Erhaltung von Laborkulturen von Gryllus bimaculatus, einem vielseitigen Orthopteran-Modell für die Insektenzucht und die Physiologie wirbelloser Tiere

Summary

Dieses Papier beschreibt grundlegende Methoden zur Standardisierung wichtiger Faktoren wie Dichte, Futterverfügbarkeit, Hydratationsquelle und Umweltkontrollen für die langfristige Aufzucht von Laborkulturen der essbaren Grille Gryllus bimaculatus.

Abstract

Gryllus bimaculatus (De Geer) ist eine Grille, die in ganz Afrika und Süd-Eurasien verbreitet ist, wo sie oft als menschliche Nahrung wild geerntet wird. Außerhalb seines natürlichen Verbreitungsgebiets ist die Kultivierung von G. bimaculatus aufgrund seiner diätetischen Plastizität, seines schnellen Fortpflanzungszyklus, des Fehlens von Diapauseanforderung, seiner Toleranz für eine Aufzucht mit hoher Dichte und seiner Robustheit gegen Krankheitserreger möglich. So kann G. bimaculatus ein vielseitiges Modell für Studien der Physiologie, des Verhaltens, der Embryologie oder der Genetik von Insekten sein.

Kulturelle Parameter wie Besatzdichte, Refugien innerhalb des Käfigs, Photoperiode, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Ernährung beeinflussen das Wachstum, das Verhalten und die Genexpression von Grillen und sollten standardisiert werden. In der aufkeimenden Literatur über die Zucht von Insekten für den menschlichen Verzehr werden diese Grillen häufig zur Bewertung von Futtermittelzusatzmitteln verwendet, die aus Ernterückständen, Nebenprodukten der Lebensmittelverarbeitung und anderen kostengünstigen Abfallströmen gewonnen werden.

Zur Unterstützung laufender Experimente zur Bewertung der Wachstumsleistung von G. bimaculatus und der Ernährungsqualität als Reaktion auf variable Futtersubstrate wurde ein umfassender Satz von Standardprotokollen für Zucht, Pflege, Handhabung, Messung und Euthanasie im Labor entwickelt, die hier vorgestellt werden. Ein branchenübliches Cricket-Futter hat sich als ernährungsphysiologisch angemessen und funktionell geeignet für die langfristige Pflege von Cricket-Zuchttieren sowie für die Verwendung als experimentelles Kontrollfutter erwiesen. Die Aufzucht dieser Grillen mit einer Dichte von 0,005 Grillen / cm 3 in 29,3-Liter-Polyethylenkäfigen mit Bildschirmspitze bei einer Durchschnittstemperatur von 27 ° C bei einer Photoperiode von 12 hellen (L) / 12 dunklen (D) Lichtverhältnissen, wobei angefeuchteter Kokosnusskokos sowohl als Hydratationsquelle als auch als Eiablagemedium dient, hat gesunde Grillen über einen Zeitraum von 2 Jahren erfolgreich aufrechterhalten. Nach diesen Methoden ergaben Grillen in einem kontrollierten Experiment eine durchschnittliche Masse von 0,724 g 0,190 g bei der Ernte, wobei 89% Überleben und 68,2% Geschlechtsreifung zwischen Besatz (22 Tage) und Ernte (65 Tage) lagen.

Introduction

Wie durch das ikonische Insekt, die Fruchtfliege Drosophila melanogaster , typisiert, bietet die Verwendung von Insekten als Labormodellorganismen deutliche Vorteile für Studien in Genetik, Toxikologie und Physiologie¹. Die geringe Größe der Insekten reduziert den Platzbedarf für Kulturen und die Menge an Futter- und Verbrauchsmaterialien. Viele Insekten vermehren sich schnell und eignen sich daher hervorragend für die Erstellung spezialisierter genetischer Linien und Studien, die die Bewertung mehrerer aufeinanderfolgender Generationen erfordern.

Viele Studien konzentrieren sich auf holometabole Insekten wie Drosophila, die eine vollständige Metamorphose und Verpuppung aufweisen. Es sind jedoch auch andere Modelle erhältlich, darunter Gryllus bimaculatus (De Geer), die zweipunktige Feldgrille. G. bimaculatus ist ein paurometaboles Insekt, das zwischen 7 und 11 Nymphenstadien durchläuft, bevor es die Geschlechtsreife erreicht². Diese Grille zeigt eine breite Palette von Verhaltensweisen im Zusammenhang mit der sexuellen Selektion, einschließlich Stridulation, territorialer Darstellungen und Partnerbewachung³. Unreife Grillen unterscheiden sich von den Larven holometaboler Insektenarten dadurch, dass sie, ähnlich wie viele paurometabole Jungtiere, in der Lage sind, verlorene und beschädigte Gliedmaßen während der Ekdysis⁴ zu regenerieren. Darüber hinaus wurde das vollständig sequenzierte Genom von G. bimaculatus im Jahr 2021 veröffentlicht⁵. Diese Eigenschaften machen diese Grillen als Ziel für die Grundlagenforschung attraktiv.

Zweipunkt-Feldgrillen werden häufig für die menschliche Nahrung und das Tierfutter gezüchtet. Der Umfang dieser Operationen ist oft viel größer als bei der Laborforschung ^6,7. Trotz des Unterschieds in der Größenordnung überschneiden sich die Herausforderungen, mit denen die Forscher konfrontiert sind, stark mit denen, mit denen kommerzielle Cricket-Landwirte konfrontiert sind. Diese Überlegungen laufen im Kontext der laborbasierten Forschung zusammen, die darauf abzielt, die Produktion von essbaren Insekten zu verbessern. Da sich die essbare Insektenindustrie weiter entwickelt und wächst, ist die Optimierung der Futtereinträge und unzähliger anderer Aspekte der Produktion ein primäres Ziel⁸. Laborstudien, die gemessene Verbesserungen der Aufzuchteffizienz, des Überlebens oder der Erzeugungszeit in diesen Grillen zeigen, haben das Potenzial, die Rentabilität von Grillenzuchtbetrieben langfristig zu steigern.

Standardisierte Aufzuchtprotokolle ermöglichen einen engeren Vergleich zwischen Studien, die die Zuchtoptimierung untersuchen. Bis heute wurden nur wenige eingehende Protokolle für die Aufzucht von G. bimaculatus im Labor veröffentlicht. Ein ideales Protokoll würde die Bedingungen widerspiegeln, die in realen Cricket-Landwirtschaftsbetrieben auftreten, während die streng kontrollierten Bedingungen beibehalten werden, die notwendig sind, um Änderungen der Wachstumsleistung aus experimentellen Behandlungen genau zu messen und Risikominderungsstrategien hervorzuheben. Die in diesem Artikel beschriebenen Methoden wurden auf der Grundlage veröffentlichter Protokolle, Techniken und Vorrichtungen entwickelt, die zur Aufzucht einer Vielzahl von Grillenarten in einem breiten Spektrum von Labor- und kommerziellen Produktionsmaßstäben 2,9,10,11,12 verwendet werden. Diese Methoden werden auch von mehreren nicht von Experten begutachteten Quellen beeinflusst, darunter unveröffentlichte technische Bulletins und persönliche Kommunikation mit kommerziellen Cricket-Landwirten in Nordamerika. Dieses Protokoll wurde mit der Absicht entwickelt, die Etablierung von Laborkulturen von G. bimaculatus speziell für die Verwendung in Versuchen im Zusammenhang mit der Insektenzucht zu erleichtern.

Protocol

1. Vorbereitung des Eiablagesubstrats HINWEIS: Kokoskokos ist ein ideales Eiablagesubstrat für G. bimaculatus. Ausführliche Methoden zur Trennung von Kokos von komprimiertem Kokosstein und einen Hinweis zur Atemsicherheit finden Sie in Schritt 1.1 Ergänzende Materialien . Waschen Sie die Hände mit Wasser und Seife. Tränken Sie einen sauberen Behälter auf einer Waage und wiegen Sie eine Masse trockenen Kokosnusskokos, die unge…

Representative Results

Daten, die eine erfolgreiche Cricket-Aufzucht vom Schlüpfen bis zum Alter von 65 Tagen belegen, wurden während eines Futterversuchs im September 2021 gesammelt. Grillen wurden aus Eiern gezüchtet, die den Schritten 1.1.1-2.6.1 dieser Protokolle folgten, und sechs Replikkäfige wurden mit 24 zufälligen 22 Tage alten (dritten) Grillen gemäß Schritt 2.7 oben bestückt. Grillen wurden dann unter Umgebungsbedingungen aufgezogen; Aufgrund einer Fehlfunktion der Lüftungsanlage lag die durchschnittliche Raumtemperatur jed…

Discussion

Die Einfachheit dieses Ansatzes für die Cricket-Aufzucht kann einer Reihe von Forschungsbereichen zugute kommen und stellt eine generische Vorlage für eine erfolgreiche Cricket-Haltung dar, die leicht an eine Vielzahl von experimentellen Bedürfnissen angepasst werden kann. Im Vergleich zu mehreren anderen Studien an G. bimaculatus ist die individuelle Körpergröße der Erwachsenen kleiner und die Reifung ist langsamer¹⁴, was wir auf eine suboptimale Aufzuchttemperatur zurückführen, …

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