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

והמלצה תודה של אוניברסיטת ויסקונסין ביוטכנולוגיה במרכז DNA רצף המתקן למתן הגברה, רצף מתקנים ושירותים, קייטלין קרלסון, ג'ניפר המיומנות, ג'ייק אוטו, וכן מקס Haase למתן סיוע טכני עם אנליזה מולקולרית. עבודה זו נתמכה על ידי שירות המחקר החקלאי-USDA הופקעו קרנות (מחקר מידע המערכת הנוכחית 3655-21220-001). תמיכה נוספת סופק על ידי הקרן הלאומית למדע (תחת גרנט מס DEB-1442148), DOE הגדול אגמים Bioenergy המרכז לחקר (DOE משרד המדע בער דה-FC02-07ER64494), לבין משרד החקלאות המכון הלאומי של מזון חקלאות (פתח פרוייקט 1003258). C.T.H. הוא חוקר הספסל למדעים ביו ועמית של אלפרד Toepfer סגל, הנתמך על-ידי בוטח צדקה הספסל ועל קרן אלכסנדר פון הומבולדט, בהתאמה.

1. לבחון את ההשפעה של החשיפה פטריות על Bumble דבורים המושבה הצלחה באמצעות שדה כלוב ניסויים <ol><li>סט למעלה 10 כלובי רשת בשדה נטועים שיבולת שועל. נחפור תעלה סביב כל הכלוב, חופר לכל ארבעה קצוות של הכלוב רשת באדמה כדי להבטיח כי דבורים לא יכול לברוח. מלאי את הכלובים עם צמחים בעלי פרחים בעציץ, אשר ידוע?...

חקירות ההשפעות של קוטלי פטריות על דבורה בריאות נשארו היבט understudied של אסטרטגיות ניהול בפשט. המחקר שלנו שואפת את פער הידע זה באמצעות חבילה של טכניקות משלימים במפורש לבודד את הגורמים הפוטנציאליים נהיגה דבורה ירידות. תכנון הרציונל, עיבוד של ניסויים אלה מפורטים להלן.
חשוב לוודא ?...

הצליח, דבורה בר מינים חווים ירידות נפוצה, עם השלכות עיקריים עבור שתי מערכות חקלאיות טבעי1. למרות המאמצים מתואמת כדי להבין את הסיבות לבעיה זו, הגורמים נהיגה דבש דבורים ירידות הם עדיין לא הבין היטב2,3,4. עבור מינים מסוימים של דבורים פראי, מקורית, המצב נהיה קשה5,6. אם אוכלוסיות דבורה לא יכולה להתקיים כאשר הם מצטלבים עם חקלאות תעשייתית, אוכלוסיות שלהם ימשיכו ליפול היבולים הדורשים למאביקים (35% ייצור ברחבי העולם7) ימשיכו מופחת יבול.
בעוד גורמים פוטנציאליים רבים כגון חשיפה לחומרי הדברה, מחלות גידול הפסד1,4,8,9,10 היו מעורבים בהתדרדרות דבורים דבש, יחסית מעט מאוד ידוע על השפעת לחצים אלו אינטראקטיבית על דבורים יליד בריאות, בתוך או ליד ומערכות חקלאיות. מאמצים רבים במחקר הנוכחי להמשיך להתמקד קוטלי חרקים, (למשל, neonicotinoids11,12), למרות שהמחקר העבר מצביע על כך קוטלי פטריות עשוי גם לשחק תפקיד בהתדרדרות דבורים על ידי ופוגע היווצרות הזיכרון, חוש הריח הקבלה13, קן זיהוי14, פעילות אנזים, פונקציות מטבוליות15,16,17. באופן כללי, קוטלי פטריות להמשיך להחיל על היבול פורח במהלך בלום. המחקרים האחרונים תיעדו כי דבורים נפוץ להחזיר פטריות שאריות כוורת18, ואכן, מחקרים הראו שיעור גדול של כוורות שנבדקו הכיל פטריות שאריות19,20. עבודה נוספת חשף את שאריות פטריות קשורה עם שיעור גבוה של דבש דבורים התמותה זחל21,22,23 ואת נוכחותם של "אנטומבד אבקה" בתוך מושבות, אשר למרות שאינם רעילים, נטול פעילות מיקרוביאלית והוא פרוץ תזונתית24. למרות העובדה כי קוטלי פטריות יש מזמן נחשב "דבורה-בטוח", עכשיו יש ראיות כי החשיפה פטריות לבד יכול לגרום הפסדים המושבה חמור של זן דבורה במבל מקורית, וטופל בומבוס25.
כדי לקבוע סיבתיות בין חשיפה פטריות המושבה התמותה, המודוס אופרנדי של כימיקלים אלה צריך להיקבע. כפי שמעידים קרקעות26, משקעים27ו סביבות הימית28, מיקוד פטריות, קוטלי פטריות סביר לשנות השפע פטרייתי, גיוון בתוך אבקה-הוראות, ובכך מפעיל קהילה גדולה משמרת את זה ייתכן מאוד ממליץ חיידקים. ללא מתחרים פטרייתי או היריבים, חיידקים פתוגניים מסוימים יכולים להתרבות יחסית לא מסומן, להקל את קלקול של אבקה-הוראות. מחקרים שנעשו בעבר הוכיחה כי מיקרואורגניזמים, במיוחד שמרים ופטריות filamentous, לשמש אנחנו חיים איתם בסמביוזה תזונתי עבור דבורים29,30,31, להגן מפני טפילים פתוגנים32 ,33, ולספק שימור לטווח ארוך של חנויות אבקה. קוטלי פטריות, לכן, ייתכן בעקיפין לפגוע דבורים ילדותי באמצעות שיבוש הקהילה מיקרוביאלי, יש צורך לספק שירותים אלה ו/או על ידי הגדלת הרגישות פתוגנים וטפילים הזדמנותית12. עם הגדלת דרישות על ייצור מזון, יבולים ברחבי העולם להיות ריססו בכל שנה עם קוטלי פטריות במהלך בלום, דבר המלמד הצורך להבין את סדר הגודל של תופעות כאלה הנוצרות על-ידי פטריות.
עד היום, הפערים הידע העיקריים הנוגעים מיקרוביאלי יליד דבורה אקולוגיה יכול להיות מיוצג על ידי בשאלות הבאות: באיזו מידה פטריות משנה הקהילה חיידקים בתוך דבורה אבקה-הוראות? מהן ההשפעות במורד הזרם של צריכת אבקה עם קהילה מיקרוביאלי שינו עמוקות? לשמור על השאלות האלה שהם נוגעים מבחינה אקולוגית, ניסויים שפותחו עם המטרות של חשיפת 1) את שאריות פטריות לבד יכול לגרום המושבה חמורה שקיעתה של מין יליד דבורה; 2) מידת שבה קהילות מיקרוביאלי בהוראות-אבקה שונו על ידי קוטלי פטריות ו- 3) כיצד דבורה בריאות מושפע על-ידי קהילה מיקרוביאלי שינו באופן חמור. מטרות הניסוי הוגדרו להתייחס אל כל השאלות הנ ל באמצעות שילוב של ניסויים במעבדה שדה מבוססות. מחקר זה באמצעות המדינה-of-the-art metagenomic טכניקות מולקולריות לצד שיטות מסורתיות של התבוננות שדה, שואפת לחבר את השפעת קוטלי פטריות אפשריות על בריאות דבורה.
המטרה הראשונה של מחקר זה היא להדגים כי חשיפה פטריות לבד יכול לגרום הפסדים משמעותיים המושבה בקרב ילידי דבורה מינים. מחקר מעורבים כלובים גדולים שדה שימש לחקור את ההשפעות של חשיפה פטריות על הגידול המושבה של הפרח בומבוס, דבורה מקורית בכל מקום, שפע בארה ב (איור 1, איור 2, איור 3). זה היה שיערו כי כוורות שטופלו פטריות שיציג כושר נמוך, ודמוגרפיה טיפוסיות בהשוואה כוורות שאינו חשוף. והנתונים שהתקבלו בניסוי תמיכה השערה זו, הוכחת כי שאריות פטריות בתוך אבקה יכול להיות הגורם הבלעדי של המושבה עמוקה הפסדים מינים דבורה במבל יליד25. המטרה השנייה של מחקר זה היא לחקור את התגובה של microbiome אבקה פטריות חשיפה. זה זה שיערו כי הרכב הקהילה של חיידקים בתוך אבקה-הוראות נחשפים קוטלי פטריות תהיה שונה מזו של אבקה ללא טיפול. בעוד פטרייתי השפע והמגוון צפויים לירידה משמעותית, חיידקים ו/או בזן פטרייתי דומיננטי אחד סביר יגדל לא מסומן בהיעדרו של פטריות מתחרים אחרים. דרך סדרה של ניסויים ב- vivo , אלה משמרות בהרכב הקהילה מיקרוביאלי ינותחו תוך שימוש metagenomics.

<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

מגדלים מרבים להשתמש פטריות תרסיסים במהלך בלום, להגן על היבולים מפני המחלה, אשר חושף את הדבורים כדי פטריות שאריות. למרות נחשב "דבורה-בטוח", יש עדויות הרכבה פטריות שאריות אבקה משויכים דבורה ירידות (עבור גם דבש bumble דבורים מינים). בעוד המנגנונים עדיין לא ידועים יחסית, החוקרים העריכו כי דבורה-חיידק symbioses מעורבים. חיידקים לשחק תפקיד מרכזי לשימור ו/או עיבוד של אבקה, המשמש תזונה עבור דבורים זחל. על ידי שינוי בקהילה מיקרוביאלי, סביר כי קוטלי פטריות לשבש את שירותי אלה בתיווך חיידק, ובכך לסכן את בריאות דבורה. כתב יד זה מתאר בפרוטוקולים המשמשים כדי לחקור את mechanism(s) עקיף שבאמצעותו קוטלי פטריות עלול לגרום ירידה המושבה. כלוב ניסויים חשיפת דבורים פרחים שטופלו פטריות כבר סיפקו העדויות הראשונות כי קוטלי פטריות לגרום הפסדים המושבה עמוקה מקורית הדבורה (בומבוס הפרח). באמצעות שדה רלוונטי מינונים של קוטלי פטריות, סדרה של ניסויים פותחו כדי לספק תיאור עדינה יותר של הקהילה מיקרוביאלי הדינמיקה של אבקה החשופים פטריות. משמרות בהרכב מבנית של במכלולים פטרייתי ובקטריאליות בתוך microbiome אבקה נחקרות על-ידי הדור הבא רצפי וניתוח metagenomic. ניסויים שפותחו בזאת עוצבו כדי לספק הבנה מכניסטית של כיצד קוטלי פטריות משפיעים על microbiome של אבקה-הוראות. בסופו של דבר, ממצאים אלה צריך לשפוך אור על מסלול עקיף שדרכו קוטלי פטריות עלול לגרום ירידות המושבה.

מחקר שדה הכלוב:
והנתונים שהתקבלו כלוב הניסויים הראו כי המושבות bumble דבורים היה בתגובה פטריות חשיפה משמעותית. ההייבס שטופלו פטריות המיוצר באופן משמעותי פחות עובדים (12.2 ± 3.8, זאת אומרת ± SE) מאשר ההייבס שליטה (43.2 ± 11.2, F1,9= 6.8, p ...

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

קונסורציומים חיידקים בתוך bumble דבורים כוורות להעשיר ולשמר אבקה של דבורה הזחלים. באמצעות רצף הדור הבא, יחד עם המעבדה, המבוסס על שדה ניסויים, כתב יד זה מתאר פרוטוקולים המשמשים כדי לבדוק את ההשערה כי שאריות פטריות לשנות את microbiome אבקה, ודמוגרפיה המושבה, המוביל בסופו של דבר אל המושבה הפסד.

אמפירית, Metagenomic, שיטות חישוביות להאיר את מנגנוני הבריאות דבורה איזה פשרה קוטלי פטריות

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

מכתים שלילי אופטימלי: פרוטוקול תפוקה גבוהה לבחינת מבנה חלבון קטן וסימטרי על ידי מיקרוסקופית אלקטרונים

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

בחינת ברדלסים: אנשי זיהוי על ידי עקביהם

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

הערכת ההשפעה של כימיקלים סביבתיים על התפתחות דבורת דבש מן הפרט אל רמת קולוני

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

Nanopore רצפי DNA לניתוח Metagenomic אדמה

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 והדמיה ספקטרלי שורש הצמח Phenotyping ומחקר פיזיולוגיים: הגדרת הניסוי והדמיה פרוטוקולים

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

טכניקות חוקר האנטומיה של מערכת הראייה נמלה

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

בידוד של בלוטת Mandibular תוכן המאגר של אפור פרווה "פיצוץ של הנמלים (Formicidae) לניתוח Volatilome על ידי GC-MS ו- MetaboliteDetector

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

בחיי עיר טכניקות הכלאה פרפין-מוטבע דגימות אלמוגים למבוגרים

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

הערכת הבריאות מבוסס necropsy דגים פראי

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

מדידת Hypopharyngeal בלוטת Acinus בגודל דבורת הדבש (בומבוס) עובדים

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