Biyolojik kültür ve gen ifadesinde ölçme Aphis neriiBakımı: bitki böcek etkileşimleri için bir sigara-model sistemi
Summary
Yaprak biti Aphis nerii son derece savundu bitkilerde dogbane aile (Apocyanaceae) üzerinde colonizes ve bitki böcek etkileşimleri eğitim için sayısız fırsat sağlar. Burada, kültür ve üretimi ve moleküler Analizi bir dizi protokol bitki ve yaprak biti bakımı için mevcut ve A. neriiiçin – omic veri.
Abstract
Yaprak biti biyolojik soru onların ana tesisleri ile böceğin etkileşimleri çevreleyen sorulara symbioses evrimi ve polyphenisms gelişimi arasında değişen çeşitli için mükemmel deneysel modellerdir. Genomik kaynaklar birkaç yaprak biti türler için kullanılabilir ve yeni nesil nasıl yapılacağını gelişmeler ile transcriptomic çalışmalar genleri eksikliği olmayan model organizmalar için genişletilmiş. Ayrıca, yaprak biti kültür alanında toplanan ve kullanılmak üzere ekolojik ve genetik çalışmalar arasında köprü organizmalar ve moleküler deneyler laboratuvarda yetiştirilen. Son olarak, pek çok yaprak biti onların tercih edilen ana bitkiler üzerinde laboratuvarda sürekli, parthenogenic genotip eşeysiz üreyen karşılaştırmaların yapılmasına olanak ömürleri içinde muhafaza edilebilir. Aphis nerii, süt kardeş-zakkum yaprak biti, böyle bir model organizma ve moleküler deneyler kullanarak zehirli bitkiler ile böcek etkileşimleri çalışmaya sağlar. Yöntemleri üretimi ve sera ve laboratuvar, DNA ve RNA çekimi, microsatellite analiz, de novo transcriptome montaj ve ek açıklama, transcriptome fark ifade bitki ve yaprak biti kültürler için analiz ve qPCR doğrulama differentially ifade genlerin özetlenen ve burada tartışılan.
Introduction
Yaprak biti dünya çapında çeşitli bitki aileler kolonize küçük, hemimetabolous böcekler var. Özellikle onların karmaşık döngüsel eşeysiz üreme ve ayrı polyphenisms ve onların zorunlu beslenme symbioses eksik besin kaynağı bakteriyel veya Maya endosymbionts ile ilgili ömürleri en çeşitli özellikler için kendine özgü onların yiyecek bitki sap1. Çoğu yaprak biti ana bitki uzmanları olmakla birlikte, bazı kültürlü türler önemli ürün zararlıları inflicting önemli ekonomik zarar bitkileri de bir doğrudan, ya da patojenler ve virüs yolu ile2vektör. Böceğin ilgili adresleme sorular için genomik kaynakları sağlanan çünkü ilk yaprak biti genom bezelye yaprak biti Acyrthosiphon pisum3, 2010, yılında yayınlanması yaprak biti biyoloji çalışma önemli bir kilometre taşı olarak işaretlenmiş uyarlamalar otçul tarzları bir daha iyi kontrol stratejileri4‘ e neden olabilir de dahil olmak üzere için. O zamandan beri ek genomik kaynaklar yayın halka açık tüm genom kaynak için başka bir üç yaprak biti türler (Myzus ve soya yaprak biti Aphis glycines5için bir ek açıklama eklenen genom birikmiş var Cerasi (siyah kiraz yaprak biti), Myzus persicae (şeftali-patates yaprak biti), Rhopalosiphum PADI (kuş kiraz-yulaf yaprak biti)6. Değerli de novo transcriptomic kaynakları birkaç diğer yaprak biti türler için de mevcuttur (e.g.,Aphis gossypii (pamuk yaprak biti)7, Sitobion avenae (tahıl yaprak biti)8, Cinara pinitabulaeformis (çam yaprak biti)9, Aphis nerii (süt kardeş-zakkum yaprak biti)10).
Yaprak biti da bitkiler11tarihinde bitki böcek etkileşimleri ve hayatı ekolojisi anlayışımız kalıcı katkılarda yaptık. Bir alan nerede yaprak biti özellikle önemli katkılar yapmış anlayışımız ana bitki etkileşimleri Kimya ekolojisi olduğunu. Üstesinden bitki savunma ve bazı bile bitki savunma kendi için Co-e yeğlemek için otçul böceklerin ifade çeşitli uyarlamalar12,13,14yarar. Örneğin, süt kardeş-zakkum yaprak biti, Aphis nerii, bu süt kardeş Aile (Apocynaceae) bitkiler üzerinde colonizes ılıman ve tropikal bölgeler içinde dünya çapında bulundu bir parlak sarı, invaziv yaprak biti olur. Apocynaceae ailesindeki santralleri sütlü lateks ve kardiyak glikosidler katyon taşıyıcı Na, K-ATPaz bağlamak ve etkili caydırmak için kültürlü otobur15, cardenolides bilinen dahil olmak üzere çeşitli kimyasal savunma geliştiğini 16. süt kardeş uzmanları cardenolides direnç çeşitli modları hızlı ve bazı seçerek veya pasif birikir veya değiştirmek onların dokularda cardenolides avlanma caydırmak için bir araç olarak veya diğer yararları17. Her ne kadar işlevsel faydaları ve mekanizmaları belirsiz10,18kalır A. nerii cardenolides bu şekilde çekilmek düşünülmektedir.
Genomik kaynakları el altında göz önüne alındığında, A. nerii mükemmel deneysel modeli moleküler ve genetik mekanizmaları toksik ana bitkiler ve onların uzman arasında kemoterapi ekolojik etkileşimleri dahil incelenmesi için otobur sağlar. Cardenolides19, tutma o zamandan beri üzerinde duruldu A. nerii en erken çalışmaların bazıları ise A. nerii çalışmaların geniş bir dizi evrimsel ve ekolojik soru anlayışlar hazırladık, fazlalaştı, invaziv böcekler20 ve otobur yoğunluğu21alttan üste ve üstten alta regülasyonu arasındaki etkileşimi genetik yapısı dahil olmak üzere. A. nerii böylece böcek-bitki etkileşimleri çalışmaların özellikle geniş bir dizi için deneysel bir model olarak iyi bir aday var. A. nerii ile herhangi bir çalışma başarısı için yaprak biti dikkatli kültürü kültür yaprak biti bağlı hangi bitkilerin içeren nüfus, hem de yüksek kalite – omic verileri verimli bir nesil çok önemlidir. Amacımız okuyucu iki rehber olmaktır. Aşağıda özetlenen üretimi ve sera ve laboratuvar, DNA ve RNA çekimi, microsatellite analiz, de novo transcriptome montaj ve ek açıklama, transcriptome bitki ve yaprak biti kültürler için yöntem vardır fark ifade analizi ve qPCR doğrulanması differentially genler dile getirdi. Süre bu yöntemler yazılı A. nerii, genel kültür, ayıklama için ve analiz yöntemleri yaprak biti türlerin çeşitli için genişletebilirsiniz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu uzun aposematic A. nerii desen ve bitki savunma ve özellikle kimyasal haciz18,37direnç mekanizmaları sağlayabilir tanınmış oldu. Genomik kaynak A. nerii10 A. nerii bir model olarak kullanmak ekolojik ve fonksiyonel genomik çalışmalar için yeni fırsatlar sunan, son zamanlarda ortaya çıkmıştır. Yaprak biti ve bitki kültürü ve bu türler üzerinde yapılacak çalışmalar muhtemelen genomik ve…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Michelle Moon (Vanderbilt Üniversitesi) fotoğrafçılık hakkında yardım almak için teşekkür etmek istiyorum. PA ve SSLB Vanderbilt Üniversitesi sağlanan destek DGE-1445197 tarafından desteklenir.
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
- Brisson, J. A., Stern, D. L. The pea aphid, Acyrthosiphon pisum.: an emerging genomic model system for ecological, developmental and evolutionary studies. BioEssays. 28, 747-755 (2006).
- Dixon, A. F. G. . Aphid Ecology: An Optimization Approach. , (1985).
- Consortium, T. I. A. G. Genome Sequence of the Pea Aphid Acyrthosiphon pisum. PLoS Biology. , 1000313 (2010).
- Srinivasan, D. G., Brisson, J. A. Aphids: A Model for Polyphenism and Epigenetics. Genetics Research International. 2012, 1-12 (2012).
- Wenger, J. A., et al. Whole genome sequence of the soybean aphid, Aphis glycines. Insect Biochememistry and Molecular Biology. , 1-10 (2017).
- Li, Z. -. Q., et al. Ecological adaption analysis of the cotton aphid (Aphis gossypii) in different phenotypes by transcriptome comparison. PLoS ONE. 8, 83180 (2013).
- Wang, D., Liu, Q., Jones, H. D., Bruce, T., Xia, L. Comparative transcriptomic analyses revealed divergences of two agriculturally important aphid species. BMC Genomics. 15 (1), 1023-1024 (2014).
- Wu, S., et al. De novo characterization of the pine aphid Cinara pinitabulaeformis Zhang et Zhang transcriptome and analysis of genes relevant to pesticides. PLoS ONE. 12, 0178496-0178517 (2017).
- Birnbaum, S. S. L., Rinker, D. C., Gerardo, N. M., Abbot, P. Transcriptional profile and differential fitness in a specialist milkweed insect across host plants varying in toxicity. Molecular Ecology. , (2017).
- Dixon, A. F. G. . Insect Herbivore-Host Dynamics. , (2005).
- Goggin, F. L. Plant-aphid interactions: molecular and ecological perspectives. Current Opinion in Plant Biology. 10, 399-408 (2007).
- Will, T., Furch, A., Zimmermann, M. R. How phloem-feeding insects face the challenge of phloem-located defenses. Frontiers in Plant Science. 4, 1-12 (2013).
- Webster, B. The role of olfaction in aphid host location. Physiological Entomology. 37, 10-18 (2012).
- Agrawal, A. A., Petschenka, G., Bingham, R. A., Weber, M. G., Rasmann, S. Toxic cardenolides: chemical ecology and coevolution of specialized plant-herbivore interactions. New Phytologist. 194, 28-45 (2012).
- Dobler, S., Petschenka, G., Pankoke, H. Coping with toxic plant compounds- the insect’s perspective on iridoid glycosides and cardenolides. Phytochemistry. 72, 1593-1604 (2011).
- Opitz, S. E. W., Müller, C. Plant chemistry and insect sequestration. Chemoecology. 19, 117-154 (2009).
- Birnbaum, S. S. L., Abbot, P. Insect adaptations toward plant toxins in milkweed-herbivores systems – a review. Entomologia Experimentalis et Applicata. 58, 579-610 (2018).
- Rothschild, M., von Euw, J., Reichstein, T. Cardiac glycosides in the oleander aphid, Aphis nerii. Journal of Insect Physiology. 16, 1141-1145 (1970).
- Harrison, J. S., Mondor, E. B. Evidence for an invasive aphid ‘superclone’: extremely low genetic diversity in oleander aphid (Aphis nerii) populations in the southern United States. PLoS ONE. 6, 17524 (2011).
- Mooney, K. A., Halitschke, R., Kessler, A., Agrawal, A. A. Evolutionary trade-offs in plants mediate the strength of trophic cascades. Science. 327, 1642-1644 (2010).
- Grabherr, M. G., et al. Full-length transcriptome assembly from RNA-Seq data without a reference genome. Nature Biotechnology. 29, 644-652 (2011).
- Haas, B. J., et al. De novo transcript sequence reconstruction from RNA-seq using the Trinity platform for reference generation and analysis. Nature Protocols. 8, 1494-1512 (2013).
- Finn, R. D., et al. The Pfam protein families database: towards a more sustainable future. Nucleic Acids Research. 44, 279-285 (2016).
- The UniProt Consortium. UniProt: the universal protein knowledgebase. Nucleic Acids Research. 45, 158-169 (2017).
- Johnson, M., et al. NCBI BLAST: a better web interface. Nucleic Acids Research. 1 (36), 5-9 (2008).
- Fu, L., Niu, B., Zhu, Z., Wu, S., Li, W. CD-HIT: accelerated for clustering the next generation sequencing data. Bioinformatics. 28 (23), 3150-3152 (2012).
- Simão, F. A., Waterhouse, R. M., Ioannidis, P., Kriventseva, E. V., Zdobnov, E. M. BUSCO: assessing genome assembly and annotation completeness with single-copy orthologs. Bioinformatics. 31, 3210-3212 (2015).
- Bolger, A. M., Lohse, M., Usadel, B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics. 30, 2114-2120 (2014).
- Langmead, B., Salzberg, S. L. Fast gapped-read alignment with Bowtie 2. Nature Methods. 9, 357-359 (2012).
- Li, H., et al. The Sequence Alignment/Map format and SAMtools. Bioinformatics. 25, 2078-2079 (2009).
- Love, M. I., Huber, W., Anders, S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biology. 15, 31 (2014).
- Rieu, I., Powers, S. J. Real-time quantitative RT-PCR: design, calculations, and statistics. Plant Cell. 21, 1031-1033 (2009).
- Malcolm, S. B. Chemical defence in chewing and sucking insect herbivores: plant-derived cardenolides in the monarch butterfly and oleander aphid. Chemoecology. 1, 12-21 (1990).
- Agrawal, A. A., Underwood, N., Stinchcombe, J. R. Intraspecific variation in the strength of density dependence in aphid populations. Ecological Entomology. 29, 521-526 (2004).
- Zehnder, C. B., Hunter, M. D. A comparison of maternal effects and current environment on vital rates of Aphis nerii, the milkweed-oleander aphid. Ecological Entomology. 32, 172-180 (2007).
- Hartbauer, M. Collective defense of Aphis nerii and Uroleucon hypochoeridis (Homoptera, Aphididae) against natural enemies. PLoS ONE. 5, 10417 (2010).
