Gryllus bimaculatus의 실험실 문화 유지, 곤충 농업 및 무척추 동물 생리학을위한 다목적 orthopteran 모델
Summary
이 논문은 식용 귀뚜라미, Gryllus bimaculatus의 실험실 배양을 장기간 양육하기위한 밀도, 사료 가용성, 수화 공급원 및 환경 통제와 같은 중요한 요소를 표준화하는 기본 방법을 설명합니다.
Abstract
Gryllus bimaculatus (De Geer)는 아프리카와 남부 유라시아 전역에 분포하는 대형 바디 크리켓으로 종종 야생 수확을 인간의 음식으로 수확합니다. G. bimaculatus 를 배양하는 것은 식이 가소성, 빠른 생식주기, 휴면 요구 사항 부족, 고밀도 사육에 대한 내성 및 병원균에 대한 견고성으로 인해 실현 가능합니다. 따라서, G. bimaculatus는 곤충 생리학, 행동, 발생학 또는 유전학 연구를위한 다목적 모델이 될 수 있습니다.
스타킹 밀도, 케이지 내 refugia, 광주기, 온도, 상대 습도 및식이 요법과 같은 문화적 매개 변수는 모두 귀뚜라미 성장, 행동 및 유전자 발현에 영향을 미치므로 표준화되어야합니다. 인간 소비를위한 곤충 양식에 관한 급성장하는 문헌에서,이 귀뚜라미는 작물 잔류 물, 식품 가공 부산물 및 기타 저비용 폐기물 흐름에서 파생 된 후보 사료 혼화제를 평가하기 위해 자주 사용됩니다.
가변 사료 기질에 반응하여 G. bimaculatus 성장 성능 및 영양 품질을 평가하는 지속적인 실험을 지원하기 위해 실험실에서 번식, 유지, 취급, 측정 및 안락사를위한 포괄적 인 표준 프로토콜 세트가 개발되어 여기에 제시되었습니다. 업계 표준 크리켓 사료는 귀뚜라미 번식 주식의 장기 유지 및 실험 제어 사료로 사용하기에 영양적으로 적절하고 기능적으로 적합한 것으로 입증되었습니다. 이 귀뚜라미를 12 광 (L) / 12 어두운 (D) 광주기에서 27 ° C의 평균 온도에서 스크린 탑핑 된 29.3 L 폴리에틸렌 케이지에서 0.005 귀뚜라미 / cm3의 밀도로 양육하고, 촉촉한 코코넛 열매는 수화 공급원 및 산란 매체 역할을하여 2 년 동안 건강한 귀뚜라미를 성공적으로 유지했습니다. 이러한 방법에 따라, 통제 된 실험에서 귀뚜라미는 수확시 평균 질량 0.724g 0.190g을 산출했으며, 89 %의 생존률과 스타킹 (22 일)과 수확 (65 일) 사이의 성적 성숙은 68.2 %였습니다.
Introduction
상징적 인 곤충 인 초파리 초파리 멜라노 가스터 (Drosophila melanogaster )에 의해 대표되는 바와 같이, 곤충을 실험실 모델 유기체로 사용하면 유전학, 독성학 및 생리학1 연구에 뚜렷한 이점을 제공합니다. 곤충의 크기가 작을수록 배양에 필요한 공간과 필요한 사료 및 소모품 재료의 양이 줄어 듭니다. 많은 곤충들이 빠르게 번식하여 전문화 된 유전 라인의 생성과 여러 세대의 평가가 필요한 연구에 독특하게 적합합니다.
많은 연구가 완전한 변형과 번식을 나타내는 Drosophila와 같은 홀로 대사 곤충에 중점을 둡니다. 그러나 Gryllus bimaculatus (De Geer), 두 개의 반점이있는 필드 크리켓을 포함한 다른 모델을 사용할 수 있습니다. G. bimaculatus 는 성적 성숙에 도달하기 전에 7 ~ 11 개의 님프 인스타를 겪는 paurometabolous 곤충입니다2. 이 크리켓은 stridulation, 영토 전시 및 배우자 보호3을 포함하여 성적 선택과 관련된 광범위한 행동을 보여줍니다. 미성숙 귀뚜라미는 많은 paurometabolous 청소년과 유사하게 ecdysis 동안 손실되고 손상된 팔다리를 재생할 수 있다는 점에서 홀로 대사 성 곤충 종의 유충과다릅니다 4. 또한, G. bimaculatus 의 완전히 서열화 된 게놈은 20215에 발표되었습니다. 이러한 특성으로 인해이 귀뚜라미는 기본 연구의 대상으로 호소력을 발휘합니다.
두 개의 발견 된 들판 귀뚜라미는 인간의 음식과 동물 사료를 위해 널리 사육됩니다. 이러한 작업의 규모는 종종 실험실 연구 6,7보다 훨씬 큽니다. 규모의 차이에도 불구하고, 연구원들이 직면 한 도전은 상업용 크리켓 농부들이 직면 한 도전과 크게 겹칩니다. 이러한 고려 사항은 식용 곤충 생산을 개선하기위한 실험실 기반 연구의 맥락에서 수렴됩니다. 식용 곤충 산업이 계속 진화하고 성장함에 따라 사료 투입량과 생산의 무수한 다른 측면을 최적화하는 것이 주요 목표입니다8. 이 귀뚜라미의 양육 효율성, 생존 또는 생성 시간의 측정 된 개선을 보여주는 실험실 연구는 귀뚜라미 농업 운영의 수익성을 장기적으로 높이는 데 도움이 될 가능성이 있습니다.
표준화 된 양육 프로토콜은 양육 최적화를 조사하는 연구 간의 면밀한 비교를 가능하게합니다. 현재까지 실험실에서 G. bimaculatus를 양육하기위한 심층적 인 프로토콜은 거의 발표되지 않았습니다. 이상적인 프로토콜은 실제 귀뚜라미 농업 운영에서 직면 한 조건을 반영하는 동시에 실험 치료로 인한 성장 성과의 변화를 정확하게 측정하고 위험 완화 전략을 강조하는 데 필요한 엄격하게 통제 된 조건을 유지합니다. 이 논문에 설명 된 방법은 광범위한 실험실 및 상업 생산 규모 2,9,10,11,12에서 다양한 크리켓 종을 양육하는 데 사용되는 공개 된 프로토콜, 기술 및 장치를 기반으로 개발되었습니다. 이러한 방법은 또한 출판되지 않은 기술 게시판 및 북미의 상업용 크리켓 농민과의 개인적인 의사 소통을 포함하여 여러 비 동료 검토 출처에 의해 통보됩니다. 이 프로토콜은 곤충 농업과 관련된 시험에서 사용하기 위해 특별히 G. bimaculatus의 실험실 문화의 확립을 촉진하려는 의도로 개발되었습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
크리켓 양육에 대한이 접근법의 단순성은 다양한 연구 분야에 도움이 될 수 있으며 다양한 실험 요구에 쉽게 적응할 수있는 성공적인 크리켓 축산을위한 일반적인 템플릿을 나타냅니다. G. bimaculatus 에 대한 다른 여러 연구와 비교할 때, 개별 신체 성인 크기는 작고 성숙은 느린14이며, 이는 상황에 의해 우리에게 부과 된 최적이 아닌 양육 온도에 기인합니다. 위에서 설명?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 프로젝트에 대한 기금은 위스콘신-매디슨 대학 내부 보조금을 통해 가능했습니다. Bachhuber Consulting Inc.의 Kevin Bachhuber가 상업용 크리켓 양육을위한 미공개 가이드에 액세스하고 Michael Bartlett Smith에게 이러한 방법을 개선하고 문제를 해결하는 데 도움을 주신 것에 진심으로 감사드립니다.
Materials
| 31-qt (29.3 L) Snap-lid tote bin with lid | HOMZ | 3430CLBL | Used to house breeding stock |
| 3-tier/12-tray Grow Light Stand | Fischer Scientific | NC1938548 | |
| 50-gal (189.27L) tote bin with lid | Sterilite | #14796603 | Used as secondary containment when handling crickets |
| 50 mL polypropylene graduated cylinder | Fischer Scientific | S95171 | |
| 7.5-qt (7.1 L) snap-lid tote bin with lid | HOMZ | 3410CLBL | Used to house exprimental stock |
| Accuris 500 g x 0.01 g Balance | Manufactured by Accuris, a subsidieary of Benchmark Scientific | W3300-500 | Purchased from Dot Scientific through University of Wisconsin system purchasing service "ShopUW+" |
| Ace Premier 1 Inch Flat Chip Brush | Ace Hardware | #1803261 | |
| Bel-Art SP Scienceware deionized water wash bottle | Fischer Scientific | 03-421-160 | |
| Bright aluminum window screen | Phifer | UNSPSC# 11162108 | Mesh size 18 x 16" |
| Clear Disposable Plastic Portion Cups 5.5 oz w/ lids | Wal-Mart | N/A | |
| Deionized water | |||
| Diablo 4-4/8" x 13 TPI Ultra Fine Finish Bi-Metal Jigsaw Blade | Home Depot | #313114935 | |
| Egg Filler Flats-Paper, 12 x 12" | Uline | S-5189 | |
| Fisherbrand Petri Dishes with Clear Lid 100 x 15mm | Fischer Scientific | FB0875714 | |
| Fisherbrand Petri Dishes with Clear Lid 60 x 15mm | Fischer Scientific | FB0875713A | |
| Georgia-Pacific Envision Brown Paper Towels | Home Depot | #205675843 | |
| Infinity Tough Guy high performance hot-melt glue sticks | Infinity Bond | Infinity IM-Tough-Guy-12 | |
| Mazuri Cricket Diet | Land O' Lakes International | SKU# 3002219-105 | |
| Stanley TimeIt Twin 2-outlet Grounded Mechanical 24 Hour Timer | Wal-Mart | N/A | |
| Vermont Organics Reclamation Soil 11 lb Coir Block | Home Depot | #300679904 |
References
- Hales, K. G., Korey, C. A., Larracuente, A. M., Roberts, D. M. Genetics on the fly: a primer on the Drosophila model system. 遗传学. 201 (3), 815-842 (2015).
- Merkel, G. The effects of temperature and food quality on the larval development of Gryllus bimaculatus (Orthoptera, Gryllidae). Oecologia. 30 (2), 129-140 (1977).
- Bateman, P. W. Mate preference for novel partners in the cricket Gryllus bimaculatus. Ecological Entomology. 23 (4), 473-475 (1998).
- Mito, T., Noji, S. The two-spotted cricket Gryllus bimaculatus: An emerging model for developmental and regeneration studies. Cold Spring Harbor Protocols. 2008, (2008).
- Ylla, G., et al. Cricket genomes: the genomes of future food. BioRxiv. , (2020).
- Halloran, A., Roos, N., Hanboonsong, Y. Cricket farming as a livelihood strategy in Thailand. Geographical Journal. 183 (1), 112-124 (2017).
- Wade, M., Hoelle, J. A review of edible insect industrialization: scales of production and implications for sustainability. Environmental Research Letters. 15, 123013 (2020).
- . Studies on the influence of different diets and rearing conditions on the development and growth of the two-spotted cricket Gryllus bimaculatus de Greer Available from: https://epub.uni-bayreuth.de/310/1/Diss.pdf (2011)
- Ngonga, C. A., Gor, C. O., Okuto, E. A., Ayieko, M. A. Growth performance of Acheta domesticus and Gryllus bimaculatus production reared under improvised cage system for increased returns and food security. Journal of Insects as Food and Feed. 7, 301-310 (2021).
- Behrens, W., Hoffmann, K. -. H., Kempa, S., Gäßler, S., Merkel-Wallner, G. Effects of diurnal thermoperiods and quickly oscillating temperatures on the development and reproduction of crickets, Gryllus bimaculatus. Oecologia. 59 (2-3), 279-287 (1983).
- Collavo, A., Paoletti, M. G., et al. Housecricket smallscale farming. Ecological implications of minilivestock. Potential of insects, rodents, frogs and snails. , (2005).
- Simmons, L. W. Competition between larvae of the field cricket, Gryllus bimaculatus (Orthoptera: Gryllidae) and its effects on some life-history components of fitness. Journal of Animal Ecology. 56, 1015-1027 (1987).
- Sorjonen, J. M., et al. The plant-based by-product diets for the mass-rearing of Acheta domesticus and Gryllus bimaculatus. PLOS ONE. 14 (6), 0218830 (2019).
- Maciel-Vergara, G., Jensen, A. B., Lecocq, A., Eilenberg, J. Diseases in edible insect rearing systems. Journal of Insects as Food and Feed. 7 (5), 1-18 (2021).
- Alexander, R. D. Aggressiveness, territoriality, and sexual behavior in field crickets (Orthoptera: Gryllidae). Behaviour. , 130-223 (1961).
- Pet food, fish bait, and animal feed. USDA APHIS Available from: https://www.aphis.usda.gov/aphis/ourfocus/planhealth/import-information/permits/plant-pests/sa_animalfeed/ct_petfood_fishbait_animalfeed (2022)
- Donoughe, S., Extavour, C. G. Embryonic development of the cricket Gryllus bimaculatus. 发育生物学. 411 (1), 140-156 (2016).
- Dobermann, D., Michaelson, L., Field, L. M. The effect of an initial high-quality feeding regime on the survival of Gryllus bimaculatus (black cricket) on bio-waste. Journal of Insects as Food and Feed. 5 (2), 1-8 (2018).
- Lundy, M. E., Parrella, M. P. Crickets are not a free lunch: Protein capture from scalable organic side-streams via high-density populations of Acheta domesticus. PLOS ONE. 10, 0118785 (2015).
- Mazaya, G., Karseno, K., Yanto, T. Antimicrobial and phytochemical activity of coconut shell extracts. Turkish Journal of Agriculture – Food Science and Technology. 8 (5), 1090-1097 (2020).
