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

Автора(ов) поблагодарить фонд университета Висконсин биотехнологии центр ДНК последовательности для обеспечения усиления и последовательности объектов и услуг, Кейтлин Карлсон, Дженнифер сноровки, Джейк Отто и Max Haase для оказания технической помощи с Молекулярный анализ. Эта работа была поддержана USDA-сельскохозяйственная исследовательская служба ассигнованных средств (текущие исследования информационной системы #3655-21220-001). Дальнейшая поддержка была оказана национальным фондом науки (под № Грант DEB-1442148), Доу Великих озер биоэнергетики исследовательский центр (DOE управление науки де Бер-РС02 07ER64494) и USDA национального института продовольствия и сельского хозяйства (Люк проекта 1003258). C.T.H. — Пью ученый в области биомедицинских наук и сотрудник факультета Альфред Toepfer, поддерживает благотворительные фонды Пью и Фонда Александра фон Гумбольдта, соответственно.

1. изучить влияние фунгицида воздействия на шмелей пчелы колонии успех с помощью поля Кейдж экспериментов <ol><li>набор до десяти сетка клетки в поле посадили с овсом. Выкопать траншею вокруг каждой клетки и копать всех четырех краев сетки клетке в землю, чтобы обеспечить, что пчелы не мож...

Расследование эффекты фунгициды на здоровье пчел остаются малоисследованный аспект стратегий управления вредителей. Наше исследование стремится преодолеть этот пробел в знаниях, используя набор дополнительных методов, которые явным образом изолировать потенциальных факторов сниж?...

Управляемые и видов диких пчел испытывают широкомасштабное уменьшение, с основными последствиями для обеих природных и сельскохозяйственных систем1. Несмотря на согласованные усилия, чтобы понять причины этой проблемы факторы, способствующие мед пчелы снижение все еще не хорошо понимали2,3,4. Для некоторых видов диких, родной пчел ситуация стала остро5,6. Если пчела населения не может быть устойчивой, когда они пересекаются с промышленного сельского хозяйства, их население будет продолжать падать, и культур, требующих опылителей (35% от мирового производства7) будет терпеть снижается урожай.
В то время как многие потенциальные факторы такие как пестицид выдержка, болезни и Хабитат потери1,4,8,9,10 были вовлечены в мед пчелы снижение, относительно мало известно о интерактивная влияние этих факторов стресса на родной пчел здоровья, в пределах или вблизи сельскохозяйственных систем. Многие текущие исследовательские усилия по-прежнему сосредоточиться на инсектицидов, (например, neonicotinoids11,12), хотя последние исследования показывают, что Фунгициды могут также играть роль в пчела спад на умаление формирования памяти, обонятельные прием13, гнездо признание14, активность ферментов и метаболические функции15,16,17. Глобально фунгициды продолжают применяться до цветения культур во время цветения. Недавние исследования документально, что пчелы обычно приносят фунгицида остатков обратно в улей18, действительно, исследования показали большое количество проверенных ульев содержится фунгицид остатков19,20. Дальнейшей работы показал, что фунгицид остатков ассоциируется с высоким уровнем мед пчелы личиночной смертности21,22,23 и присутствие «квеври пыльцы» в колониях, которые хотя нетоксичные, лишенный микробной активности и является питательной скомпрометированных24. Несмотря на тот факт, что фунгициды давно считается «пчела Сейф», теперь есть доказательства что воздействие только фунгицид может привести к тяжелой колонии потери в родной шмелей пчелы видов, Bombus Импатиенс25.
Для установления причинно-следственной связи между воздействием фунгицидом и колонии смертности, modus operandi этих химических веществ необходимо будет определить. Как подтверждается в почвах26, отложения27и28водной среды, ориентации грибов, фунгициды скорее изменить грибковых изобилия и разнообразия в рамках пыльцы положений, тем самым вызов основных сообщества сдвига может сильно пользу бактерий. Без грибковых конкурентов или антагонисты определенные патогенные бактерии могут размножаться относительно снят, содействие порчи пыльцы положений. Последние исследования продемонстрировал что микроорганизмов, особенно дрожжей и нитевидные грибов, служить питания симбионтами для пчел29,30,31, защиту от паразитов и патогенных32 ,33и обеспечивают долгосрочное сохранение пыльцы магазинов. Фунгициды, таким образом, может косвенно нанести вред незрелых пчел, нарушая микробной сообщества, которая необходима для предоставления таких услуг и/или путем повышения восприимчивости к условно-патогенных возбудителей и паразитов12. С ростом спроса на производство продовольствия, сельскохозяйственных культур во всем мире являются распыляется каждый год с фунгицидами во время цветения, подчеркнув необходимость понять масштабы таких фунгицидом индуцированные эффекты.
К Дата, основной пробелы, связанные с родной пчел микробной экологии могут быть представлены следующие вопросы: в какой степени фунгицид изменения микробной сообщества в рамках пчелиная пыльца положения? Вниз по течению воздействия потребления пыльцы с глубоко измененных микроорганизмов сообществом? В соответствии с этим экологически уместны вопросы, эксперименты были разработаны с основными целями выявления 1) что фунгицид остатков только может вызвать серьезные колонии снижение в родной пчел видов; 2) к которому микробных сообществ в пыльцы положения изменяются, фунгицидов и 3 степень) как пчелы здоровья зависит от сильно изменены микробиологические сообщества. Для решения вышеперечисленных вопросов, используя комбинацию на основе лабораторных и полевых экспериментов были определены экспериментальных целей. С помощью метагеномных искусства и молекулярных методов наряду с традиционными методами поля наблюдения, это исследование стремится собрать воедино потенциальные последствия фунгициды на здоровье пчел.
Первая цель этого исследования должна продемонстрировать, что фунгицид воздействие только может вызвать значительные колонии потери среди видов родной пчел. Исследование с участием большое поле клетки была использована для исследовать влияние фунгицида воздействия на рост колонии Bombus Недотрога, повсеместно, обильные родной пчел в США (рис. 1, рис. 2, рис. 3). Было предположить, что фунгицидом лечение крапивницы представит Нижняя фитнес и атипичные демографии, по сравнению с не подвергаются ульев. Данные, полученные из этого эксперимента поддержали эту гипотезу, демонстрируя, что остатки фунгицида в пыльцы может быть единственной причиной глубоких колонии потери в родной шмелей пчелы видов25. Вторая цель исследования — расследовать ответ микрофлора пыльцы на фунгицид воздействия. Можно предположить, что состав сообщества микробов в пыльцы положения подвергаются фунгициды будет отличается от необработанных пыльцы. Хотя грибковые изобилия и разнообразия, как ожидается, значительно сократится, бактерии или одной доминирующей плесневые будет скорее всего растут снят в отсутствие других конкурирующих грибов. Через серию испытаний в vivo эти сдвиги в состав микробных сообществ будут проанализированы с использованием метагеномики.

<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

Производители часто используют противогрибковые аэрозоли во время цветения для защиты сельскохозяйственных культур против болезней, который предоставляет пчелам фунгицид остатков. Хотя считается «пчела Сейф», есть больше свидетельств того, что остатки фунгицида в пыльце, связанные с пчела спад (для меда и шмелей пчелы видов). Хотя механизмы остаются неизвестными, исследователи предположили, что пчелы Микроб симбиозов участвуют. Микробы играют ключевую роль в сохранении и/или обработка пыльцы, который служит в качестве питания для личинок пчел. Изменяя микробных, вполне вероятно, что фунгициды нарушить эти услуги Микроб опосредованной и тем самым поставить под угрозу здоровье пчел. Эта рукопись описываются протоколы, используемые для расследования косвенные механизма(ов), по которому может быть причиной фунгициды колонии снижение. Кейдж эксперименты, подвергая пчел лечить противогрибковыми цветы уже представили первые свидетельства того, что фунгициды вызывают глубокое колонии потери в родной шмель (Bombus Недотрога). С помощью поля соответствующие дозы фунгицидов, серия экспериментов были разработаны для точного описания динамики микробных фунгицидом облученных пыльцы. Сдвиги в структурный состав грибковых и бактериальных скопления в пыльцы микрофлора расследуются секвенирование нового поколения и метагеномных анализа. Эксперименты, разработаны здесь была призвана обеспечить механистического понимания как фунгициды влияют на микрофлора пыльцы положений. В конечном счете эти выводы должны пролить свет на косвенные путь, через который Фунгициды могут быть причиной снижения колонии.

Поле Кейджу учиться:
Данные, полученные из клетки эксперименты показали, что значительные ответ на фунгицид воздействия пчел шмелей. Фунгицид лечение крапивницы производится значительно меньше рабочих (12,2 ± 3.8, среднее ± SE) чем ульев упр?...

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

Микробные консорциумов в ульях пчел шмелей обогатить и сохранить пыльцы для личинок пчел. С помощью следующего поколения последовательности, а также в лабораторных и полевых экспериментов, этот манускрипт описывает протоколы, используемые для проверки гипотезы, что фунгицида остатков изменить пыльцы микрофлора и население колонии, в конечном счете приводит к колонии потери.

Эмпирическая, метагеномных и вычислительные методы освещают механизмы которых фунгициды компромисса Bee здравоохранения

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

Оптимизированная Отрицательный Окрашивание: Высокая пропускная протокол за рассмотрение Малый и Asymmetric Protein Structure по электронной микроскопии

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

Зрительные гепардов: определение физических лиц на их следы

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

Оценка Влияние окружающей среды химических веществ на Honey Bee развития от личности до уровня колонии

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

Нанопор секвенирования ДНК для анализа почвы метагеномных

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 и спектральные корень изображений для растений фенотипа и физиологических исследований: экспериментальная установка и визуализации протоколы

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

Методы для изучения анатомии муравей зрительной системы

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

Изоляции нижнечелюстной железы водохранилище содержимого из Bornean ' взрывающаяся муравьи (Formicidae) для анализа Volatilome GC-MS и 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

На месте Методы гибридизации парафин врезанных взрослых коралловые образцов

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

Оценка здоровья на основе патанатомия диких рыб

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

Измерения гортаноглотки железы Ацинус размера медоносной пчелы (Apis mellifera) рабочих

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