طرق استخراج إندوسيمبيونتس من الذبابة البيضاء<em> بيميسيا تاباسي</em
Summary
هنا، نقدم بروتوكول لعزل إندوسيمبيونتس من الذبابة البيضاء بيميسيا تاباسي من خلال تشريح والترشيح. بعد التضخيم، عينات الحمض النووي هي مناسبة لتسلسل لاحق ودراسة التبادلية بين إندوسيمبيونتس والذبابة البيضاء.
Abstract
تشكل الارتباطات البكتيرية علاقة حميمة مع مضيفيها وتقدم مزايا للمضيفين في معظم الحالات. المعلومات الجينومية أمر بالغ الأهمية لدراسة وظائف وتطور سيمبيونتس البكتيريا في مضيفهم. كما لا يمكن استزراع معظم التعاطف في المختبر ، وأساليب لعزل كمية كافية من البكتيريا لتسلسل الجينوم هي مهمة جدا. في الذبابة البيضاء بيميسيا تاباسي، تم تحديد عدد من إندوسيمبيونتس ويتوقع أن تكون ذات أهمية في تطوير وتكاثر الآفات من خلال نهج متعددة. ومع ذلك، فإن الآلية التي تقوم عليها الجمعيات لا تزال غير معروفة إلى حد كبير. والعقبة تأتي جزئيا من حقيقة أن إندوسيمبيونتس في الذبابة البيضاء، ومعظمهم من ضبط النفس في البكتيريا، من الصعب فصل من الخلايا المضيفة. نحن هنا تقرير بروتوكول خطوة بخطوة لتحديد واستخراج وتنقية إندوسيمبيونتس من الذبابة البيضاء B. تاباسي أساسا عن طريق تشريحعلى والترشيح. عينات إندوسيمبيونت أعدت من قبل هذه الطريقة، على الرغم من أن لا يزال خليط من الأنواع إندوسيمبيونت مختلفة، هي مناسبة لتسلسل الجينوم لاحق وتحليل الأدوار المحتملة لل إندوسيمبيونتس في B. تاباسي. ويمكن أيضا أن تستخدم هذه الطريقة لعزل إندوسيمبيونتس من الحشرات الأخرى.
Introduction
البكتيريا التي تشكل علاقة تكافلية حميمة مع المضيفين النسبية منتشرة على نطاق واسع في المفصليات 1 . وقد ثبت أن إندوسيمبيونتس تؤثر على جوانب المضيفين، مثل استقلاب التغذية، والاستنساخ، والاستجابات للضغوط البيئية 2 ، 3 ، 4 وما إلى ذلك ، في كل مرحلة تنموية تقريبا 5 . ومع ذلك، فإن الآلية التي تقوم عليها الجمعيات لا تزال غير معروفة إلى حد كبير. علم الجينوم هو من الأولوية والأهمية عند دراسة الوظائف والأدوار المحتملة للبكتيريا. ويمكن الاستدلال على بعض المعلومات الأساسية، أي الحالة التصنيفية، والجينات الوظيفية، ومسارات الأيض، ونظم الإفراز، من تسلسل الجينوم، الذي يلقي الضوء على الأدوار المحتملة للروابط في التعايش. مع تطور تسلسل الإنتاجية العالية، وقد تم تسلسل عدد كبير من الجينومات البكتيرية ثإيث وظائف متنوعة كشفت 6 .
إندوسيمبيونتس هي ذات أهمية حيوية في هيميبتيرانز، مثل المن 7 ، البق 8 ، بسيلدس 9 ، بلانثوبرز البني 10 و السيكادا 11 . على سبيل المثال، وقد أثبتت بوكنيرا في المن، باعتبارها التعاطف الملزم، للمشاركة في الحيوي الحيوي الأحماض الأمينية، جنبا إلى جنب مع الجينات من الجينوم المن 12 . وعلاوة على ذلك، يتم الكشف عن تنظيم النسخي بوكنيرا أيضا 13 . في بسيلديس ، كارسونيلا هو تسلسل وتصنيف أصغر الجينوم البكتيري وجدت من أي وقت مضى 14 . وتستند كل هذه السمات المميزة لل إندوسيمبيونتس وتستدل من تسلسل الجينوم. لأن هذه إندوسيمبيونتس لا يمكن أن تكون مثقف في المختبر ، وقد طبقت عدة نهج لعزل البكتيريا الكافية لمقترضةuencing. في المن، يتم استخراج إندوسيمبيونتس من خلال الطرد المركزي والترشيح، وتخضع لمزيد من التحليل الجيني و ترانسكريبتوميك 5 . في بنهوبرز البني، يتم تسلسل إندوسيمبيونتس جنبا إلى جنب مع الجينوم الحشرة كلها 10 .
الذبابة البيضاء B. تاباسي هو مجمع الأنواع التي تحتوي على أكثر من 35 الأنواع المورفولوجية التي لا يمكن تمييزها (الأنواع الخفية)، من بينها، غزو نوعين الغازية في جميع أنحاء العالم وتسبب ضررا هائلا للإنتاج الزراعي 15 . وتجدر الإشارة إلى أن إندوسيمبيونتس ضمن الأنواع B. تاباسي أظهرت أهمية في تطوير الآفات 16 . حتى الآن، تم تحديد ثمانية إندوسيمبيونتس في الذبابة البيضاء، بما في ذلك التعاطف الملزم، كانديداتوس بورتيرا أيروديداروم، وسبعة تعاطف ثانوي هاميلتونيلا ، ريكيتسيا ، أرسينوفونوس ، كاردينيم ، < إم> ولباشيا، فريتشيا و هيميبتيريفيلوس المعرفة 17 ، 18 .
على عكس هيميبتيرانز وصفها سابقا، الذبابة البيضاء B. تاباسي هو حشرة صغيرة للغاية فقط 1 ملم في الطول. تقتصر معظم إندوسيمبيونتس إلى البكتيريا 19 (الخلايا المتخصصة التي تحتوي على سيمبيونتس، التي تشكل كذلك البكتيريا في B. تاباسي). وبالإضافة إلى ذلك، هذه إندوسيمبيونتس لا يمكن أن تكون مثقف في المختبر . الطريقة الوحيدة للحصول على إندوسيمبيونتس من B. تاباسي هو تشريح البكتيريا خارج. ومع ذلك، هناك صعوبة في تشريح. أولا، البكتيريا الهشة ترتبط دائما مع أنسجة أخرى من الذبابة البيضاء، والتي من الصعب فصل. ثانيا، حجم صغير من الذبابة البيضاء يحد من عزل ما يكفي من البكتيريا. ثالثا، إندوسيمبيونتس الكتلة في البكتيريا، مما يجعل من تعقيد للغاية للحصول على نوع واحد من البكتيريا.
<p clأس = "jove_content"> هنا، نحن الإبلاغ عن بروتوكول بسيط وغير مكلف لعزل إندوسيمبيونتس الذبابة البيضاء لتسلسل ميتاجينوم لاحق. من خلال التشريح، والتنقية والتضخيم، ويمكن الحصول على الحمض النووي كافية إندوسيمبيونت ويمكن تأكيد أنواع البكتيريا. بروتوكول وصفها يمكن استخدامها على نحو مماثل في المفصليات الأخرى.Protocol
Representative Results
Discussion
Since the endosymbionts within whiteflies cannot be cultured in vitro, dissection and assembling bacteriocytes is an effective way to obtain enough genetic material of endosymbionts. Before dissection, the species of whitefly and endosymbionts involved should be explicitly confirmed. The whitefly B. tabaci is a species complex with more than 35 morphologically indistinguishable species and different cryptic species may contain different endosymbionts. Portiera is uniformly harbored as an obliga…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقدم الدعم المالي لهذه الدراسة من قبل البرنامج الوطني للبحوث والتنمية الرئيسية (2016YFC1200601) والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (31390421).
Materials
| Taq DNA polymerase | Takara | R001A | including rTaq, 10×Buffer and dNTP |
| Gel DNA extraction kit | Qiagen | 28704 | |
| DNA sample sequencing system | ABI | ABI-3730XL | |
| Microtome | Leica | EM UC7 | |
| Transmission electron microscopy | Hitachi | H-7650 TEM | |
| Stereo microscope | Zeiss | Stemi 2000-C | |
| 20 μL microloader | Eppendorf | F2771951 | |
| Filter holder | Millipore | SX0001300 | |
| Filter membrane filter | Millipore | SMWP001300 | 5.0 μm SMWP |
| REPLI-g UltraFast Mini Kit | Qiagen | 150033 | DNA amlification kit |
| NanoDrop | Thermo Scientific | NanoDrop 2000 | |
| Qubit Fluorometer | Thermo Fisher Scientific | Q33216 | |
| Genome Sequencer | Illumina | Hiseq 2000 |
Referências
- Buchner, P. Endosymbiosis of animals with plant microorganisms. J. Basic Microbiol. 7 (2), (1967).
- Sloan, D. B., Moran, N. A. Endosymbiotic bacteria as a source of carotenoids in whiteflies. Biol. Letters. 8 (6), 986-989 (2012).
- Stouthamer, R., Breeuwer, J. A., Hurst, G. D. Wolbachia pipientis: microbial manipulator of arthropod reproduction. Annu. Rev. Microbiol. 53, 71-102 (1999).
- Brumin, M., Kontsedalov, S., Ghanim, M. Rickettsia influences thermotolerance in the whitefly Bemisia tabaci B biotype. Insect Sci. 18 (1), 57-66 (2011).
- Hansen, A. K., Degnan, P. H. Widespread expression of conserved small RNAs in small symbiont genomes. ISME J. 8, 2490-2502 (2014).
- Moran, N. A., McCutcheon, J. P., Nakabachi, A. Genomics and evolution of heritable bacterial symbionts. Annu. Rev. Genet. 42, 165-190 (2008).
- Shigenobu, S., Watanabe, H., Hattori, M., Sakaki, Y., Ishikawa, H. Genome sequence of the endocellular bacterial symbiont of aphids Buchnera sp. APS. Nature. 407, 81-86 (2000).
- Nikoh, N., et al. Evolutionary origin of insect-Wolbachia nutritional mutualism. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 111 (28), 10257-10262 (2014).
- Sloan, D. B., et al. Parallel histories of horizontal gene transfer facilitated extreme reduction of endosymbiont genomes in sap-feeding insects. Mol. Biol. Evol. 31 (4), 857-871 (2014).
- Xue, J., et al. Genomes of the rice pest brown planthopper and its endosymbionts reveal complex complementary contributions for host adaptation. Genome Biol. 15 (12), 521 (2014).
- Campbell, M. A., et al. Genome expansion via lineage splitting and genomereduction in the cicada endosymbiont Hodgkinia. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 112 (33), 10192-10199 (2015).
- Wilson, A. C., et al. Genomic insight into the amino acid relations of the pea aphid, Acyrthosiphon pisum, with its symbiotic bacterium Buchnera aphidicola. Insect Mol. Biol. 19, 249-258 (2010).
- Degnan, P. H., Ochman, H., Moran, N. A. Sequence conservation and functional constraint on intergenic spacers in reduced genomes of the obligate symbiont Buchnera. PLoS Genet. 7 (9), e1002252 (2011).
- Nakabachi, A., et al. The 160-kilobase genome of the bacterial endosymbiont Carsonella. Science. 314 (5797), 267 (2006).
- De Barro, P. J., Liu, S. S., Boykin, L. M., Dinsdale, A. B. Bemisia tabaci: a statement of species status. Annu. Rev. Entomol. 56, 1-19 (2011).
- Himler, A. G., et al. Rapid spread of a bacterial symbiont in an invasive whitefly is driven by fitness benefits and female bias. Science. 332 (6026), 254-256 (2011).
- Bing, X. L., Ruan, Y. M., Rao, Q., Wang, X. W., Liu, S. S. Diversity of secondary endosymbionts among different putative species of the whitefly Bemisia tabaci. Insect Sci. 20 (2), 194-206 (2013).
- Bing, X. L., Yang, J., Zchori-Fein, E., Wang, X. W., Liu, S. S. Characterization of a newly discovered symbiont of the whitefly Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae). Appl. Environ. Microbiol. 79 (2), 569-575 (2013).
- Kliot, A., et al. Fluorescence in situ hybridizations (FISH) for the localization of viruses and endosymbiotic bacteria in plant and insect tissues. J. Vis. Exp. (84), e51030 (2014).
- Lee, P. Y., Costumbrado, J., Hsu, C., Kim, Y. H. Agarose gel electrophoresis for the separation of DNA fragments. J. Vis. Exp. (62), e3923 (2012).
- Rao, Q., et al. Genome reduction and potential metabolic complementation of the dual endosymbionts in the whitefly Bemisia tabaci. BMC Genomics. 16 (1), 226 (2015).
- Thao, L. L., Baumann, P. Evolutionary relationships of primary prokaryotic endosymbionts of whiteflies and their hosts. Appl. Environ. Microbiol. 70 (6), 3401-3406 (2004).
- Zhu, D. T., et al. Sequencing and comparison of the Rickettsia genomes from the whitefly Bemisia tabaci Middle East Asia Minor I. Insect Sci. 23 (4), 531-542 (2016).
- Gottlieb, Y., et al. Identification and localization of a Rickettsia sp. in Bemisia tabaci (HomopteraAleyrodidae). Appl. Environ. Microbiol. 72 (5), 3646-3652 (2006).
- Zhang, C. R., et al. Differential temporal changes of primary and secondary bacterial symbionts and whitefly host fitness following antibiotic treatments. Sci. Rep. 5, 15898 (2015).
- Shan, H. W., et al. Temporal changes of symbiont density and host fitness after rifampicin treatment in a whitefly of the Bemisia tabaci species complex. Insect Sci. 23 (2), 200-214 (2016).
- Zchori-Fein, E., Brown, J. K. Diversity of prokaryotes asscociated with Bemisia tabaci (Gennadius) (Hemiptera: Aleyrodidae). Ann. Entomol. Soc. Am. 95 (6), 711-718 (2002).
- Thao, M. L., Baumann, P. Evolutionary relationships of primary prokaryotic endosymbionts of whiteflies and their hosts. Appl. Environ. Microbiol. 70 (6), 3401-3406 (2004).
- Zchori-Fein, E., Perlman, S. J. Distribution of the bacterial symbiont Cardinium in arthropods. Mol. Ecol. 13 (7), 2009-2016 (2004).
- O’Neill, S. L., Giordano, R., Colbert, A. M., Karr, T. L., Robertson, H. M. 116S rRNA phylogenetic analysis of the bacterial endosymbionts associated with cytoplasmic incompatibility in insects. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 89 (7), 2699-2702 (1992).
- Nirgianaki, A. Wolbachia infections of the whitefly Bemisia tabaci. Curr. Microbiol. 47 (2), 93-101 (2003).
- Everett, K. D., Thao, M. L., Horn, M., Dyszynski, G. E., Baumann, P. Novel chlamydiae in whiteflies and scale insects: endosymbionts ‘Candidatus Fritschea bemisiae’ strain Falk and ‘Candidatus Fritschea eriococci’ strain Elm. Int. J. Syst. Evol. Micr. 55, 1581-1587 (2005).
