Name: empirical, metagenomic, and computational techniques illuminate the mechanisms by which fungicides compromise bee health
Uploaded: 2017-10-09T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Empirical, Metagenomic, and Computational Techniques Illuminate the Mechanisms by which Fungicides Compromise Bee Health at JoVE.com

المؤلف أشكر مركز التكنولوجيا الحيوية جامعة ويسكونسن تسلسل الحمض النووي مرفق لتوفير المساعدة التقنية مع التضخيم وتسلسل مرافق وخدمات، كيتلين كارلسون، وموهبة جنيفر، أوتو جيك وهاس ماكس التحليل الجزيئي. وأيد هذا العمل "خدمة البحوث" الزراعية-وزارة الزراعة خصصت الأموال (معلومات البحث الحالي نظام #3655-21220-001). وقدمت "المؤسسة الوطنية للعلوم" (تحت "رقم منحة" مزيدا من الدعم DEB-1442148)، مركز الكيان التشغيلي المعين البحيرات الأبحاث الحيوية الكبرى (مكتب وزارة الطاقة علوم البر دي-FC02-07ER64494)، ووزارة الزراعة المعهد الوطني للأغذية والزراعة (هاتش مشروع 1003258). C.T.H. هو "باحث بيو" في مجال العلوم البيولوجية الطبية وزميل كلية تويبفر الفريد، تدعمها بيو الخيرية ومؤسسة ألكسندر فون همبولت، على التوالي.

1-دراسة "تأثير التعرض مبيد للفطريات" في "تلعثم نحلة مستعمرة نجاح استخدام قفص التجارب الميدانية" <ol><li>مجموعة حتى عشرة مش أقفاص في حقل مزروع بالشوفان. حفر خندق حول كل القفص، وحفر كافة الحواف الأربع من القفص مش في الأرض لضمان أن لا يمكن الهروب من النحل. الأسهم في الأقفاص مع وعاء، النباتات المز?...

وظلت التحقيقات المتعلقة الآثار مبيدات الفطريات على صحة النحل جانبا المداريين استراتيجيات إدارة الآفات. وتهدف دراستنا لسد هذه الفجوة في المعرفة باستخدام مجموعة من التقنيات التكميلية التي صراحة عزل العوامل المحركة للنحل الانخفاضات المحتملة. التخطيط، والأساس المنطقي، وتقديم هذه التجارب ...

إدارتها وأنواع النحل البرية تعاني من انخفاضات على نطاق واسع، مع آثار كبيرة على النظم الطبيعية والزراعية على حد سواء1. وعلى الرغم من الجهود المتضافرة لفهم أسباب هذه المشكلة، العوامل المحركة لعسل النحل الانخفاضات لا تزال غير مفهومة جيدا2،،من34. لأنواع معينة من النحل البرية، الأصلية، أصبحت الحالة الأليمة5،6. إذا كان لا يمكن أن يستمر السكان النحل عندما أنها تتقاطع مع الزراعة الصناعية وسكانها سوف تستمر في الانخفاض، وسوف تحمل المحاصيل التي تتطلب الملقحات (35 في المائة من الإنتاج في العالم7) خفض المحاصيل.
وفي حين قد تورط العديد من العوامل المحتملة كمبيد آفات التعرض، والمرض، والموئل خسارة1،4،،من89،10 في عسل النحل الانخفاض، يعرف إلا القليل نسبيا عن أثر هذه الضغوطات التفاعلية على صحة النحل الأصلية، داخل أو بالقرب من النظم الزراعية. الكثير من الجهود البحثية الحالية مواصلة التركيز على المبيدات الحشرية، (مثلاً، neonicotinoids11،12)، على الرغم من أن البحوث السابقة تشير إلى أن مبيدات الفطريات قد تلعب أيضا دوراً في انخفاض النحل بعرقلة تشكيل الذاكرة، الاستقبال حاسة الشم13وعش الاعتراف14، نشاط إنزيم والوظائف الأيضية15،،من1617. على الصعيد العالمي، مبيدات الفطريات الاستمرار في تطبيق للمحاصيل المزهرة خلال لوم. وقد وثقت الدراسات الأخيرة أن النحل عادة إعادة بقايا مبيد للفطريات إلى خلية18، في الواقع، وقد أظهرت الدراسات أن نسبة كبيرة من خلايا تم اختبارها الواردة مبيد المخلفات19،20. مزيد من العمل قد كشفت عن أن بقايا مبيد للفطريات يترافق مع معدلات عالية من عسل النحل وفيات اليرقات21،،من2223 ، ووجود "حبوب اللقاح مدفون" داخل المستعمرات، التي على الرغم من أن غير سامة، تخلو من النشاط الميكروبي وهو الخطر غذائياً24. على الرغم من حقيقة أن مبيدات الفطريات طالما اعتبرت "النحل الآمنة"، هناك الآن أدلة على أن التعرض لمبيد للفطريات وحدها يمكن أن تسبب الخسائر مستعمرة شديدة في أنواع نحلة تلعثم أصلية، impatiens بومبوس25.
لإقامة علاقة سببية بين التعرض لمبيد للفطريات ومستعمرة وفيات، أسلوب عمل هذه المواد الكيميائية تحتاج إلى يتحدد. كما تدل على ذلك في26من التربة والرواسب2728من البيئات المائية، باستهداف الفطريات، مبيدات الفطريات الأكثر احتمالاً يغير وفرة الفطرية وتحول التنوع داخل حبوب اللقاح-الأحكام، وبالتالي الاحتجاج مجتمع رئيسية التي قد بقوة لصالح البكتيريا. دون الفطرية المنافسين أو الخصوم، يمكن أن تنتشر بعض البكتيريا المسببة للأمراض دون رادع نسبيا، تيسير تلف حبوب اللقاح-الأحكام. الماضي البحوث قد أثبتت أن الكائنات الحية الدقيقة، وبخاصة الخمائر والفطريات الخيطية، بمثابة سيمبيونتس الغذائية للنحل29،،من3031، حماية ضد الطفيليات والعوامل الممرضة32 ،33، وتقدم المحافظة على المدى الطويل من مخازن حبوب اللقاح. مبيدات الفطريات، لذلك، قد غير مباشر يضر بالنحل غير ناضجة بتعطيل المجتمع الميكروبية اللازمة لتوفير هذه الخدمات و/أو بزيادة التعرض ل مسببات الأمراض والطفيليات الانتهازية12. ومع تزايد الطلب على إنتاج الأغذية، المحاصيل في جميع أنحاء العالم هي يجري رش كل سنة مع مبيدات الفطريات خلال لوم، مؤكدا الحاجة إلى فهم حجم هذه الآثار الناجمة عن مبيد للفطريات.
حتى الآن، الثغرات المعرفية الأولية المتعلقة بالنحل الأصلية الميكروبية علم البيئة يمكن أن يمثله في المسائل التالية: وإلى أي مدى يتغير فطريات المجتمع الميكروبي داخل النحل حبوب اللقاح-الأحكام؟ ما هي آثار المصب تستهلك حبوب اللقاح مع مجتمع الميكروبية عميقة غيرت؟ تمشيا مع هذه الأسئلة وثيقة الصلة إيكولوجيا، وضعت تجارب مع الأهداف الرئيسية لكشف 1) أن بقايا مبيد للفطريات وحدها يمكن أن يسبب انخفاض حاد مستعمرة في أنواع أصلية النحل؛ 2) الدرجة التي يتم تغيير المجتمعات الميكروبية في حبوب اللقاح-الأحكام بمبيدات الفطريات، و 3) كيف تتأثر صحة النحل مجتمع الميكروبية غيرت شديدة. وقد حددت أهداف تجريبية لمعالجة المسائل المذكورة أعلاه باستخدام مزيج من التجارب المختبرية والميدانية. استخدام الجينومية الدولة للفنون والتقنيات الجزيئية جنبا إلى جنب مع الأساليب التقليدية للمراقبة الميدانية، يهدف هذا البحث إلى قطعة معا من الآثار المحتملة للفطريات على صحة النحل.
الهدف الأول من هذه الدراسة إثبات أن التعرض مبيد للفطريات وحدها يمكن أن تسبب الخسائر مستعمرة كبيرة بين أنواع النحل الأصلي. واستخدمت دراسة شملت أقفاص ميدانية كبيرة للتحقيق في آثار التعرض لمبيد للفطريات على نمو مستعمرة impatiens بومبوس، النحل أصلية في كل مكان، ووفرة في الولايات المتحدة (الشكل 1و الشكل 2، الشكل 3). كان الافتراض بأن المعالجة بمبيد للفطريات خلايا سيقدم انخفاض اللياقة البدنية، والديموغرافيا شاذة بالمقارنة مع خلايا غير مكشوف. البيانات التي تم الحصول عليها من هذه التجربة تؤيد هذه الفرضية، مما يدل على أن بقايا مبيد للفطريات داخل حبوب اللقاح يمكن أن تكون السبب الوحيد للخسائر مستعمرة عميقة في أنواع أصلية تلعثم نحلة25. والهدف الثاني من هذه الدراسة هو التحقيق في استجابة ميكروبيومي حبوب اللقاح للتعرض لمبيد للفطريات. هو الافتراض بأن تكوين المجتمع للميكروبات داخل حبوب اللقاح-أحكام يتعرضون لمبيدات الفطريات يختلف عن حبوب اللقاح غير المعالجة. البكتيريا و/أو أنواع فطرية مهيمنة واحدة في حين يتوقع أن تنخفض إلى حد كبير وفرة الفطرية والتنوع، سوف يرجح أن تنمو دون رادع في حالة عدم وجود الفطريات الأخرى المتنافسة. من خلال سلسلة من المحاكمات في فيفو ، سيتم تحليل هذه التحولات في تركيبة المجتمع الميكروبية باستخدام ميتاجينوميكس.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Natupol Beehive</td>
			<td>Koppert</td>
			<td>USRESM1</td>
			<td>16 hives</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propiconazole 14.3</td>
			<td>Quali-Ppro</td>
			<td>60207-90-1</td>
			<td>Propiconazole 14.3%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Abound</td>
			<td>Syngenta</td>
			<td>4033540</td>
			<td>Azoxystrobin 22.9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chlorothalonil</td>
			<td>Syngenta</td>
			<td>3452</td>
			<td>Fungicide used for trials</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pollen granules</td>
			<td>Bee rescued</td>
			<td>B004D5650C</td>
			<td>3X 16oz bottles, pollen for trials</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacterial strains for inoculation</td>
			<td>Currie Lab</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast strains for inoculation</td>
			<td>Hittinger lab</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primer pairs</td>
			<td>UW Biotech Center</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNA Isolation Kit</td>
			<td>Mo Bio</td>
			<td>12830-50</td>
			<td>Commercial DNA isolation kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Qubit dsDNA HS Assay Kit</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>Q32851</td>
			<td>DNA quantification tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Select Master Mix for CFX</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>4472952</td>
			<td>Used to perform real-time PCR using SYBR GreenER dye.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Real-Time PCR Detection System</td>
			<td>Bio Rad</td>
			<td>1855196</td>
			<td>Instrument used for PCR amplification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCR Clean-Up Kit,</td>
			<td>Axygen</td>
			<td>10159-696</td>
			<td>Used for efficient removal of unincorporated dNTPs, salts and enzymes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNA 1000 Kit</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>5067-1504</td>
			<td>Used for sizing and analysis of DNA fragments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MiSeq Sequencer</td>
			<td>Illumina</td>
			<td></td>
			<td>Used for next-generation sequencing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Assorted glassware (beaker, flasks, pipettes, test tubes, repietters)</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

empirical, metagenomic, and computational techniques illuminate the mechanisms by which fungicides compromise bee health

غالباً ما تستخدم مزارعي بخاخ مبيد للفطريات أثناء لوم لحماية المحاصيل ضد المرض الذي يعرض النحل لبقايا مبيد للفطريات. على الرغم من اعتبار "النحل الآمنة"، وهناك أدلة متزايدة على أن بقايا مبيد للفطريات في حبوب اللقاح ترتبط بانخفاض النحل (بالنسبة لأنواع العسل وتلعثم نحلة). الآليات التي ما زال مجهولاً نسبيا، تكهن الباحثون أن تشارك متنافسة الميكروبات والنحل. الجراثيم تلعب دوراً محوريا في الحفاظ على و/أو تجهيز حبوب اللقاح، الذي يخدم كالتغذية للنحل اليرقات. بتغيير المجتمع الميكروبية، فمن المحتمل أن مبيدات الفطريات تعطيل هذه الخدمات بوساطة ميكروب، ومما يعرض للخطر صحة النحل. ويصف هذه المخطوطة البروتوكولات المستخدمة للتحقيق في الآليات غير المباشرة التي قد تسبب الفطريات انخفاض مستعمرة. تجارب قفص تعريض النحل للمعالجة بمبيد للفطريات الزهور قدمت بالفعل أول دليل على أن الفطريات تسبب خسائر مستعمرة عميقة في أصلي تلعثم نحلة (impatiens بومبوس). استخدام جرعات الميدانية ذات الصلة من مبيدات الفطريات، وضعت سلسلة من التجارب لتقديم وصف أكثر دقة لديناميات المجتمع الميكروبي المعرضة لمبيد للفطريات حبوب اللقاح. بتسلسل الجيل القادم وتحليل مواد التحقيق في التحولات في التكوين الهيكلي لتجمعات الفطرية والبكتيرية داخل ميكروبيومي حبوب اللقاح. تجارب البلدان المتقدمة النمو هنا قد صممت لتوفير فهم ميكانيكية لكيفية تأثير مبيدات الفطريات ميكروبيومي حبوب اللقاح-الأحكام. وفي نهاية المطاف، هذه النتائج ينبغي تسليط الضوء على المسار غير المباشر من خلالها مبيدات الفطريات قد تسبب انخفاض مستعمرة.

دراسة ميدانية في قفص:
البيانات التي تم الحصول عليها من تجارب قفص أظهر أن المستعمرات تلعثم نحلة استجابة كبيرة للتعرض لمبيد للفطريات. خلايا النحل المعالجة بمبيد للفطريات المنتجة إلى حد كبير عدد أقل من العمال (± 12.2 3.8، يعني ± سراج الدين) من خلا?...

Watch this Scientific Journal Video about Empirical, Metagenomic, and Computational Techniques Illuminate the Mechanisms by which Fungicides Compromise Bee Health at JoVE.com

Empirical, Metagenomic, and Computational Techniques Illuminate the Mechanisms by which Fungicides Compromise Bee Health

اتحادات الميكروبية داخل خلايا النحل تلعثم إثراء والحفاظ على حبوب اللقاح ليرقات النحل. باستخدام تسلسل الجيل القادم، جنبا إلى جنب مع المختبرات والتجارب الميدانية، وهذه المخطوطة يصف البروتوكولات المستخدمة لاختبار الفرضية القائلة بأن بقايا مبيد للفطريات تغير ميكروبيومي حبوب اللقاح، ومستعمرة التركيبة السكانية، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى مستعمرة الخسارة.

التجريبية ومواد وتقنيات حسابية إلقاء الضوء على الآليات "مبيدات الفطريات وسط النحل الصحية"

Growers often use fungicide sprays during bloom to protect crops against disease, which exposes bees to fungicide residues. Although considered ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Environment

Ecology

Population and Community Ecology

SCIENTISTS IN ACTION

Optimized Negative Staining: a High-throughput Protocol for Examining Small and Asymmetric Protein Structure by Electron Microscopy

الأمثل تلطيخ سلبي: بروتوكول عالية الإنتاجية للدراسة صغيرة وغير المتناظر هيكل البروتين بواسطة المجهر الإلكتروني

Structural determination of proteins is rather challenging for proteins with molecular masses between 40 - 200 kDa. Considering that more than half of ...

Spotting Cheetahs: Identifying Individuals by Their Footprints

اكتشاف الفهود: الأفراد تحديد من آثارهم

The cheetah (Acinonyx jubatus) is Africa's most endangered large felid and listed as Vulnerable with a declining population trend by the IUCN1. It ranges ...

Evaluating the Effect of Environmental Chemicals on Honey Bee Development from the Individual to Colony Level

تقييم تأثير المواد الكيميائية البيئية على عسل النحل التنمية من الفرد إلى مستعمرة مستوى

The presence of pesticides in the beekeeping environment is one of the most serious problems that impacts the life of a honey bee. Pesticides can be ...

Nanopore DNA Sequencing for Metagenomic Soil Analysis

نانوبوري تسلسل الحمض النووي لتحليل التربة الجينومية

This article describes the steps for construction of a DNA library from soil, preparation and use of the nanopore flow cell, and analysis of the DNA ...

RGB and Spectral Root Imaging for Plant Phenotyping and Physiological Research: Experimental Setup and Imaging Protocols

RGB والتصوير الطيفي الجذر فينوتيبينج النباتية والبحوث الفسيولوجية: الإعداد التجريبية والتصوير البروتوكولات

Better understanding of plant root dynamics is essential to improve resource use efficiency of agricultural systems and increase the resistance of crop ...

Techniques for Investigating the Anatomy of the Ant Visual System

تقنيات التحقيق تشريح النظام المرئي النمل

This article outlines a suite of techniques in light microscopy (LM) and electron microscopy (EM) which can be used to study the internal and external eye ...

Isolation of Mandibular Gland Reservoir Contents from Bornean 'Exploding Ants' (Formicidae) for Volatilome Analysis by GC-MS and MetaboliteDetector

Isolation of Mandibular Gland Reservoir Contents from Bornean 'Exploding Ants' Formicidae for Volatilome Analysis by GC-MS and MetaboliteDetector

عزل محتويات الخزان الغدة الفك السفلي من Bornean ' تنفجر النمل (Formicidae) لتحليل فولاتيلومي GC-MS وميتابوليتيديتيكتور

The aim of this manuscript is to present a protocol describing the metabolomic analysis of Bornean &#39;exploding ants&#39; belonging to the Colobopsis ...

In Situ Hybridization Techniques for Paraffin-Embedded Adult Coral Samples

In Situ Hybridization Techniques for Paraffin-Embedded Adult Coral Samples

في الموقع تقنيات التهجين لعينات المرجان الكبار جزءا لا يتجزأ من البارافين

Corals are important ocean invertebrates that are critical for overall ocean health as well as human health. However, due to human impacts such as rising ...

Necropsy-based Wild Fish Health Assessment

تقييم صحة الأسماك البرية المستندة إلى نيكروبسي

Anthropogenic influences from increased nutrients and chemical contaminants, to habitat alterations and climate change, can have significant effects on ...

Measuring Hypopharyngeal Gland Acinus Size in Honey Bee (Apis mellifera) Workers

Measuring Hypopharyngeal Gland Acinus Size in Honey Bee Apis mellifera Workers

قياس "حجم أسينوس الغدة هيبوفارينجيل" في العمال "نحلة العسل" (Apis mellifera)

The nurse hypopharyngeal glands produce the protein fraction of the worker and royal jelly that is fed to developing larvae and queens. These paired ...