Mantendo culturas laboratoriais de Gryllus bimaculatus, um modelo ortopéde versátil para agricultura de insetos e fisiologia de invertebrados
Summary
Este artigo descreve métodos básicos para padronizar fatores importantes como densidade, disponibilidade de ração, fonte de hidratação e controles ambientais para a criação a longo prazo de culturas laboratoriais do grilo comestível, Gryllus bimaculatus.
Abstract
Gryllus bimaculatus (De Geer) é um grilo de grande porte distribuído por toda a África e eurásia do sul, onde é frequentemente colhido como alimento humano. Fora de sua faixa nativa, cultivar G. bimaculatus é viável devido à sua plasticidade dietética, ciclo reprodutivo rápido, falta de necessidade de diapausa, tolerância para criação de alta densidade e robustez contra patógenos. Assim, G. bimaculatus pode ser um modelo versátil para estudos de fisiologia de insetos, comportamento, embriologia ou genética.
Parâmetros culturais, como densidade de estocagem, refugia dentro da gaiola, fotoperíodo, temperatura, umidade relativa e dieta, todos impactam o crescimento, o comportamento e a expressão genética do críquete e devem ser padronizados. Na crescente literatura sobre insetos agrícolas para consumo humano, esses grilos são frequentemente empregados para avaliar as misturas de ração de candidatos derivadas de resíduos de culturas, subprodutos de processamento de alimentos e outros fluxos de resíduos de baixo custo.
Para apoiar experimentos em andamento avaliando o desempenho de crescimento do G. bimaculatus e a qualidade nutricional em resposta aos substratos de ração variável, foi desenvolvido um conjunto abrangente de protocolos padrão para reprodução, manutenção, manuseio, medição e eutanásia em laboratório. Uma ração de críquete padrão da indústria provou ser nutricionalmente adequada e funcionalmente apropriada para a manutenção a longo prazo de estoques de reprodução de críquete, bem como para uso como uma ração de controle experimental. Criando esses grilos a uma densidade de 0,005 grilos/cm3 em gaiolas de polietileno de 29,3 L com cobertura de tela a uma temperatura média de 27 °C em um fotoperiodo de 12 luz (L)/12 escuro (D), com coir de coco umedecido servindo tanto como fonte de hidratação quanto meio de oviposição tem sustentado com sucesso grilos saudáveis ao longo de um período de 2 anos. Seguindo esses métodos, os grilos em um experimento controlado produziram uma massa média de 0,724 g 0,190 g na colheita, com 89% de sobrevivência e 68,2% de maturação sexual entre meia (22 dias) e colheita (65 dias).
Introduction
Como tipificado pelo inseto icônico, a mosca-das-frutas Drosophila melanogaster, o uso de insetos como organismos modelo de laboratório fornece vantagens distintas para estudos em genética, toxicologia e fisiologia1. O pequeno tamanho dos insetos reduz o espaço necessário para as culturas e a quantidade de ração e materiais consumíveis necessários. Muitos insetos se reproduzem rapidamente tornando-os exclusivamente adequados à criação de linhas genéticas especializadas e estudos que requerem a avaliação de múltiplas gerações sucessivas.
Muitos estudos se concentram em insetos holometabolosos como a Drosophila, que exibem metamorfose completa e pupação. No entanto, outros modelos estão disponíveis, incluindo Gryllus bimaculatus (De Geer), o críquete de campo de dois avistados. G. bimaculatus é um inseto paurometabolous que sofre entre 7 e 11 instars ninfas antes de atingir a maturidade sexual2. Este grilo exibe uma ampla gama de comportamentos relacionados à seleção sexual, incluindo estridulação, exibições territoriais e guarda-mate3. Grilos imaturos são diferentes das larvas de espécies de insetos holometabolos, pois eles, semelhantes a muitos jovens paurometabolos, são capazes de regenerar membros perdidos e danificados durante a ecdysis4. Além disso, o genoma totalmente sequenciado de G. bimaculatus foi publicado em 20215. Essas características tornam esses grilos atraentes como alvo para pesquisas básicas.
Grilos de campo com dois avistados são amplamente criados para comida humana e ração animal. A escala dessas operações é muitas vezes muito maior do que para pesquisas laboratoriais 6,7. Apesar da diferença de escala, os desafios enfrentados pelos pesquisadores se sobrepõem muito aos encontrados pelos agricultores comerciais de críquete. Essas considerações convergem no contexto de pesquisas baseadas em laboratório com o objetivo de melhorar a produção de insetos comestíveis. À medida que a indústria de insetos comestíveis continua a evoluir e crescer, otimizar os insumos alimentares e uma miríade de outros aspectos da produção é um objetivo primário8. Estudos de laboratório que demonstram melhorias medidas na eficiência de criação, sobrevivência ou tempo de geração nesses grilos têm o potencial de ajudar a aumentar a rentabilidade das operações de agricultura de críquete a longo prazo.
Protocolos padronizados de criação permitem uma comparação mais estreita entre estudos que investigam a otimização da criação. Até o momento, foram publicados poucos protocolos aprofundados para a criação de G. bimaculatus em laboratório. Um protocolo ideal refletiria as condições encontradas nas operações de críquete do mundo real, mantendo as condições estritamente controladas necessárias para medir com precisão as mudanças no desempenho de crescimento decorrentes de tratamentos experimentais e destacando estratégias de mitigação de riscos. Os métodos descritos neste artigo foram desenvolvidos com base em protocolos, técnicas e aparelhos publicados usados para criar uma variedade de espécies de críquete em uma ampla gama de escalas de produção laboratorial e comercial 2,9,10,11,12. Esses métodos também são informados por várias fontes não revisadas por pares, incluindo boletins técnicos inéditos e comunicação pessoal com agricultores comerciais de críquete na América do Norte. Este protocolo foi desenvolvido com a intenção de facilitar o estabelecimento de culturas laboratoriais de G. bimaculatus especificamente para uso em ensaios relacionados à agricultura de insetos.
Protocol
Representative Results
Discussion
A simplicidade dessa abordagem para a criação de críquete pode beneficiar uma série de áreas de pesquisa e representa um modelo genérico para a criação de críquete bem-sucedida, facilmente adaptável a uma variedade de necessidades experimentais. Comparado a vários outros estudos de G. bimaculatus, o tamanho adulto do corpo individual é menor e a maturação é mais lenta14, o que atribuímos à temperatura de criação abaixo do ideal imposta a nós por circunstância. Os mét…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O financiamento para este projeto foi possível através de subvenções internas da Universidade de Wisconsin-Madison. Sinceros agradecimentos a Kevin Bachhuber da Bachhuber Consulting Inc. pelo acesso ao seu guia inédito para a criação comercial de críquete e a Michael Bartlett Smith por sua ajuda no refino e solução de problemas desses métodos.
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 |
References
- Hales, K. G., Korey, C. A., Larracuente, A. M., Roberts, D. M. Genetics on the fly: a primer on the Drosophila model system. Genetics. 201 (3), 815-842 (2015).
- Merkel, G. The effects of temperature and food quality on the larval development of Gryllus bimaculatus (Orthoptera, Gryllidae). Oecologia. 30 (2), 129-140 (1977).
- Bateman, P. W. Mate preference for novel partners in the cricket Gryllus bimaculatus. Ecological Entomology. 23 (4), 473-475 (1998).
- Mito, T., Noji, S. The two-spotted cricket Gryllus bimaculatus: An emerging model for developmental and regeneration studies. Cold Spring Harbor Protocols. 2008, (2008).
- Ylla, G., et al. Cricket genomes: the genomes of future food. BioRxiv. , (2020).
- Halloran, A., Roos, N., Hanboonsong, Y. Cricket farming as a livelihood strategy in Thailand. Geographical Journal. 183 (1), 112-124 (2017).
- Wade, M., Hoelle, J. A review of edible insect industrialization: scales of production and implications for sustainability. Environmental Research Letters. 15, 123013 (2020).
- . Studies on the influence of different diets and rearing conditions on the development and growth of the two-spotted cricket Gryllus bimaculatus de Greer Available from: https://epub.uni-bayreuth.de/310/1/Diss.pdf (2011)
- Ngonga, C. A., Gor, C. O., Okuto, E. A., Ayieko, M. A. Growth performance of Acheta domesticus and Gryllus bimaculatus production reared under improvised cage system for increased returns and food security. Journal of Insects as Food and Feed. 7, 301-310 (2021).
- Behrens, W., Hoffmann, K. -. H., Kempa, S., Gäßler, S., Merkel-Wallner, G. Effects of diurnal thermoperiods and quickly oscillating temperatures on the development and reproduction of crickets, Gryllus bimaculatus. Oecologia. 59 (2-3), 279-287 (1983).
- Collavo, A., Paoletti, M. G., et al. Housecricket smallscale farming. Ecological implications of minilivestock. Potential of insects, rodents, frogs and snails. , (2005).
- Simmons, L. W. Competition between larvae of the field cricket, Gryllus bimaculatus (Orthoptera: Gryllidae) and its effects on some life-history components of fitness. Journal of Animal Ecology. 56, 1015-1027 (1987).
- Sorjonen, J. M., et al. The plant-based by-product diets for the mass-rearing of Acheta domesticus and Gryllus bimaculatus. PLOS ONE. 14 (6), 0218830 (2019).
- Maciel-Vergara, G., Jensen, A. B., Lecocq, A., Eilenberg, J. Diseases in edible insect rearing systems. Journal of Insects as Food and Feed. 7 (5), 1-18 (2021).
- Alexander, R. D. Aggressiveness, territoriality, and sexual behavior in field crickets (Orthoptera: Gryllidae). Behaviour. , 130-223 (1961).
- Pet food, fish bait, and animal feed. USDA APHIS Available from: https://www.aphis.usda.gov/aphis/ourfocus/planhealth/import-information/permits/plant-pests/sa_animalfeed/ct_petfood_fishbait_animalfeed (2022)
- Donoughe, S., Extavour, C. G. Embryonic development of the cricket Gryllus bimaculatus. Developmental Biology. 411 (1), 140-156 (2016).
- Dobermann, D., Michaelson, L., Field, L. M. The effect of an initial high-quality feeding regime on the survival of Gryllus bimaculatus (black cricket) on bio-waste. Journal of Insects as Food and Feed. 5 (2), 1-8 (2018).
- Lundy, M. E., Parrella, M. P. Crickets are not a free lunch: Protein capture from scalable organic side-streams via high-density populations of Acheta domesticus. PLOS ONE. 10, 0118785 (2015).
- Mazaya, G., Karseno, K., Yanto, T. Antimicrobial and phytochemical activity of coconut shell extracts. Turkish Journal of Agriculture – Food Science and Technology. 8 (5), 1090-1097 (2020).
