Поддержание лабораторных культур Gryllus bimaculatus, универсальной ортоптерановой модели для сельского хозяйства насекомых и физиологии беспозвоночных
Summary
В этой статье описываются основные методы стандартизации важных факторов, таких как плотность, доступность корма, источник гидратации и экологический контроль для долгосрочного выращивания лабораторных культур съедобного крикета , Gryllus bimaculatus.
Abstract
Gryllus bimaculatus (De Geer) – это крупнотелый сверчок, распространенный по всей Африке и Южной Евразии, где его часто собирают в дикой природе в качестве пищи для человека. За пределами своего родного ареала культивирование G. bimaculatus возможно из-за его диетической пластичности, быстрого репродуктивного цикла, отсутствия потребности в диапаузе, толерантности к выращиванию высокой плотности и устойчивости к патогенам. Таким образом, G. bimaculatus может быть универсальной моделью для изучения физиологии насекомых, поведения, эмбриологии или генетики.
Культурные параметры, такие как плотность зарыбления, рефугия в клетке, фотопериод, температура, относительная влажность и диета, влияют на рост, поведение и экспрессию генов крикета и должны быть стандартизированы. В растущей литературе по выращиванию насекомых для потребления человеком эти сверчки часто используются для оценки потенциальных кормовых добавок, полученных из растительных остатков, побочных продуктов пищевой промышленности и других недорогих потоков отходов.
Для поддержки текущих экспериментов по оценке показателей роста g . bimaculatus и качества питания в ответ на переменные кормовые субстраты был разработан и представлен здесь всеобъемлющий набор стандартных протоколов для разведения, содержания, обработки, измерения и эвтаназии в лаборатории. Стандартный в отрасли корм для крикета оказался питательно адекватным и функционально подходящим для долгосрочного поддержания племенного поголовья крикета, а также для использования в качестве экспериментального контрольного корма. Выращивание этих сверчков при плотности 0,005 сверчков /см3 в 29,3-литровых полиэтиленовых клетках с экранным покрытием при средней температуре 27 ° C на фотопериоде 12 светлых (L) / 12 темных (D) с увлажненной кокосовой койрой, служащей как источником гидратации, так и средой яйцекладки, успешно поддерживало здоровых сверчков в течение 2-летнего периода. Следуя этим методам, сверчки в контролируемом эксперименте дали среднюю массу 0,724 г 0,190 г при сборе урожая, с 89% выживаемости и 68,2% полового созревания между зарыблением (22 дня) и сбором урожая (65 дней).
Introduction
Как типично для культового насекомого, плодовой мухи Drosophila melanogaster, использование насекомых в качестве лабораторных модельных организмов обеспечивает явные преимущества для исследований в области генетики, токсикологии и физиологии1. Небольшой размер насекомых уменьшает пространство, необходимое для культур, и количество необходимых кормов и расходных материалов. Многие насекомые быстро размножаются, что делает их уникально подходящими для создания специализированных генетических линий и исследований, требующих оценки нескольких последовательных поколений.
Многие исследования сосредоточены на голометаболических насекомых, таких как дрозофила, которые демонстрируют полный метаморфоз и окукливание. Тем не менее, доступны и другие модели, в том числе Gryllus bimaculatus (De Geer), двухпятнистый полевой крикет. G. bimaculatus является паврометаболозным насекомым, которое подвергается от 7 до 11 нимфальных звезд, прежде чем достичь половой зрелости2. Этот сверчок демонстрирует широкий спектр поведения, связанного с половым отбором, включая стридуляцию, территориальные проявления и охрану партнера3. Незрелые сверчки отличаются от личинок голометаболических видов насекомых тем, что они, подобно многим паврометаболическим молодым особям, способны регенерировать утраченные и поврежденные конечности во время экдиза4. Кроме того, полностью секвенированный геном G. bimaculatus был опубликован в 2021году 5. Эти характеристики делают этих сверчков привлекательными в качестве мишени для фундаментальных исследований.
Двухпятнистые полевые сверчки широко выращиваются для питания человека и корма для животных. Масштаб этих операций зачастую значительно больше, чем для лабораторных исследований 6,7. Несмотря на разницу в масштабах, проблемы, с которыми сталкиваются исследователи, в значительной степени совпадают с теми, с которыми сталкиваются коммерческие фермеры, выращивающие крикет. Эти соображения сходятся в контексте лабораторных исследований, направленных на улучшение производства съедобных насекомых. Поскольку индустрия съедобных насекомых продолжает развиваться и расти, оптимизация кормовых ресурсов и множества других аспектов производства является основной целью8. Лабораторные исследования, демонстрирующие измеренные улучшения эффективности выращивания, выживания или времени генерации у этих сверчков, могут помочь повысить прибыльность операций по выращиванию крикета в долгосрочной перспективе.
Стандартизированные протоколы выращивания позволяют проводить более тесное сравнение между исследованиями, изучающими оптимизацию выращивания. На сегодняшний день опубликовано несколько подробных протоколов выращивания G. bimaculatus в лаборатории. Идеальный протокол должен отражать условия, встречающиеся в реальных операциях по выращиванию крикета, сохраняя при этом строго контролируемые условия, необходимые для точного измерения изменений в показателях роста, возникающих в результате экспериментальной обработки, и подчеркивая стратегии снижения риска. Методы, описанные в этой статье, были разработаны на основе опубликованных протоколов, методов и устройств, используемых для выращивания различных видов крикета в широком диапазоне лабораторных и коммерческих производственных масштабов 2,9,10,11,12. Эти методы также основаны на нескольких нерецензируемых источниках, включая неопубликованные технические бюллетени и личное общение с коммерческими фермерами крикета в Северной Америке. Этот протокол был разработан с намерением облегчить создание лабораторных культур G. bimaculatus специально для использования в испытаниях, связанных с насекомым.
Protocol
Representative Results
Discussion
Простота этого подхода к выращиванию крикета может принести пользу целому ряду областей исследований и представляет собой общий шаблон для успешного выращивания крикета, легко адаптируемый к различным экспериментальным потребностям. По сравнению с несколькими другими исследования?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Финансирование этого проекта стало возможным благодаря внутренним грантам Университета Висконсин-Мэдисон. Искренняя благодарность Кевину Бачхуберу из Bachhuber Consulting Inc. за доступ к его неопубликованному руководству по коммерческому выращиванию крикета и Майклу Бартлетту Смиту за его помощь в совершенствовании и устранении неполадок этих методов.
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 |
Referências
- Hales, K. G., Korey, C. A., Larracuente, A. M., Roberts, D. M. Genetics on the fly: a primer on the Drosophila model system. Genética. 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. Biologia do Desenvolvimento. 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).
