Charakterisierung Herbivore Resistenzmechanismen: Spittlebugs auf Brachiaria Spp. als Beispiel

Hallo, mein Name ist Ush Bara und ich bin Entomologe am Internationalen Zentrum für tropische Landwirtschaft. Das übergeordnete Ziel ist es, eine Methode zur Charakterisierung der Mechanismen der Wirtspflanzenresistenz gegenüber Herbivoren anhand eines Videos zu demonstrieren, um kooperative Bemühungen im Rahmen einer Züchtungsinitiative zur Verbesserung der Resistenz gegen Spittlebäume zu unterstützen. Im Beispiel werden Gräser in Aria verwendet.

Spitzwürmer sind bedeutende Schädlinge vieler wirtschaftlich wichtiger Gräser, einschließlich tropischer Weidegräser, Zuckerrohr und Mais. In den tropischen Regionen Amerikas sind Weidegräser der Gattung *Bacteria* ihre wichtigsten Wirtspflanzen. Eine Pflanze kann Schäden durch Herbivoren durch drei breite Wirkmechanismen abwehren.

Osis, Antibiotika, Intoleranz, Antis, manchmal auch Nicht-Präferenz genannt, ist das Ausmaß, in dem eine Pflanze gemieden wird, wenn das Schwebefahrzeug die Auswahl zwischen Pflanzen treffen kann. Anti-Osis wird typischerweise in Wahlversuchen nachgewiesen, bei denen Schwebefahrzeuge Zugang zu mehr als einem Genotyp erhalten. Antibiose ist das Ausmaß, in dem die Pflanze die Fitness des sie verzehrenden Herbivoren beeinflusst.

Letztlich beschreibt die Toleranz das Ausmaß, in dem die Pflanze Schäden durch den HSO aushalten oder reparieren kann, ohne das Wachstum und die Fortpflanzung des HSO zu beeinträchtigen. Sowohl Antibiose als auch Toleranz lassen sich am besten in Nahrungs-Keine-Wahl-Tests nachweisen, bei denen HSOs eingeschlossen sind und daher gezwungen werden, sich an einer einzigen Pflanze zu ernähren. Unser Video wird einen Nahrungs-Keine-Wahl-Test veranschaulichen, der darauf ausgelegt ist, Antibiose-Unverträglichkeit zu schätzen, Speichelwanze IV. Bei Gräsern in der Luft ist die Wirtspflanzenresistenz eine entscheidende Bekämpfungsmaßnahme gegen Speichelwanzen.

Jedoch könnte eine auf starken Antibiotika basierende Resistenz Selektionsdruck für virulentere Schädlingsbiotypen erzeugen. Andererseits würde eine auf Toleranz basierende Resistenz es den Spitzmauspopulationen ermöglichen, weiterzuwachsen, bis ihre Zahl die Pflanze überwältigt. Dauerhafte Resistenz könnte daher gewisse Grade sowohl von Antibiotika als auch von Toleranz erfordern.

Dieses Protokoll zeigt, wie man den relativen Beitrag jedes Faktors zur Spuckinsekten-Resistenz abschätzen kann. Bei Aria Aria Genotypen handelt es sich um eine Linie aus der Keimplasmasammlung der Internationalen Zentrum für tropische Landwirtschaft. Die Pflanzen werden vegetativ aus einzelnen Stecklingen von ausgewachsenen Pflanzen vermehrt, die als experimentelle Einheiten verwendet werden.

Die Stecklinge werden auf 10 Zentimeter gekürzt, um eine einheitliche Pflanzmaterialqualität zu gewährleisten und eine Kontamination durch Pflanzenpathogene zu verhindern. Die Stecklinge werden zwei Minuten lang in einer 3 %igen Natriumhypochlorit-Lösung gewaschen und anschließend gründlich mit Leitungswasser abgespült. Jeder Steckling wird in etwa 36 Gramm sterilisierter Erde in einem PVC-Rohr gepflanzt, das unten mit einem Abschnitt eines Styroporbechers verschlossen und oben mit einem PVC-Verbindungsstück verschlossen ist.

Der Steckling wird durch einen Schaumring in der zentralen Öffnung der Hülse fixiert. Die Pflanzen werden gedüngt, und Wasser ist erforderlich, um eine ausreichende Bodenfeuchtigkeit aufrechtzuerhalten. Die Pflanzen wachsen einen Monat lang, bevor sie Insekten ausgesetzt werden, wodurch sich oberflächliche Wurzeln entwickeln, die als Futterstellen für wurzelfressende Insekten dienen.

Das Spülsumpf-NIMS, bei dem die Pflanzen acht Tage vor der Infestation umgekehrt werden, stimuliert zusätzlich das Wachstum oberflächlicher Wurzeln und gleicht damit teilweise inhärente Unterschiede in der Wurzelarchitektur aus. Für diesen Schritt ist eine künstliche Lichtquelle erforderlich, die wir 24 Stunden am Tag bereitstellen. Pflanzen mit wenigen oder keinen oberflächlichen Wurzeln.

Nach dieser Invertierungsbehandlung werden sie aus dem Experiment ausgeschlossen. 30 Tage nach der Pflanzung wird jede Pflanze an der Bodenoberfläche mit sechs ausgewachsenen Eiern infiziert, die aus unseren Zikadenkolonien stammen. Um diese Kolonien aufzubauen, werden erwachsene Zikaden aus dem Feld gesammelt, bis zur Art bestimmt und in Schutzkäfige gebracht, in denen sie Blattwerk anfälliger Arten als Nahrung erhalten. Die Weibchen legen ihre Eier in Erde ab, die sich in einer flachen Auffangrinne am Boden der Käfige befindet.

Nach mehreren Tagen wird der Boden in Wasser suspendiert und durch eine Reihe von Sieben geleitet, um die Eier zu sammeln. Das Aufschwemmen des getäuschten Materials in einer 30 %igen Salzlösung bewirkt, dass die reifen Eier an die Oberfläche steigen, während unreife Eier zusammen mit organischem Restmaterial zurückbleiben. Um eine Kontamination durch Insektenpathogene zu verhindern, werden die Eier fünf Minuten lang in einer 0,5 %igen Natriumhypochlorit-Lösung desinfiziert und anschließend mit destilliertem Wasser gespült. Nur reife Eier, die kurz vor dem Schlüpfen stehen, werden für die Infektionen ausgewählt.

Sie können anhand zweier roter Punkte im vorderen Bereich, die den Augen der Insekten entsprechen, sowie rosa Markierungen im hinteren Bereich, die dem Abdomen der Insekten entsprechen, und eines vollständig entfalteten A perm identifiziert werden. Der erfolgreiche Schlupf wird vier Tage später bestätigt, wobei jedes nicht geschlüpfte Ei durch einen neugeborenen Spuckblock ersetzt wird.

Aus unserem Kolonietest. Die Pflanzen sind nach einem randomisierten vollständigen Blockdesign mit sechs Wiederholungen angeordnet. Das Experiment wird etwa 30 Tage nach der Befallung ausgewertet.

Die Bewertung des Pflanzenschadens liefert eine Schätzung der Toleranz. Die Bewertung des Insektenüberlebens liefert hingegen eine Schätzung der Antibiotikawirkung. Der Schaden wird anhand einer visuellen Skala von eins bis fünf bewertet, wobei eins keinen sichtbaren Schaden und fünf den Tod der Pflanze entspricht.

Dementsprechend wird die Überlebensrate durch Zählen der Insekten bestimmt, die entweder ihr letztes Larvenstadium oder ihr adultes Stadium erreichen. Um Widerstandsmechanismen einzuteilen, ist es hilfreich, die Ergebnisse in einem Streudiagramm darzustellen, bei dem die Insektenüberlebensrate auf der x-Achse und die Pflanzenschädigung auf der y-Achse abgetragen ist. Die Antibiose nimmt zu, wenn man sich von rechts nach links bewegt.

Andererseits nimmt die Toleranz zu, wenn man von oben nach unten geht. Wir betrachten Pflanzen als resistent, wenn die Reaktion auf den Herbivoren in der unteren Hälfte dieser Darstellung liegt. Wenn diese Reaktion im linken Quadranten liegt, ist der dominierende Resistenzmechanismus antibiotisch.

Wenn die Antwort im rechten Quadranten liegt, handelt es sich bei dem vorherrschenden Resistenzmechanismus um Toleranz. Hier sehen Sie eine repräsentative Stichprobe unserer Screening-Daten. Die Punkte oben repräsentieren empfindliche Pflanzen.

Die Punkte im linken unteren Quadranten repräsentieren Pläne, die durch Antibiotika resistent sind. Die Punkte im rechten unteren Quadranten repräsentieren Pflanzen, die durch Toleranz resistent sind. Soeben haben wir eine Demonstration eines No-Choice-Assays beobachtet, mit dem die relativen Beiträge von Antibiotika und Unverträglichkeit zur Pflanzenresistenz geschätzt werden können.

Wir verwenden den Spuckwanzen-Widerstand in Aria als Beispiel, doch die dargestellten Prinzipien sollten auch auf andere Systeme anwendbar sein. Wir hoffen, dass unser Video Ihnen bei Ihren eigenen Arbeiten hilft. Viel Erfolg.