Name: double-stranded rna oral delivery methods to induce rna interference in phloem and plant-sap-feeding hemipteran insects
Uploaded: 2018-05-04T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Double-stranded RNA Oral Delivery Methods to Induce RNA Interference in Phloem and Plant-sap-feeding Hemipteran Insects at JoVE.com

Les auteurs tiennent à remercier Donald Weber et Megan Herlihy (USDA, ARS Beltsville, MD) pour offrir des BMSB et HB pour l’expérimentation et à maintenir les colonies ; et Maria T. Gonzalez, Salvador P. Lopez, (USDA, ARS, Fort Pierce, FL) et Jackie L. Metz (Université de la Floride, Fort Pierce, FL) pour l’entretien de la colonie, préparation des échantillons et des analyses.

1. BMSB élevage
<ol><li>Arrière BMSB insectes selon les directives de pratique de laboratoire standard et décrites précédemment63.</li>
	<li>Élever des insectes ACP (d. citri) sur Citrus macrophylla dans une serre (22 ° C) et de la lumière naturelle. Utiliser l’ACP adulte, environ 5-7 jours après l’éclosion.</li>
</ol>2. sélection des régions des gènes et la synthèse In Vitro d’ARNdb
<ol><li>Sélectionner des gènes spécif...

Arni s’est avéré pour être un outil important pour explorer la fonction biologique du gène et la réglementation, avec un grand potentiel d’être utilisé pour la gestion des ravageurs19,68,69,70, 71. la conception et la sélection d’un ou plusieurs gènes appropriés pour faire taire dans une espèce donnée d’insectes et la méthode de livraison...

Insectes hémiptères comprennent certains des ravageurs plus économiquement significatifs d’agriculturebecause de leur capacité à atteindre la croissance démographique élevée et la propagation des maladies des plantes. Le BMSB, H. halys Stål, est un parasite envahissant introduite accidentellement dans l’hémisphère occidental à Allentown, en Pennsylvanie, d’Asie (Chine, Taiwan, Corée et Japon) avec la première observation en 19961. Depuis son introduction, BMSB a été détectée dans 43 États, avec des populations plus élevées dans le milieu de l’Atlantique (DE, MD, PA, New Jersey, Virginie et WV), ainsi qu’au Canada et en Europe et représente une menace potentielle pour l’agriculture2. Comme un parasite polyphage, BMSB peut susciter des dommages à environ 300 identifiés de plantes hôtes, y compris les cultures de grande valeur tels que des pommes, raisins, plantes ornementales, cultures de semences, le soja et maïs. Dommage est causé principalement due au mode d’alimentation dite de lacérer et chasse où l’animal perce la plante hôte avec son stylet aciculaires d’avoir accès aux nutriments entre les tissus vasculaires2,3. BMSB est aussi un parasite intérieur qu’ils peuvent trouver de résidence dans les bassins de vie tels que les écoles et les maisons en automne et hiver2. Produits chimiques et des aéroallergènes sortis BMSB auraient illicite réaction allergique chez les travailleurs de récolte de fruits. BMSB peuvent aussi contribuer à la maladie allergique conduisant à une dermatite de contact, conjonctivite et rhinite chez les personnes sensibles4,5. Un autre insecte hémiptère, l’ACP, d. citri Kuwayama (Hemiptera : Liviidae), est un ravageur important des agrumes et transmet les bactéries limitée dans le phloème (Candidatus Liberibacter asiaticus) provoquant le Huanglongbing (HLB), mieux connu comme citrus greening maladie6,7. HLB a été pour la première fois de la Chine du Sud et s’est propagé aux 40 différents asiatique, africain, océanien, du Sud et nord-américains pays7. Citrus greening est un problème dans le monde entier avec la menace des pertes économiques et financières en raison de la perte d’agrumes ; par conséquent, gestion des ACP est considéré comme primordial pour prévenir et contrôler la HLB.
Mesures pour un contrôle efficace de ces insectes nuisibles requiert habituellement l’application de pesticides chimiques qui sont relativement courtes a vécu. Stratégies de lutte insecticide chimique souvent manquent de stratégies de gestion de l’environnement sécuritaire ou ont diminué la sensibilité en raison de la résistance aux pesticides dans les populations de ravageurs8,9. Donc, le contrôle biologique des ravageurs avec biopesticides moléculaire est une alternative possible, mais son utilisation restera globalement modeste, et diverses espèces de parasitoïdes (p. ex., Trisolcus japonicus) peuvent également être efficaces comme biologiques naturels contrôles. Arni est un potentiel de nouvelles technologies pour la gestion des ravageurs envahissants avec biopesticides moléculaire10. Arni est un mécanisme de régulation génique bien décrite qui facilite le silence efficace génique post-transcriptionnel d’endogène ainsi que d’envahir les ARN doubles brins de façon séquence-spécifique, qui mène finalement à la régulation de l’expression génique à l’ARNm niveau11,12. En bref, lorsque dsRNA exogène est internalisé dans une cellule, qu'il est transformé en siARN par un membre de la superfamille de RNase III nucléase bidentates, appelée Dicer, évolutivement conservée en vers, mouches, plantes, champignons et mammifères13, 14 , 15. ces duplex siARN de 21 à 25 nucléotides est ensuite déroulé et intégré dans le complexe silencieux RNA-induced (RISC) comme guide RNAs. Ce complexe RISC-RNA permet l’appariement Watson-Crick base à complémentaires cibles ARNm ; Cela conduit finalement au clivage de la protéine Argonaute, une protéine de domaine multi contenant un domaine RNase H-like, qui dégrade l’ARNm correspondants et réduit la traduction des protéines, ce qui conduirait à post-transcriptionnel gene silencing16 , 17 , 18.
Arni pour la lutte antiparasitaire nécessite l’instauration d’ARNdb en vivo pour réduire au silence le gène d’intérêt, activant ainsi la voie de siARN. Diverses méthodes qui ont été utilisés pour la livraison de dsRNA aux insectes et aux cellules d’insecte pour induire RNAi systémique incluent nourrir10,19, tremper20,21,22de la microinjection, transporteurs comme les liposomes 23et autres techniques24. Arni a démontré chez Caenorhabditis elegans pour faire taire l’expression des gènes unc-22 par le feu et Mello25, suivi par précipitation dans l’expression des gènes crépus chez Drosophila melanogaster,26. Les premières études fonctionnelles utilisées microinjection pour livrer des dsRNA chez les insectes, tels que Apis mellifera22,27, Acyrthosiphon pisum,28,29de Blattella germanica, Halys H.30et lépidoptères (évaluées par Terenius et al. 31). microinjection est avantageuse pour livrer une dose précise et exacte sur le site d’intérêt chez l’insecte. Quoique ces piqûres septiques peuvent déclencher l’expression de gènes liés immunitaires due à un traumatisme32, par conséquent, écartant de sa pratique dans le développement agricole de biopesticides.
Une autre méthode de prestation des ARNdb en vivo est par trempage, qui implique ingestion ou absorption de dsRNA par suspension des animaux ou des cellules généralement dans le milieu extracellulaire contenant des ARNdb. Trempage a été utilisé pour induire efficacement Arni dans les cellules de culture de tissus Drosophila S2 pour inhiber en aval-de-Raf1 (DSOR1) mitogène-protéine kinase kinases (MAPKK)20, ainsi que chez c. elegans pour réduire au silence les POS-1 gène33. Cependant, dsRNA envoyée à l’aide de trempage est moins efficace pour induire l’ARNi contre microinjection20. Arni médiée silencieux chez un insecte à chiquer fut montrée à la chrysomèle des racines du maïs (WCR) (Diabrotica virgifera virgifera) en perfusant l’ARNdb dans une gélose artificiel alimentation10. De précédentes études ont résumé des méthodes permettant de livrer des ARNdb infusé dans les régimes naturels spécifiques aux arthropodes34. Ces méthodes de livraison ont été déterminées plus efficace comparativement à des moyens artificiels de livraison ; comme dans le cas de la mouche tsé-tsé (Glossina morsitans morsitans), où égale précipitation d’un gène du système immunitaire a été observée quand les ARNdb a été livré par la farine de sang ou micro-injection35. De même, la livraison de dsRNA par les gouttelettes dans apple brun léger moth (Epiphyas postvittana)36, larves de teigne des crucifères (Plutella xylostella)37, ainsi que miel abeilles38,39 induite par ARNi efficace. Des expériences d’Arni plus efficaces dans hémiptère ont utilisé des injection d’ARNdb40 parce que l’administration orale d’ARNdb en insectes hémiptères est ardue car il doit être livré à travers les tissus vasculaires de la plante hôte. RNAi efficace s’observe également dans les pays ACP et vitreux ailes sharpshooter cicadelle (GWSS), Homalodisca vitripennis: dsRNA a été livré à travers agrumes et de vignes qui avaient absorbé des ARNdb dans les tissus vasculaires par bassinage racine, foliaire vaporisateurs, des injections de tronc ou absorption par boutures41,42,43,44,45,46. Cela a également entraîné le premier brevet pour dsRNA contre les pays ACP (2016, nous 20170211082 A1). Livraison des siARN et dsRNA à l’aide de supports tels que des nanoparticules et liposomes confère une stabilité et augmentation inhabituelle de l’ARNdb livré émergent rapidement23,47,48,49 ,,50. Une nouvelle classe de vecteurs à base de nanoparticules d’acides nucléiques pour in vitro et in vivo qui ont été résumées spécifiquement pour des applications thérapeutiques peuvent transmettre un potentiel immense comme vecteurs de livraison adapté51. Nanoparticules comme un véhicule de livraison pour l’ARNdb peuvent avoir des inconvénients dont la solubilité, hydrophobie ou bioaccumulation limitée52, mais une livraison aider ã polymère adapté peut compenser ces inconvénients. Développement et l’utilisation de la prestation des nucléotides émergent aussi appelés « antisens », qui sont simple brin ARN/ADN duplex46.
La vitellogenèse chez les arthropodes est une clé processus contrôlant la reproduction et régulée par l’hormone juvénile (JH) ou l’ecdysone, qui sont les inducteurs principaux de synthèse de la Vg de la masse grasse ; le Vg est finalement repris par l’ovocyte en développement par l’intermédiaire de l’endocytose médiée par le récepteur Vg53. VG est un groupe de polypeptides synthétisés extraovarially, qui est essentiel pour le développement de la protéine grands oeufs jaune vitellin54,55, et par conséquent, il est important dans la reproduction et vieillissement56. VG a été réduit au silence avec succès dans les nématodes57 ainsi que dans l’abeille à miel (Apis mellifera) où par l’appauvrissement de la couche de Vg ARN a été observée chez les adultes et œufs22. Arni silençage de médiation génique post-transcriptionnel de Vg a été testé car on pensait que son appauvrissement conduirait à un effet phénotypique observable telles que réduit la fertilité et la fécondité, pour éventuellement aider à contrôle BMSB. Le gène JHAMT qui code pour la S-adénosyl-L-méthionine (SAM)-dépendante JH acide O-méthyltransférase, catalyse l’étape finale de la JH biosynthèse voie58. Dans cette voie farnésyl pyrophosphate (FPP) est séquentiellement transformé farnésol, acide farnesoic, suivie de la conversion de méthyle farnesoate JH par JHAMT. Cette voie est conservée chez les insectes et arthropodes spécifiquement pour la métamorphose, un processus développemental réglementé par hormones59,60,,61. Chez b. mori, expression des gènes JHAMT et l’activité biosynthétique JH dans les corps allates suggèrent que la répression transcriptionnelle du gène JHAMT est cruciale pour la terminaison de JH biosynthèse58. Par conséquent, les gènes JHAMT et Vg ont été sélectionnés pour épuisement ciblée utilisant l’ARNi. Arni a également été testé dans les arbres d’agrumes pour le contrôle de l’ACP et GWSS. Arbres d’agrumes ont été traités avec dsRNA par bassinage racine, la tige de robinet (injections de tronc), ainsi que les pulvérisations foliaires avec ARN doubles brins contre insectes spécifiques arginine kinase (AK) transcriptions42,44. L’application topique de dsRNA a été détectée dans la canopée des arbres d’agrumes, ce qui indique une livraison efficace à travers les tissus de plantes vasculaires et a entraîné une mortalité accrue dans les pays ACP et GWSS41,42, 45.
Dans la présente étude, nous avons identifié une méthode de livraison d’alimentation naturelle pour les traitements tels que l’ARNdb. Cette nouvelle technique a ensuite été utilisée pour faire taire le JHAMT et le Vg mRNA à l’aide de gènes spécifiques ARN doubles brins en nymphes BMSB comme démontré plus tôt62. Ces nouveaux protocoles de livraison démontrés ici remplacent des systèmes de livraison RNA conventionnels qui utilisent des sprays topiques ou des microinjections. Légumes et fruits, tige robinet, sol Drenchage et absorbants d’argile en peuvent servir pour la livraison de dsRNA, ce qui est essentiel à la poursuite du développement de la gestion des ravageurs et pathogènes des biopesticides.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="678">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">BMSB (H. halys) insects&#160;</td>
			<td style="width:176px;">USDA</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">ACP (D. citri) insects&#160;</td>
			<td style="width:176px;">USDA</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">organic green beans</td>
			<td style="width:176px;">N/A</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Citrus plants</td>
			<td style="width:176px;">USDA</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">sodium hypochlorite solution</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">green food coloring&#160;</td>
			<td>McCormick &#38; Co., Inc</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Thermo Forma chambers&#160;</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Magenta vessel (Culture)</td>
			<td style="width:176px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Primers&#160;</td>
			<td style="width:176px;">IDT DNA</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">SensiMix SYBR</td>
			<td style="width:176px;">Bioline</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">qPCR ABI 7500</td>
			<td>Applied Biosystems&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spray bottle</td>
			<td style="width:176px;">N/A</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Parafilm</td>
			<td>American Can Company</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TaKaRa Ex Taq</td>
			<td style="width:176px;">Clontech</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">QIAquick</td>
			<td style="width:176px;">Qiagen</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

double-stranded rna oral delivery methods to induce rna interference in phloem and plant-sap-feeding hemipteran insects

Phloème et plantes sève alimentation insectes envahissent l’intégrité des cultures et des fruits pour récupérer des éléments nutritifs, dans le processus d’endommager les cultures vivrières. Insectes hémiptères représentent un certain nombre de ravageurs économiquement importantes des plantes qui causent des dégâts aux cultures en se nourrissant de la sève. La punaise brune marmorated (BMSB), Halyomorpha halys (Heteroptera : Pentatomidae) et le psylle asiatique agrume (ACP), Kuwayama Diaphorina citri (Hemiptera : Liviidae) sont des insectes hémiptères introduits en Amérique du Nord, où ils sont un ravageur envahissant de spécialité de haute valeur, rangée et cultures vivrières de base et d’agrumes, ainsi qu’un ravageur de nuisance quand ils regroupent à l’intérieur. Résistance aux insecticides chez de nombreuses espèces a conduit au développement de méthodes alternatives de stratégies de lutte antiparasitaire. Double-stranded RNA (dsRNA)-médiée par l’interférence ARN (ARNi) est un gène silencieux mécanisme pour des études de génomique fonctionnelles qui a des applications potentielles comme un outil pour la gestion des ravageurs. DsRNA exogène synthétisée ou petits ARN interférents (siARN) peut déclencher silençage de génétique très efficace par le biais de la dégradation de l’ARN endogène, qui est homologue à celui présenté. Utilisation efficace et environnementale de l’ARNi comme biopesticides moléculaire pour le contrôle biologique d’insectes hémiptères exige la livraison in vivo de l’ARNdb en se nourrissant. Nous démontrons ici les méthodes pour la livraison de dsRNA aux insectes : chargement d’ARNdb en haricots verts par immersion et d’absorber de dsRNA de gène-spécifiques avec la livraison par ingestion orale. Nous avons également défini les méthodes de prestation des plantes non transgéniques à l’aide de pulvérisations foliaires, bassinage racine, injections de tronc ainsi que des granules d’argile, qui peuvent être essentielles pour la LIBERATION PROLONGEE d’ARNdb. La prestation efficace de dsRNA ingéré par voie orale a été confirmée comme un dosage efficace pour induire une diminution significative de l’expression des gènes ciblés, tels que l’hormone juvénile l’acide O-méthyltransférase (JHAMT) et de la vitellogénine (Vg). Ces méthodes novatrices représentent des stratégies pour la délivrance de dsRNA à utiliser en protection des végétaux et de surmonter les défis environnementaux pour les ravageurs.

Livraison de légumes dsRNA de médiation en se nourrissant de larves de stade BMSB 4ème a été testé pour le développement des biopesticides moléculaires à l’aide de RNAi de ravageurs envahissants. BMSBs flux à l’aide de leurs stylets aciculaires par un mécanisme appelé lacerate, puis rincez, qui provoque des dégâts considérables aux cultures. Mince de haricots verts biologiques, P. vulgaris L., ont servi à vérifier si les éléments nutritifs ou dsR...

Watch this Scientific Journal Video about Double-stranded RNA Oral Delivery Methods to Induce RNA Interference in Phloem and Plant-sap-feeding Hemipteran Insects at JoVE.com

Double-stranded RNA Oral Delivery Methods to Induce RNA Interference in Phloem and Plant-sap-feeding Hemipteran Insects

Méthodes de prestation orale ARN double-brin d’induire l’interférence d’ARN dans le phloème et insectes hémiptères plante-sap-alimentation

Cet article explique les nouvelles techniques mises au point pour l’administration orale de l’ARN double brin (dsRNA) à travers les tissus vasculaires des plantes pour l’interférence ARN (ARNi) en sève nourrir les insectes.

Phloem and plant sap feeding insects invade the integrity of crops and fruits to retrieve nutrients, in the process damaging food crops. Hemipteran ...

Research

JoVE Journal

Environment

Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations

Optimiser les réglages des gaz de combustion pour la promotion de la croissance des microalgues en photobioréacteurs via des simulations informatiques

Flue gas from power plants can promote algal cultivation and reduce greenhouse gas emissions1. Microalgae not only capture solar energy more efficiently ...

Recherche

Environnement

A New Application of the Electrical Penetration Graph (EPG) for Acquiring and Measuring Electrical Signals in Phloem Sieve Elements

A New Application of the Electrical Penetration Graph EPG for Acquiring and Measuring Electrical Signals in Phloem Sieve Elements

Une nouvelle application de l&#39;électrique pénétration Graphique (EPG) pour l&#39;acquisition et la mesure des signaux électriques dans le phloème Sieve Elements

Electrophysiological properties of cells are often studied in vitro, after dissociating them from their native environments. However, the study of ...

Simultaneous DNA-RNA Extraction from Coastal Sediments and Quantification of 16S rRNA Genes and Transcripts by Real-time PCR

ARN-ADN Extraction simultanée de sédiments côtiers et Quantification de 16S ARNr et Transcriptions par PCR en temps réel

Real Time Polymerase Chain Reaction also known as quantitative PCR (q-PCR) is a widely used tool in microbial ecology to quantify gene abundances of ...

Methods of Soil Resampling to Monitor Changes in the Chemical Concentrations of Forest Soils

Méthodes de rééchantillonnage du sol pour surveiller les changements dans les concentrations chimiques des sols forestiers

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental ...

Data Processing Methods for 3D Seismic Imaging of Subsurface Volcanoes: Applications to the Tarim Flood Basalt

Méthodes de traitement des données d’imagerie sismique 3D des volcans sous la surface : des Applications pour le basalte d’inondation de Tarim

The morphology and structure of plumbing systems can provide key information on the eruption rate and style of basalt lava fields. The most powerful way ...

Methodology for Developing Life Tables for Sessile Insects in the Field Using the Whitefly, Bemisia tabaci, in Cotton As a Model System

Methodology for Developing Life Tables for Sessile Insects in the Field Using the Whitefly, Bemisia tabaci, in Cotton As a Model System

Méthodologie pour l’élaboration des Tables de survie pour les insectes sessiles dans le champ à l’aide de l’aleurode, Bemisia tabaci, en coton comme modèle d’un système

Life tables provide a means of measuring the schedules of birth and death from populations over time. They also can be used to quantify the sources and ...

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Méthodes expérimentales de charge de poussière et de mobilisation sur les Surfaces à l’exposition au rayonnement Ultraviolet ou Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

Harvesting Venom Toxins from Assassin Bugs and Other Heteropteran Insects

Récolte de venin toxines d’Assassin Bugs et autres insectes hétéroptères

Heteropteran insects such as assassin bugs (Reduviidae) and giant water bugs (Belostomatidae) descended from a common predaceous and venomous ancestor, ...

Composition and Distribution Analysis of Bioaerosols Under Different Environmental Conditions

Composition et analyse de la Distribution des bioaérosols sous différentes Conditions environnementales

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, ...

Leaf Area Index Estimation Using Three Distinct Methods in Pure Deciduous Stands

Estimation de l'indice de la zone des feuilles à l'aide de trois méthodes distinctes dans les peuplements à feuilles caduques pures

Accurate estimations of leaf area index (LAI), defined as half of the total leaf surface area per unit of horizontal ground surface area, are crucial for ...