利用烟粉虱传播植物病毒
2013年11月8日
要更好地理解并有效防控多种由昆虫传播的植物病毒，必须使用其传播介体。昆虫传播植物病毒是一种三营养级相互作用，因此需要对昆虫、病毒和植物进行操作。必须大量饲养传播介体，并以确保向测试植物实现高传播率的方式对其进行操控。本文介绍了烟粉虱（Bemisia tabaci，Hemiptera: Aleyrodidae）的饲养与操作基本方法，该昆虫是多种新发植物病毒属的传播介体，涉及大量具有重要经济意义的植物病毒。
以下实验的总体目标是利用烟粉虱传播植物病毒。该目标通过建立并维持一个烟粉虱种群来实现，该种群可每周提供新羽化的成虫，且这些成虫未被其他潜在的传播媒介或病原体污染。通过定期将烟粉虱接种到无虫的幼嫩植株上，持续繁殖新一代成虫，从而维持种群。
在17至20天后，每周新羽化的成虫可转移至测试植株，用于获取或传播病毒。通常可获得接近100%的传播效率，传播率通常初始较低，但通过系统优化会逐步提高。利用粉虱接种病毒最具挑战性的环节在于，以排除不需要的病原体和昆虫的方式饲养粉虱。
病原体，特别是根腐真菌和叶斑病菌，会降低病毒寄主植物的质量。蚜虫等不需要的昆虫会抑制粉虱的繁殖，同时也会损害病毒寄主植物的质量。本次演示的操作步骤将由我实验室的技术员 Heather Capa Bianco 完成。
粉虱种群应维持在洁净且受控的培养室内。相对湿度、温度、光周期和光照强度的控制对于种群发育至关重要，若要使种群在18天内从卵发育至成虫，请采用以下设置。温度应设定在26至30摄氏度之间，相对湿度应理想地保持在30%至50%之间。若相对湿度超过70%，昆虫和植物真菌病原体很可能成为问题。
理想的光周期为14小时。光照强度应较高，VHO荧光灯可在植物冠层产生800至1000英尺烛光的光照。施肥量和浇水量也必须减少，以抑制真菌病原体生长及盐分积累。粉虱饲养笼必须具备良好的通风性、便于操作，并为不断增长的粉虱种群提供充足空间。
使用 organ organza 加铝网以及白色防虫网已获得良好效果。植物种类的选择是一个重要考虑因素。首先，所选植物应生长迅速，但又不会过度生长而充满整个培养室；其次，植物应具有足够的强度，能够支撑大量昆虫种群而不倒伏。
基于这些原因，选择矮生或灌木状品种作为植物较为合适。第三，所选植物必须能够根据所培养的品系类型，或可作为病毒的寄主，或不能作为病毒的寄主。由于品系可能因螨虫、THPs、野生粉虱或其他入侵性昆虫而崩溃，因此所选品种必须在受保护的环境中种植，以隔绝其他昆虫。
新建立的粉虱种群中的首批粉虱必须无植物病毒、其他昆虫及昆虫病原体。若粉虱采自田间，需将其在非该病毒寄主植物上饲养至少八周，并在此期间检查植物是否出现症状。一旦获得无污染的粉虱，可通过抽吸法或轻轻抖动的方式，将20至100只粉虱引入到植株笼中。
每周都需要建立一个新的饲养笼。前三个星期，使用非 ST 植株上的粉虱来建立新的饲养笼。从第四周开始，使用三周龄饲养笼中的年轻成年粉虱来建立下一个饲养笼。
在笼内第一周，粉虱会在植物叶片的下表面产卵。第二周时，可观察到若虫，同时部分成虫仍然存活。第三周时，大量新的成虫粉虱将已羽化，成虫种群数量应有显著增加。
这些粉虱可用于传播实验。在第四周时，应将一周龄的成虫转移至新的笼子中。旧笼子应移除，其内的植物应丢弃。精确。
轻柔转移粉虱可通过吸虫装置和收集管完成，切勿用吸虫装置吸取。当粉虱在植物上取食时，其刺吸式口器会嵌入植物组织，若此时强行将其从植物上拉离，口器将断裂，导致粉虱失去利用价值。收集粉虱时，一手持黄色塑料挡板，另一手将挡板置于种群饲养笼内。
轻轻敲击植株，促使成虫粉虱飞起。粉虱会被黄色诱虫板吸引，可在板上进行收集。使用吸虫器并施加极轻柔的负压，将不超过20只粉虱加入每个收集管中。
然后轻敲试管以使果蝇迷失方向，并用石蜡膜封住试管口。为确保病毒有效传播，根据病毒种类和寄主植物的不同，将15至40只来自感染病毒植株的年轻成虫转移至健康植株上。其他实验方案，如抗性筛选，则需要更大规模的起始种群。
在此情况下，将感染病毒且带有烟粉虱的植株摇晃，使烟粉虱落在需要接种的植株上。一旦烟粉虱被放置于感染病毒的植株上，需让其取食 48 至 72 小时，以获取持久性传播的病毒。对于非持久性或半持久性传播的病毒，延长取食时间通常不会提高传播率。
对于需要从特定叶片获取样本的实验，较短的获取接触时间（一小时至一天）即可满足要求。可使用夹式笼具，设置笼具时应确保叶片背面可被接触，并且每个直径2.5厘米的笼具中雌性粉虱数量不应超过10只，否则因过度拥挤将导致传播率下降。进行植物接种时，应根据植物数量选择合适的笼具。
例如，单株植物仅需一个略大于植株本身的小型网笼；若为多株植物，则可选择较小的PVC管架网笼或较大的铝框网笼。植物冠层周围的空間越小越好。将粉蝨接入新植株后，接毒所需时间取决于病毒种类和寄主植物。
与获取病毒的方式类似，传播所需的时间也取决于传播方式。非持久性传播所需的获毒时间远短于半持久性或持久性传播。在接种获毒期内，应检查粉虱是否正在进行探针或取食活动。
打开笼子，检查每株植物部分叶片的下表面。对于较长的接种，访问期间需定期轻轻扰动植物，以促进其在植物上的重新分布。
这将通过抑制烟粉虱在接种期结束时自然聚集的倾向，从而提高传播率。使用两种依次施用的杀虫剂杀死烟粉虱。首先施用一种触杀型杀虫剂，如杀虫皂，以快速杀灭成虫烟粉虱。
其次，施用系统性杀虫剂，以杀灭在未来几周内可能发育的烟粉虱。对于残存的成虫，可选用艾氏剂（arid）或吡嗪（pyrazine），二者均具有良好效果。通过采用这些操作步骤，可常规获得高达100%的病毒传播率。如此高的传播率在筛选测试植物的抗病毒性时至关重要，在评估化学化合物对病毒传播抑制效果的研究中也十分理想。
观看本视频后，您应能充分了解如何饲养白粉虱并利用它们传播植物病毒。这些操作可用于科研目的，或用于抗病毒植物的商业化开发，也可用于检测化合物是否具有干扰病毒传播的能力。
概述
本研究聚焦于使用白粉虱（Bemisia tabaci）传播植物病毒。它详细说明了在受控环境中饲养白粉虱的方法，以确保病毒向测试植物的高传播率。
关键研究组成部分
科学领域
- 植物病毒学
- 昆虫媒介管理
- 昆虫学
背景
- 昆虫传播植物病毒涉及昆虫、病毒和植物之间的复杂相互作用。
- 白粉虱是多种经济重要植物病毒的重要媒介。
- 成功的病毒传播需要仔细管理白粉虱种群。
- 病原体和其他昆虫的污染可能会影响实验质量。
研究目的
- 建立有效的饲养白粉虱以进行病毒传播实验的方法。
- 优化测试植物高病毒传播率的条件。
- 展示维持健康白粉虱种群的程序。
使用的方法
- 在受控生长室中建立白粉虱种群。
- 定期将新孵化的成虫转移到测试植物上。
- 监测湿度、温度和光照等环境条件。
- 使用特定的植物品种来支持白粉虱种群和病毒传播。
主要结果
- 通过系统优化，达到了近100%的传播效率。
- 保持清洁条件显著降低了污染风险。
- 建立了具体的白粉虱转移和管理协议。
- 使用年轻成虫白粉虱成功展示了病毒获取和传播。
结论
- 有效的白粉虱饲养和管理对于成功的植物病毒传播研究至关重要。
- 受控的环境条件提高了实验的质量和可靠性。
- 未来的研究可以在这些方法的基础上探索其他植物-病毒-媒介相互作用。
常见问题
Executive Industry Relevance
Establishing reliable whitefly colonies enables consistent plant virus transmission for antiviral compound screening and resistance breeding programs. High-efficiency transmission supports predictive confidence in target validation and mechanistic de-risking of plant-based therapeutic candidates. This method provides a scalable, reproducible system for evaluating virus-host interactions in early discovery workflows.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of virus-host-pathogen interactions to clarify mechanistic pathways in plant virus transmission.
- Operational Value: Supports biological de-risking by providing a controlled vector system for functional target validation.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage through standardized virus inoculation for resistance screening and compound efficacy testing.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream antiviral screening with quantifiable transmission readouts.
- Operational Value: Ensures assay standardization and reproducibility through colony maintenance protocols that minimize variability.
- Scalability: Enables platform reuse and scale-up for high-throughput evaluation of chemical inhibitors or resistant cultivars.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-phase virus transmission studies to preclinical evaluation of resistance traits or antiviral compounds.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by demonstrating consistent virus delivery across experimental conditions.
- Mechanistic De-risking: Focuses on predictive value in understanding transmission efficiency determinants for antiviral development.
Pipeline & Workflow Integration
Positions whitefly-mediated virus transmission as a discovery-to-preclinical enabling technology for antiviral target validation and resistance mechanism elucidation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of virus acquisition and inoculation mechanisms through controlled vector exposure.
- Screening: Delivers assay-ready systems with high transmission efficiency for reliable compound or genotype evaluation.
- Analytics: Provides quantitative transmission rate outputs that allow comparison of antiviral efficacy or resistance penetrance.
- Translational Research: Bridges early discovery to preclinical validation by ensuring virus delivery consistency in resistance breeding pipelines.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable vector platform applicable across multiple virus-host systems in agricultural biotechnology.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in virus transmission studies.
- Operational Value: Delivers standardization, reproducibility, and scalability through defined colony maintenance and transfer protocols.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by lowering biological risk in antiviral screening campaigns.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of resistance traits or compounds based on consistent virus challenge data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in entomology, plant virology, and sterile technique for colony integrity.
- Depends on controlled growth rooms with precise temperature, humidity, lighting, and ventilation controls.
- Necessitates cross-team standardization of whitefly handling, aspiration, and transfer procedures.
- Involves adaptation considerations for different virus-host combinations and whitefly biotypes.
- Includes practical limitations such as exclusion of pathogens, parasitoids, and competing insects to maintain colony fidelity.
