Het onderhouden van laboratoriumculturen van Gryllus bimaculatus, een veelzijdig orthopteraanmodel voor insectenlandbouw en ongewervelde fysiologie

Summary

Dit artikel schetst basismethoden om belangrijke factoren zoals dichtheid, voerbeschikbaarheid, hydratatiebron en omgevingscontroles te standaardiseren voor het langdurig kweken van laboratoriumculturen van de eetbare krekel, Gryllus bimaculatus.

Abstract

Gryllus bimaculatus (De Geer) is een grote krekel verspreid over Afrika en Zuid-Eurazië, waar het vaak in het wild wordt geoogst als menselijk voedsel. Buiten zijn oorspronkelijke verspreidingsgebied is het kweken van G. bimaculatus haalbaar vanwege de plasticiteit in de voeding, de snelle voortplantingscyclus, het ontbreken van de vereiste diapause, de tolerantie voor het fokken met hoge dichtheid en de robuustheid tegen ziekteverwekkers. G. bimaculatus kan dus een veelzijdig model zijn voor studies van insectenfysiologie, gedrag, embryologie of genetica.

Culturele parameters, zoals bezettingsdichtheid, refugia binnen de kooi, fotoperiode, temperatuur, relatieve vochtigheid en dieet, hebben allemaal invloed op de groei, het gedrag en de genexpressie van cricket en moeten worden gestandaardiseerd. In de ontluikende literatuur over het kweken van insecten voor menselijke consumptie, worden deze krekels vaak gebruikt om kandidaat-voederbijmengingen afgeleid van gewasresten, voedselverwerkende bijproducten en andere goedkope afvalstromen te evalueren.

Ter ondersteuning van lopende experimenten ter evaluatie van de groeiprestaties en voedingskwaliteit van G. bimaculatus als reactie op variabele voedersubstraten, is een uitgebreide set standaardprotocollen voor fokken, onderhoud, hantering, meting en euthanasie in het laboratorium ontwikkeld en hier gepresenteerd. Een industriestandaard krekelvoer is qua voedingswaarde adequaat en functioneel geschikt gebleken voor het langdurig onderhoud van krekelkbroedbestanden, evenals voor gebruik als experimenteel controlevoer. Het fokken van deze krekels met een dichtheid van 0,005 krekels / cm³ in met schermen bedekte polyethyleenkooien van 29,3 L bij een gemiddelde temperatuur van 27 ° C op een fotoperiode van 12 licht (L) / 12 donker (D), met bevochtigde kokosvezel die zowel als hydratatiebron als ovipositiemedium dient, heeft met succes gezonde krekels gedurende een periode van 2 jaar volgehouden. Volgens deze methoden leverden krekels in een gecontroleerd experiment een gemiddelde massa op van 0,724 g 0,190 g bij de oogst, met 89% overleving en 68,2% seksuele rijping tussen de kous (22 dagen) en de oogst (65 dagen).

Introduction

Zoals getypeerd door het iconische insect, de fruitvlieg Drosophila melanogaster, biedt het gebruik van insecten als laboratoriummodelorganismen duidelijke voordelen voor studies in genetica, toxicologie en fysiologie¹. Het kleine formaat van insecten vermindert de ruimte die nodig is voor culturen en de hoeveelheid voer en verbruiksmaterialen die nodig zijn. Veel insecten planten zich snel voort, waardoor ze bij uitstek geschikt zijn voor het creëren van gespecialiseerde genetische lijnen en studies die de evaluatie van meerdere opeenvolgende generaties vereisen.

Veel studies richten zich op holometabool insecten zoals Drosophila, die volledige metamorfose en verpopping vertonen. Er zijn echter andere modellen beschikbaar, waaronder Gryllus bimaculatus (De Geer), de twee-gevlekte veldkrekel. G. bimaculatus is een paurometaboleus insect dat tussen de 7 en 11 nimfachtige instars ondergaat voordat het geslachtsrijp wordt². Deze krekel vertoont een breed scala aan gedragingen met betrekking tot seksuele selectie, waaronder stridulatie, territoriale vertoningen en mate-guarding³. Onvolgroeide krekels zijn anders dan de larven van holometabool insectensoorten omdat ze, net als veel paurometaboleuze juvenielen, verloren en beschadigde ledematen kunnen regenereren tijdens ecdysis⁴. Daarnaast werd in 2021 het volledig gesequencede genoom van G. bimaculatus gepubliceerd⁵. Deze kenmerken maken deze krekels aantrekkelijk als doelwit voor fundamenteel onderzoek.

Twee-gevlekte veldkrekels worden op grote schaal gekweekt voor menselijk voedsel en veevoer. De schaal van deze operaties is vaak veel groter dan voor laboratoriumonderzoek ^6,7. Ondanks het verschil in schaal overlappen de uitdagingen waarmee onderzoekers worden geconfronteerd sterk met die van commerciële cricketboeren. Deze overwegingen komen samen in de context van laboratoriumonderzoek gericht op het verbeteren van de productie van eetbare insecten. Naarmate de eetbare insectenindustrie blijft evolueren en groeien, is het optimaliseren van voerinputs en talloze andere aspecten van de productie een primair doel⁸. Laboratoriumstudies die gemeten verbeteringen in de efficiëntie van het fokken, overleven of generatietijd in deze krekels aantonen, hebben het potentieel om de winstgevendheid van cricketlandbouwactiviteiten op lange termijn te helpen verhogen.

Gestandaardiseerde opfokprotocollen maken een nauwere vergelijking mogelijk tussen studies die de optimalisatie van de opfok onderzoeken. Tot op heden zijn er weinig diepgaande protocollen voor het fokken van G. bimaculatus in het laboratorium gepubliceerd. Een ideaal protocol zou de omstandigheden weerspiegelen die worden aangetroffen in de echte cricketlandbouwactiviteiten, met behoud van de strikt gecontroleerde omstandigheden die nodig zijn om veranderingen in groeiprestaties als gevolg van experimentele behandelingen nauwkeurig te meten en risicobeperkende strategieën te benadrukken. De methoden die in dit artikel worden beschreven, zijn ontwikkeld op basis van gepubliceerde protocollen, technieken en apparaten die worden gebruikt om een verscheidenheid aan krekelsoorten te kweken op een breed scala aan laboratorium- en commerciële productieschalen 2,9,10,11,12. Deze methoden worden ook geïnformeerd door verschillende niet-peer-reviewed bronnen, waaronder ongepubliceerde technische bulletins en persoonlijke communicatie met commerciële cricketboeren in Noord-Amerika. Dit protocol is ontwikkeld met de bedoeling om de oprichting van laboratoriumculturen van G. bimaculatus te vergemakkelijken, specifiek voor gebruik in proeven met betrekking tot insectenteelt.

Protocol

1. Voorbereiding van het ovipositiesubstraat OPMERKING: Kokosvezel is een ideaal ovipositiesubstraat voor G. bimaculatus. Voor gedetailleerde methoden voor het scheiden van kokos van samengeperste kokossteen en een opmerking over ademhalingsveiligheid, zie aanvullende materialen stap 1.1. Was de handen met water en zeep. Tarra een schone container op een balans en weeg een massa droge kokosvezel ongeveer zo groot als een menselijke…

Representative Results

Gegevens die aantonen dat cricket succesvol is opgefokt van uitkomen tot 65 dagen oud, werden verzameld tijdens een voerproef van september 2021. Krekels werden gekweekt uit eieren volgens stap 1.1.1-2.6.1 van deze protocollen, en zes replicaskooien werden gevuld met 24 willekeurige 22 dagen oude (derde instar) krekels na stap 2.7 hierboven. Krekels werden vervolgens gekweekt in omgevingsomstandigheden; als gevolg van een defecte luchtbehandelingseenheid van de faciliteit was de gemiddelde kamertemperatuur echter 25 ± 1…

Discussion

De eenvoud van deze benadering van cricketopfok kan een reeks onderzoeksgebieden ten goede komen en vertegenwoordigt een generieke sjabloon voor succesvolle cricketteelt, gemakkelijk aan te passen aan een verscheidenheid aan experimentele behoeften. In vergelijking met verschillende andere studies van G. bimaculatus is de individuele volwassen lichaamsgrootte kleiner en de rijping langzamer¹⁴, wat we toeschrijven aan suboptimale opfoktemperatuur die ons door omstandigheden wordt opgelegd….

Materials

31-qt (29.3 L) Snap-lid tote bin with lid	HOMZ	3430CLBL	Used to house breeding stock
3-tier/12-tray Grow Light Stand	Fischer Scientific	NC1938548
50-gal (189.27L) tote bin with lid	Sterilite	#14796603	Used as secondary containment when handling crickets
50 mL polypropylene graduated cylinder	Fischer Scientific	S95171
7.5-qt (7.1 L) snap-lid tote bin with lid	HOMZ	3410CLBL	Used to house exprimental stock
Accuris 500 g x 0.01 g Balance	Manufactured by Accuris, a subsidieary of Benchmark Scientific	W3300-500	Purchased from Dot Scientific through University of Wisconsin system purchasing service "ShopUW+"
Ace Premier 1 Inch Flat Chip Brush	Ace Hardware	#1803261
Bel-Art SP Scienceware deionized water wash bottle	Fischer Scientific	03-421-160
Bright aluminum window screen	Phifer	UNSPSC# 11162108	Mesh size 18 x 16"
Clear Disposable Plastic Portion Cups 5.5 oz w/ lids	Wal-Mart	N/A
Deionized water
Diablo 4-4/8" x 13 TPI Ultra Fine Finish Bi-Metal Jigsaw Blade	Home Depot	#313114935
Egg Filler Flats-Paper, 12 x 12"	Uline	S-5189
Fisherbrand Petri Dishes with Clear Lid 100 x 15mm	Fischer Scientific	FB0875714
Fisherbrand Petri Dishes with Clear Lid 60 x 15mm	Fischer Scientific	FB0875713A
Georgia-Pacific Envision Brown Paper Towels	Home Depot	#205675843
Infinity Tough Guy high performance hot-melt glue sticks	Infinity Bond	Infinity IM-Tough-Guy-12
Mazuri Cricket Diet	Land O' Lakes International	SKU#  3002219-105
Stanley TimeIt Twin 2-outlet Grounded Mechanical 24 Hour Timer	Wal-Mart	N/A
Vermont Organics Reclamation Soil 11 lb Coir Block	Home Depot	#300679904