생물 학적 문화와 진딧물 nerii에 유전자 발현 측정 유지: 식물 곤충 상호 작용에 대 한 비-모델 시스템

Summary

진딧물 진딧물 nerii 벌레 가족 (Apocyanaceae)에 높은 방어 식물에 colonizes 고 식물 곤충 상호 작용을 공부 하는 수많은 기회를 제공 합니다. 문화, 그리고 생성 및 분자의 분석 및 진딧물의 유지 보수에 대 한 프로토콜의 시리즈 제시 하는 여기, 그리고 A. nerii에 대 한-omic 데이터.

Abstract

진 디는 다양 한 공생의 진화 및 polyphenisms의 개발에서 그들의 호스트 식물 들과 곤충의 상호 작용을 포위 하는 질문에 이르기까지 생물학 질문에 대 한 우수한 실험 모델. 게놈 자원 여러 진딧물 종, 사용할 수 있으며 진보와 함께 차세대 시퀀싱, transcriptomic 연구는 유전자 부족 비 모델 생물 확장 되 고. 또한, 진딧물 문화 분야에서 수집 하 고 생태 및 유전적 연구 사이의 격차를 해소 하는 organismal 분자 실험에 사용 하기 위해 실험실에서 양육 될 수 있습니다. 마지막으로, 많은 진 디는 그들의 기본 설정된 호스트 식물에 실험실에서 asexually genotypes 재현의 비교에 대 한 허용 하는 영원한, parthenogenic 라이프 사이클에서 유지 될 수. 진딧물 nerii, 유-서양 협 죽도 진딧물 organismal와 분자 실험을 사용 하 여 독성 식물 곤충 상호 작용을 공부 등 하나의 모델을 제공 합니다. 생성 및 온실과 실험실, DNA 및 RNA 추출, microsatellite 분석, 드 노 보 transcriptome 어셈블리 및 주석, transcriptome 차동 식에서 플랜트 및 진딧물 문화의 유지 보수 방법 분석 및 차동 표현한 유전자의 정량 확인 설명 하 고 여기 논의.

Introduction

Aphids는 전세계 다양 한 식물 가족에서 식민지 작고, hemimetabolous 곤충. 그들은 몇 가지 기능에 대 한 독특한 가장 주목할만 하 게 순환적인 단성 및 개별 polyphenisms, 그리고 그들의 의무 영양 공생 박테리아 또는 효 모 endosymbionts에서 누락 된 영양소를 공급 하는와 관련 된 그들의 복잡 한 라이프 사이클 그들의 다이어트 수액 공장¹의입니다. 대부분 aphids 호스트 식물 전문가 인 하는 동안 일부 일반 종 중요 한 작물 해충, 상당한 경제 손상을 주는 작물에도 직접 또는 병원 균과 바이러스를 통해 그들은 벡터². 곤충의에 대 한 주소 지정 질문에 대 한 게놈 리소스를 제공 하기 때문에 첫 번째 진딧물 게놈 2010 년 Acyrthosiphon pisum³, 완두콩 진딧물의 간행물 진딧물 생물학의 연구에 중요 한 이정표를 표시 그는 더 나은 제어 전략⁴으로 이어질 수 있는 포함 하 여 초 식 생활에 적응. 그 시간 이후 추가 게놈 자원 콩 진딧물 진딧물 glycines⁵, 주석된 게놈과 다른 진딧물 3 종 (Myzus에 대 한 공개적으로 사용 가능한 전체 게놈 자원으로 축적 cerasi (블랙 체리 진딧물), Myzus persicae (복숭아 감자 진딧물), Rhopalosiphum 다이빙 (조류 체리 귀리 진딧물)⁶. 귀중 한 데 노 보 transcriptomic 리소스 뿐만 아니라 다른 진딧물의 숫자에 대 한 사용할 수 있습니다 (e.g.,Aphis gossypii (목화 진딧물)⁷, Sitobion avenae (곡물 진딧물)⁸, Cinara pinitabulaeformis (소나무 진딧물)⁹, 진딧물 nerii (유-서양 협 죽도 진딧물)¹⁰).

Aphids는 또한 식물¹¹식물 곤충 상호 작용 및 생활의 생태의 우리의 이해에 지속적인 기여를 했다. 한 지역은 어디 aphids 특히 중요 한 기여를 만든 호스트 공장 상호 작용의 화학 생태학에 대 한 우리의 이해에 있다. 초 식 곤충 익스프레스 다양 한 적응 극복 식물 방어, 그리고 일부도 선임 그들의 자신의 대 한 식물 방어에 대 한^12,,1314혜택. 예를 들어 유 서양 협 죽도 진딧물, 진딧물 nerii는 밝은 노란색, 침략 진딧물 전세계 온대와 열 대 지역에서 발견 colonizes 유 가족 (협죽도과)에서 식물에는 이다. 가족 협죽도과 식물 진화 밀키 라텍스와 cardenolides, 양이온 캐리어 Na, K ATPase 바인딩할 고 일반 herbivores^15, 에 효과적인 제 지로 알려진 심장 배당 체를 포함 하 여 다양 한 화학 방어 ¹⁶. 유 전문가 cardenolides에 저항의 다양 한 모드를 표현 하 고 일부 선택적으로 또는 수 동적으로 축적 하거나 또는 다른 혜택¹⁷포식을 억제 하는 수단으로 그들의 조직에서 cardenolides를 수정. A. nerii 메커니즘 및 기능적 혜택 불분명^10,18남아 있지만이 방법에서는, cardenolides 격리 하 생각 된다.

게놈 자원 닥을 감안할 때, A. nerii 모델 제공 합니다는 우수한 실험 독성 호스트 식물과 그들의 전문가 간의 항 암 치료-생태 상호 작용에 관련 된 분자 및 유전적 메커니즘의 연구에 대 한 herbivores를. 그것은, 일부 A. nerii 그 이후, cardenolides¹⁹의 격리에 초점을 맞춘의 초기 연구의 A. nerii 의 연구 제공 광범위 한 진화 및 생태 질문에 협조할 침략 적인 곤충²⁰ 및 초 밀도²¹에 상향식 및 하향식 규칙 사이 상호 작용의 유전자 구조를 포함 하 여. A. nerii 는 따라서 좋은 후보는 특히 광범위 한 곤충-식물 상호 작용의 연구에 대 한 실험 모델입니다. 중요 한 A. nerii 와 모든 연구의 성공 주의 문화가 이다 진딧물의 인구, 식물 aphids 의존의 문화를 포함, 뿐만 아니라 높은-품질-omic 데이터의 효율적인 생성. 우리의 목표는 둘 다를 통해 독자를 안내 하는. 생성 및 온실과 실험실, DNA 및 RNA 추출, microsatellite 분석, 드 노 보 transcriptome 어셈블리 및 주석, transcriptome 플랜트 및 진딧물 문화권의 유지 보수에 대 한 메서드는 아래에 설명 된 차동 식 분석 및 정량 확인의 차동 유전자 표현. 이러한 메서드는 A. nerii에 대 한 작성, 동안 진딧물 종의 다양 한 일반 재배, 추출, 및 분석 방법을 확장할 수 있습니다.

Protocol

1. 공장 문화 상업용 공급 업체에서 씨앗을 구입 하거나 필드에 성숙한 식물에서 수집.참고:이 프로토콜은 대부분 상용 유 종 (예를 들어, Asclepias incarnata, A. syriaca, A. curassavica, Gomphocarpus physocarpus)에 적합 합니다. 몇몇 씨 해야 감기 층 화, 그리고 씨앗 공급 업체의 지침을 확인 한다. (60-70% 벌금 물 이끼, 진주 암, 질 석, 석회석) 좋은 germinating 흙에 ?…

Representative Results

식물 문화: 씨앗은 계절에 따라 약 2 ~ 4 주 걸릴 것입니다, 그리고 큰 성장을 충분히 다시 화분그림 1(A). 다시 화분된 묘 진딧물 문화 (그림 1B)에 대 한 최적의 크기를 다른 2 ~ 4 주 걸릴 것입니다. 진딧물 문화: 성인 A. nerii 일?…

Discussion

그것은 오래는 aposematic A. nerii 패턴 및 식물 방어와 특히 화학 격리^18,37의 메커니즘을 제공할 수 있습니다 인식 하고있다. 다양 한 게놈 자료 최근 A. nerii¹⁰, A. nerii 모델에 사용 하는 생태 및 기능성 게놈 연구를 위한 새로운 기회를 제공 하 고 나왔다. 우리는 진딧물 식물 문화 및 분자 게놈 기법,이 종에 미래의 일 가…

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