Tortricidae Zararlı Böceklerinde Kütle Yetiştirme ve Moleküler Çalışmalar
Summary
Mevcut protokol, tortricid haşere böceklerinin laboratuvarlarda yetiştirilme yöntemini açıklamaktadır. Böceklerin cinsiyetini ayırt etme ve yüksek verimli dizileme için nükleik asitleri çıkarma prosedürleri, iki tortricid zararlısı kullanılarak oluşturulmuştur.
Abstract
Genellikle tortrix veya yaprak silindiri güveleri olarak bilinen Tortricidae (Lepidoptera), ciddi tarımsal kayıplara neden olan birçok tarım ve ormancılık zararlısını içerir. Bu tür haşere güvelerinin biyolojisini anlamak için, temel teknikler yüksek talep görmüştür. Burada, kütle yetiştirme, gözlemler ve moleküler çalışmalar için yöntemler iki çay tortrix, Homona magnanima ve Adoxophyes honmai (Lepidoptera: Tortricidae) kullanılarak geliştirilmiştir. Böcekler dilimlenmiş yapay diyetle kitlesel olarak yetiştirildi ve biyolojik özellikleri göz önünde bulundurularak 100’den fazla kuşak boyunca akrabalık yoluyla sürdürüldü. Böceklerin çeşitli cinsiyet dimorfizmleri vardır; bu nedenle, sonraki tahlilleri önleyen gelişim aşamalarında cinsiyeti ayırt etmek zordur. Bu çalışma, tortrisid larvalarının cinsiyetinin, kadına özgü W kromozomunu görselleştirmek için testislerin veya laktik-asetik orsin boyamasının gözlemlenmesiyle belirlenebileceğini vurgulamıştır. Ayrıca, cinsiyet belirleme yöntemlerini kullanarak, bu çalışma cinsiyet tarafından belirlenen embriyolardan nükleik asit ekstraksiyonlarını ve yüksek verimli dizilemeye doğru uygulamayı mümkün kılmıştır. Bu ipuçları diğer haşere böcekleri için geçerlidir ve daha fazla morfolojik ve genetik çalışmayı kolaylaştıracaktır.
Introduction
Lepidopteran böcekleri, tanımlanan tüm canlı türlerinin %10’undan fazlasını temsil eder1 ve bazı takson türleri bitkilerde ciddi hasara ve ciddi tarımsal kayıplara neden olur 2,3. İpekböceği Bombyx mori4,5 gibi model böcekler kullanılarak moleküler ve genetik çalışmalar geliştirilmiş olmasına rağmen, haşere böcekleri, kısmen 6,7 yetiştirme ve idare etme zorlukları nedeniyle araştırılmamıştır. Bu nedenle, bu tür model olmayan haşere böceklerinin biyolojisini anlamak için temel çalışmalar ve teknikler gereklidir.
Genellikle tortrix veya yaprak silindiri güveleri olarak bilinen Tortricidae (Lepidoptera), birçok tarım ve ormancılık zararlısını içerir8. Böcek taksonlarından, oryantal çay tortrix Homona magnanima Diakonoff ve yaz meyvesi tortrix Adoxophyes honmai Yasuda, Doğu Asya’daki çay ağaçlarına zarar verdiği bilinen ciddi polifagot zararlılardır7. İki tür, maternal sekresyonlarla kaplı ince, yumuşak ve kırılgan yumurtalardan oluşan düz ve oval ölçek benzeri yumurta kümeleri (veya yumurta kütleleri) bırakır. Her ne kadar embriyogenez aşamaları böcek gelişimi ve cinsiyet tayini için çok önemli olsa da9, yumurtaların yapıları daha fazla analizin böceklerin biyolojisini anlamasını engellemektedir. Bu tür karmaşık yumurta kütlesini ortaya çıkaran zararlılar üzerinde daha fazla çalışma için zorlukların üstesinden gelmek önemlidir.
Burada, tortrisidlerin biyolojisini anlamak için, kitle yetiştirme yöntemleri, gözlemler ve moleküler çalışmalar A. honmai ve H. magnanima kullanılarak geliştirilmiştir. İlk olarak, kütle yetiştirme yöntemleri, her iki tortricidi de 100 nesil boyunca yetiştirilerek korur. Yumurtaların birleştirilmiş ölçek benzeri yumurta kütlesinden ayrılması, daha önce sineklerde kullanılan tekniklerden geliştirilen alkali ve organik çözücüler kullanılarak tortrisidlerin embriyogenez gözlemini kolaylaştırdı10. Ek olarak, bu çalışma, laktik-asetik orsin 11 kullanılarak lepidopteran dişilerin cinsiyet kromatininin boyama yöntemlerini geliştirerek küçük embriyoların cinsiyet ayrımcılığını ortayakoymuştur. Bu yöntemler birleştirilerek, cinsiyete göre belirlenmiş embriyolardan yüksek kalitede ve miktarda nükleik asitler çıkarıldı, aksi takdirde kurulması zor olan6. Ekstrakte edilen RNA, yeni nesil dizileme için kullanıldı. Toplu olarak, burada sunulan yöntemler diğer lepidopteran böceklerine ve diğer böcek taksonlarına uygulanır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tortricid çeşitli tarım ve ormancılık zararlılarından oluşur; Bu çalışmada tortriksin nesiller boyunca arka plana çıkarılması, böceklerin embriyogenezini ve cinsiyetinin gözlemlenmesi ve olgunlaşmış embriyolar kullanılarak moleküler analiz yapılması için yöntemler sunulmuştur.
Haşere böcek çalışmasının önündeki engellerden biri, yetiştirme yöntemleri oluşturmaktır. Özellikle akrabalık bazen türlerin uygunluğunu olumsuz yönde etkiler. Akrabalık depr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, Japonya Bilimi Geliştirme Derneği (JSPS) Genç Bilim İnsanları için Araştırma Bursu’nun desteğini kabul etmek istemektedir [Hibe Numarası 19J13123 ve 21J00895].
Materials
| 1/2 ounce cup | FP CHUPA | CP070009 | insect rearing; https://www.askul.co.jp/p/6010417/ |
| 1/2 ounce cup lid | FP CHUPA | CP070011 | insect rearing; https://www.askul.co.jp/p/6010434/?int_id=recom_DtTogether |
| 99.7% acetic acid | FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan | 36289 | fixation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01ALF036289.html |
| Agilent 2100 Bioanalyzer | Agilent Technologies | not shown | Nucleic acids quantification; https://www.agilent.com/en/product/automated-electrophoresis/bioanalyzer-systems/bioanalyzer-instrument |
| Agilent RNA6000 nano kit | Agilent Technologies | 5067-1511 | Nucleic acids quantification; https://www.agilent.com/cs/library/usermanuals/Public/G2938-90034_RNA6000Nano_KG |
| benzalkonium chloride solution | Nihon Pharmaceutical Co., Ltd | No.4987123116046 | Sterilization; https://www.nihon-pharm.co.jp/consumer/products/disinfection.html |
| Cotton | AOUME | 8-1611-02 | insect rearing; https://item.rakuten.co.jp/athlete-med/10006937/?scid=af_pc_etc&sc2id=af_113_0_1 |
| DAPI solution | Dojindo, Tokyo, Japan | 340-07971 | stainings; https://www.dojindo.co.jp/products/D523/ |
| Disodium Hydrogenphosphate | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 4.98748E+12 | Na2HPO4; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0119-0286.html |
| dsDNA HS quantification kit | Invitrogen | Q33231 | Nucleic acids quantification; https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/Q33230?SID=srch-srp-Q33230 |
| Econospin RNA II column | Epoch Life Science Inc. | EP-11201 | RNA extraction; http://www.epochlifescience.com/Product/SpinColumn/minispin.aspx |
| Ethanol | FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan | 4.98748E+12 | fixation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0105-0045.html |
| Ethylenediamine-N,N,N',N'-tetraacetic Acid Tetrasodium Salt Tetrahydrate (4NA) | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 4.98748E+12 | Cell lysis buffer (EDTA); https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01T02N003.html |
| Glassine paper | HEIKO | 2100010 | insect rearing; https://www.monotaro.com/p/8927/0964/?utm_id=g_pla& utm_medium=cpc&utm_source= Adw |
| heat block WSC-2620 PowerBLOCK | ATTO, Tokyo, Japan | 4002620 | incubation; https://www.attoeng.site/ |
| heptane | FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan | 4.98748E+12 | fixation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0108-0015.html |
| INSECTA LF | Nosan Co., Ltd | not shown | Artificial diet; https://www.nosan.co.jp/business/fodder/ist.htm |
| ISOGENII | Nippon Gene | 311-07361 | RNA extraction; https://www.nippongene.com/siyaku/product/extraction/isogen2/isogen2.html |
| isopropanol | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 4.98748E+12 | nucleic acids extraction; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0232-0004.html |
| Lactic acid | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 4.98748E+12 | Stainings; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0112-0005.html |
| methanol | FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan | 4.98748E+12 | fixation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0113-0182.html |
| MSV-3500 vortex | Biosan | BS-010210-TAK | Voltex mixer; https://biosan.lv/products/-msv-3500-multi-speed-vortex/ |
| Nano Photometer NP 80 | Implen | not shown | Nucleic acids quantification; https://www.implen.de/product-page/implen-nanophotometer-np80-microvolume-cuvette-spectrophotometer/tech-specs/ |
| Natural pack wide | Inomata chemical | 1859 | insect rearing; https://www.monotaro.com/g/03035766/?t.q=%E3%83%8A%E3%83%81%E3%83%A5%E3% 83%A9%E3%83%AB%E3%83%91% E3%83%83%E3%82%AF%E3%83% AF%E3%82%A4%E3%83%89 |
| NEBNext Ultra II RNA Library Prep Kit for Illumina | New England BioLabs | E7770S | Library preparation; https://www.nebj.jp/products/detail/2039 |
| orcein | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 4.98748E+12 | Stainings; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0115-0094.html |
| Paraformaldehyde | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 160-16061 | fixation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0116-1606.html |
| Polyoxyethylene(20) Sorbitan Monolaurate | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 4.98748E+12 | Tween-20; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0116-2121.html |
| Portable UV Black Light (4W, 365nm wavelength) | Southwalker Co., Ltd., Kanagawa, Japan | not shown | Insect collection; http://www.southwalker.com/shopping/?pid=1364614057-467328 |
| Potassium Chloride | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 4.98748E+12 | KCl; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0116-0354.html |
| Potassium Dihydrogen Phosphate | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 4.98748E+12 | KH2PO4; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0116-0424.html |
| ProLong Diamond Antifade Mountant | Invitrogen, MA, USA | P36965 | antifade; https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/P36965 |
| Proteinase K Solution | Merck | 71049-4CN | DNA extraction; https://www.merckmillipore.com/JP/ja/product/Proteinase-K-Solution-600-mAU-ml,EMD_BIO-71049 |
| protein precipitation solution | Qiagen | 158912 | DNA extraction; https://www.qiagen.com/us/products/discovery-and-translational-research/lab-essentials/buffers-reagents/puregene-accessories/?cmpid=PC_DA_NON_ BIOCOMPARE_ProductListing_ 0121_RD_MarketPlace_ProductC |
| Qubit V4 | Invitrogen | Q33238 | Nucleic acids quantification; https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/Q33238 |
| rifampicin | FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan | 4.98748E+12 | Sterilization; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0118-0100.html |
| RNA HS quantification kit | Invitrogen | Q32855 | Nucleic acids quantification; https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/Q32852 |
| RNase solution | Nippon Gene | 313-01461 | RNA extraction; https://www.nippongene.com/siyaku/product/modifying-enzymes/rnase-a/rnase-s.html |
| Silk Mate 2S | Nosan Co., Ltd | not shown | Artificial diet; https://www.nosan.co.jp/business/fodder/ist.htm |
| Sodium Chloride | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 4.98748E+12 | NaCl; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0119-0166.html |
| Sodium Dodecyl Sulfate | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 4.98748E+12 | Cell lysis buffer (SDS); https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0119-1398.html |
| sodium hypochlorite aqueous solution | FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan | 4.98748E+12 | egg separation; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0119-0220.html |
| Tetracycline Hydrochloride | FUJIFILM Wako Chemicals Co., Osaka, Japan | 4.98748E+12 | Sterilization; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0120-1656.html |
| Tris-HCl | FUJIFILM Wako Chemicals Co. | 4.98748E+12 | Cell lysis buffer; https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0120-1536.html |
| ultra-pure distilled water | Invitrogen | 10977023 | RNA extraction; https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/10977015 |
References
- Gaston, K. J. The magnitude of global insect species richness. Conservation Biology. 5 (3), 283-296 (1991).
- Pogue, M. A world revision of the genus Spodoptera Guenée (Lepidoptera: Noctuidae). Memoirs of the American Entomological Society. 43, 1 (2002).
- Matsuura, H., Naito, A. Studies on the cold-hardiness and overwintering of Spodoptera litura F. (Lepidoptera: Noctuidae): VI. Possible overwintering areas predicted from meteorological data in Japan. Applied Entomology and Zoology. 32 (1), 167-177 (1997).
- Mita, K., et al. The construction of an EST database for Bombyx mori and its application. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (24), 14121-14126 (2003).
- Kawamoto, M., et al. High-quality genome assembly of the silkworm, Bombyx mori. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 107, 53-62 (2019).
- Fukui, T., et al. In vivo masculinizing function of the Ostrinia furnacalis Masculinizer gene. Biochemical and Biophysical Research Communications. 503 (3), 1768-1772 (2018).
- Arai, H., Ishitsubo, Y., Nakai, M., Inoue, M. N. A simple method to disperse eggs from lepidopteran scale-like egg masses and to observe embryogenesis. Entomological Science. 25 (1), 12497 (2022).
- vander Geest, L. P., Evenhuis, H. H. . Tortricid pests: their biology, natural enemies and control. , (1991).
- Kiuchi, T., et al. A single female-specific piRNA is the primary determiner of sex in the silkworm. Nature. 509 (7502), 633-636 (2014).
- Rand, M. D., Kearney, A. L., Dao, J., Clason, T. Permeabilization of Drosophila embryos for introduction of small molecules. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 40 (11), 792-804 (2010).
- Kageyama, D., Traut, W. Opposite sex-specific effects of Wolbachia and interference with the sex determination of its host Ostrinia scapulalis. Proceedings of the Royal Society B. 271 (1536), 251-258 (2004).
- Arai, H., Lin, S. R., Nakai, M., Kunimi, Y., Inoue, M. N. Closely related male-killing and nonmale-killing Wolbachia strains in the oriental tea tortrix Homona magnanima. Microbial Ecology. 79 (4), 1011-1020 (2020).
- Schalamun, M., et al. Harnessing the MinION: An example of how to establish long-read sequencing in a laboratory using challenging plant tissue from Eucalyptus pauciflora. Molecular Ecology Resources. 19 (1), 77-89 (2019).
- Winnebeck, E. C., Millar, C. D., Warman, G. R. Why does insect RNA look degraded. Journal of Insect Science. 10 (1), 159 (2010).
- Ivey, C. T., Carr, D. E., Eubanks, M. D. Effects of inbreeding in Mimulus guttatus on tolerance to herbivory in natural environments. Ecology. 85 (2), 567-574 (2004).
- Saccheri, I., et al. Inbreeding and extinction in a butterfly metapopulation. Nature. 392 (6675), 491-494 (1998).
- Crnokrak, P., Roff, D. A. Inbreeding depression in the wild. Heredity. 83 (3), 260-270 (1999).
- Keller, L. F., Waller, D. M. Inbreeding effects in wild populations. Trends in Ecology & Evolution. 17 (5), 230-241 (2002).
- Margaritis, L. H., Kafatos, F. C., Petri, W. H. The eggshell of Drosophila melanogaster. I. Fine structure of the layers and regions of the wild-type eggshell. Journal of Cell Science. 43 (1), 1-35 (1980).
- Sugimoto, T. N., Ishikawa, Y. A male-killing Wolbachia carries a feminizing factor and is associated with degradation of the sex-determining system of its host. Biology Letters. 8 (3), 412-415 (2012).
