato sul sequestro di complessi19, da quel momento, gli studi di a. nerii hanno fornito le comprensioni in una vasta gamma di domande evolutive ed ecologiche, compresa la struttura genetica di insetti invasivi20 e l’interazione tra bottom up e top-down regolamento l’erbivoro densità21. A. nerii è così un buon candidato come un modello sperimentale per un insieme particolarmente vasto di studi delle interazioni insetto-pianta. Critico per il successo di qualsiasi studio con a. nerii è la cultura attenta dell’afide popolazioni, che comprende la coltura delle piante da cui dipendono gli afidi, come pure una generazione efficiente di dati di alta qualità – omic. Il nostro obiettivo è quello di guidare il lettore attraverso entrambi. Descritte di seguito sono i metodi per la generazione e la manutenzione delle colture vegetali e afide in serra e laboratorio, DNA ed estrazioni RNA, analisi dei microsatelliti, de novo del trascrittoma assemblaggio e annotazione, trascrittoma analisi di espressione differenziale e la verifica di qPCR di geni differenzialmente espressi. Mentre questi metodi vengono scritti per a. nerii, i metodi di coltura, estrazione e analisi generali possono estendersi ad una varietà di specie di afidi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Lungamente è stato riconosciuto che l’aposematico a. nerii può fornire le comprensioni i modelli e meccanismi di resistenza per le difese della pianta e sequestro in particolare chimica18,37. Un numero di risorse genomiche è recentemente emerse per a. nerii10, offrendo nuove opportunità per studi di genomica funzionale ed ecologici che utilizzano a. nerii come un modello. Delineiamo protocolli di base nella c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vorremmo ringraziare Michelle Moon (Vanderbilt University) per assistenza con la fotografia. Vanderbilt University fornito supporto per PA e SSLB è supportato da DGE-1445197.
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 |
References
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