Maintenir les cultures de laboratoire de Gryllus bimaculatus, un modèle orthoptère polyvalent pour l’agriculture des insectes et la physiologie des invertébrés
Summary
Cet article décrit les méthodes de base pour normaliser des facteurs importants tels que la densité, la disponibilité des aliments, la source d’hydratation et les contrôles environnementaux pour l’élevage à long terme de cultures de laboratoire du grillon comestible, Gryllus bimaculatus.
Abstract
Gryllus bimaculatus (De Geer) est un grillon à gros corps distribué dans toute l’Afrique et le sud de l’Eurasie où il est souvent récolté à l’état sauvage comme nourriture humaine. En dehors de son aire de répartition naturelle, la culture de G. bimaculatus est possible en raison de sa plasticité alimentaire, de son cycle de reproduction rapide, de son absence d’exigences en diapause, de sa tolérance à l’élevage à haute densité et de sa robustesse contre les agents pathogènes. Ainsi, G. bimaculatus peut être un modèle polyvalent pour les études de la physiologie, du comportement, de l’embryologie ou de la génétique des insectes.
Les paramètres culturels, tels que la densité de peuplement, le refuge à l’intérieur de la cage, la photopériode, la température, l’humidité relative et le régime alimentaire, ont tous un impact sur la croissance, le comportement et l’expression des gènes du grillon et doivent être normalisés. Dans la littérature en plein essor sur l’élevage d’insectes destinés à la consommation humaine, ces grillons sont fréquemment utilisés pour évaluer les mélanges d’aliments candidats dérivés de résidus de culture, de sous-produits de transformation des aliments et d’autres flux de déchets à faible coût.
Pour soutenir les expériences en cours évaluant les performances de croissance et la qualité nutritionnelle de G. bimaculatus en réponse à des substrats alimentaires variables, un ensemble complet de protocoles standard pour la sélection, l’entretien, la manipulation, la mesure et l’euthanasie en laboratoire a été développé et est présenté ici. Un aliment de grillon standard de l’industrie s’est avéré nutritionnellement adéquat et fonctionnellement approprié pour le maintien à long terme des stocks reproducteurs de grillons, ainsi que pour une utilisation comme aliment de contrôle expérimental. L’élevage de ces grillons à une densité de 0,005 grillon/cm3 dans des cages en polyéthylène de 29,3 L surmontées d’un écran à une température moyenne de 27 °C sur une photopériode de 12 mi(L)/12 foncé (D), avec de la fibre de coco humidifiée servant à la fois de source d’hydratation et de milieu de ponte a permis de maintenir avec succès des grillons en bonne santé sur une période de 2 ans. En suivant ces méthodes, les grillons dans une expérience contrôlée ont donné une masse moyenne de 0,724 g 0,190 g à la récolte, avec 89% de survie et 68,2% de maturation sexuelle entre le stockage (22 jours) et la récolte (65 jours).
Introduction
Comme en témoigne l’insecte emblématique, la mouche des fruits Drosophila melanogaster, l’utilisation d’insectes comme organismes modèles de laboratoire offre des avantages distincts pour les études en génétique, toxicologie et physiologie1. La petite taille des insectes réduit l’espace nécessaire pour les cultures et la quantité d’aliments et de matériaux consommables nécessaires. De nombreux insectes se reproduisent rapidement, ce qui les rend particulièrement adaptés à la création de lignées génétiques spécialisées et à des études nécessitant l’évaluation de plusieurs générations successives.
De nombreuses études se concentrent sur les insectes holométaboloïdes tels que la drosophile, qui présentent une métamorphose et une nymphose complètes. Cependant, d’autres modèles sont disponibles, y compris Gryllus bimaculatus (De Geer), le grillon de terrain à deux points. G. bimaculatus est un insecte paurometabolous qui subit entre 7 et 11 instars nymphales avant d’atteindre la maturité sexuelle2. Ce cricket présente un large éventail de comportements liés à la sélection sexuelle, y compris la stridulation, les affichages territoriaux et la protection des partenaires3. Les grillons immatures sont différents des larves des espèces d’insectes holométaboles en ce sens qu’ils sont, comme de nombreux juvéniles paurométabolous, capables de régénérer les membres perdus et endommagés pendant l’ecdysis4. De plus, le génome entièrement séquencé de G. bimaculatus a été publié en 20215. Ces caractéristiques rendent ces grillons attrayants en tant que cible pour la recherche fondamentale.
Les grillons des champs à deux points sont largement élevés pour l’alimentation humaine et animale. L’ampleur de ces opérations est souvent beaucoup plus grande que pour la recherche en laboratoire 6,7. Malgré la différence d’échelle, les défis auxquels sont confrontés les chercheurs recoupent grandement ceux rencontrés par les producteurs commerciaux de cricket. Ces considérations convergent dans le contexte de la recherche en laboratoire visant à améliorer la production d’insectes comestibles. Alors que l’industrie des insectes comestibles continue d’évoluer et de croître, l’optimisation des intrants alimentaires et d’une myriade d’autres aspects de la production est un objectif principal8. Des études en laboratoire démontrant des améliorations mesurées de l’efficacité de l’élevage, de la survie ou du temps de génération chez ces grillons ont le potentiel d’aider à augmenter la rentabilité des exploitations agricoles de grillons à long terme.
Les protocoles d’élevage standardisés permettent une comparaison plus étroite entre les études portant sur l’optimisation de l’élevage. À ce jour, peu de protocoles détaillés pour l’élevage de G. bimaculatus en laboratoire ont été publiés. Un protocole idéal refléterait les conditions rencontrées dans les exploitations agricoles de cricket du monde réel, tout en maintenant les conditions strictement contrôlées nécessaires pour mesurer avec précision les changements dans la performance de croissance découlant des traitements expérimentaux et en mettant en évidence les stratégies d’atténuation des risques. Les méthodes décrites dans le présent article ont été développées sur la base de protocoles, de techniques et d’appareils publiés utilisés pour élever une variété d’espèces de grillons à un large éventail d’échelles de laboratoire et de production commerciale 2,9,10,11,12. Ces méthodes sont également éclairées par plusieurs sources non évaluées par des pairs, y compris des bulletins techniques non publiés et des communications personnelles avec des producteurs commerciaux de cricket en Amérique du Nord. Ce protocole a été élaboré dans le but de faciliter l’établissement de cultures en laboratoire de G. bimaculatus spécifiquement pour une utilisation dans des essais liés à l’élevage d’insectes.
Protocol
Representative Results
Discussion
La simplicité de cette approche de l’élevage du cricket peut bénéficier à une gamme de domaines de recherche et représente un modèle générique pour un élevage réussi du cricket, facilement adaptable à une variété de besoins expérimentaux. Par rapport à plusieurs autres études sur G. bimaculatus, la taille adulte individuelle du corps est plus petite et la maturation est plus lente14, ce que nous attribuons à la température d’élevage sous-optimale qui nous est impos…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Le financement de ce projet a été rendu possible grâce à des subventions internes de l’Université du Wisconsin-Madison. Sincères remerciements à Kevin Bachhuber de Bachhuber Consulting Inc. pour l’accès à son guide inédit pour l’élevage commercial de cricket et à Michael Bartlett Smith pour son aide dans le raffinement et le dépannage de ces méthodes.
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. Genetics. 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. Developmental Biology. 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).
