Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Voorkeursbeoordeling van witrugplanthopper die zich voedt met rijst

1.6K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/59323

⸱

23 mei 2020

 ,  , 
1Agricultural Genomics Institute at Shenzhen, Chinese Academy of Agricultural Sciences

In dit artikel

Samenvatting

Deze studie presenteert een eenvoudige en haalbare methode om de niet-preferentiële resistentie te beoordelen tegen witrugplanthoppers die zich onder laboratoriumomstandigheden voeden met rijst. Verbetering van de strategieën en samenstelling van de huidige methode voor het identificeren van de resistentie tegen witrug- en bruine planthoppers worden besproken.

Samenvatting

Het benutten van insectenresistente rijstkiemplasmabronnen en verwante genen is de primaire behoefte voor het kweken van insectenresistente variëteiten, maar de nauwkeurigheid van de identificatie van insectenresistente fenotypes van rijst is een groot probleem. Het is dringend nodig om een nieuwe methode te ontwikkelen of bestaande methoden te verbeteren om rijst te screenen op resistentie tegen insecten. Dit artikel beschrijft een eenvoudige en haalbare methode om de resistentie van rijst tegen de witrugplanthopper (WBPH), Sogatella furcifera, in het laboratorium te beoordelen. De voorkeur van volwassen WBPH's die zich voeden of bewonen op rijpende rijstplanten wordt continu geanalyseerd door paarsgewijze vergelijking. De dynamische veranderingen van WBPH's op rijstplanten worden geregistreerd en vergeleken als een index van resistentie-identificatie. De huidige methode is eenvoudig bedienbaar en gemakkelijk waarneembaar en heeft een korte cyclus. Het gebruik van deze methode zou kunnen worden uitgebreid om de voedings- en ovipositievoorkeur van vergelijkbare hemipteranen te onderzoeken, zoals de bruine planthopper (BPH), Nilaparvata lugens (Stål).

Inleiding

Rijst is een basisvoedsel voor meer dan een derde van de wereldbevolking en meer dan 90% van de rijst wordt geproduceerd en geconsumeerd in Azië 1,2. De WBPH en BPH zijn de meest destructieve plagen van rijst en een substantiële bedreiging voor de rijstproductie3. Vanuit het oogpunt van kosten en milieu is het kweken en toepassen van insectenresistente rijst de meest effectieve aanpak om de schade veroorzaakt door planthoppers te beheersen 4,5,6. Daarom is het screenen van resistente rijstkiemplasmabronnen een belangrijke voorwaarde voor het kweken van insectenresistente rijst. De nauwkeurigheid bij de identificatie van rijstresistent fenotype is nuttig voor het nauwkeurig in kaart brengen en verder functioneel onderzoek van doelgenen. Fenotypische identificatie is echter een groot probleem geworden vanwege de complexiteit van het resistentiemechanisme. De resistentie van rijst tegen ongedierte kan worden onderverdeeld in drie soorten, namelijk antibiose, tolerantie en niet-voorkeur7. Elk type weerspiegelt een ander aspect van het resistentiemechanisme van rijst tegen ongedierte. Op dit moment is de meest gebruikte methode voor het screenen op resistentie tegen planthoppers de standaard seedbox-screeningtechniek (SSST) die kan worden gebruikt om snel de fenotypische resistentie van een groot aantal rijstplanten te identificeren en om in korte tijd kandidaat-resistente kiemplasmalijnen te verkrijgen8.

De SSST-methode weerspiegelt echter alleen de resistentie van rijst in het zaailingstadium en is effectiever bij het beoordelen van resistentiemechanismen van het tolerantietype. De resistentie van rijst tegen insecten wordt ook weerspiegeld in antibiosen, zoals het overlevingspercentage van nimfen, de duur van de nimf en het uitbroeden van eieren, en in niet-voorkeur, zoals habitat, voeding en ovipositievoorkeur9. Bovendien zijn de prestaties van rijstzaailingen voor resistentie vaak niet erg stabiel. Met de groei van planten heeft de weerstand de neiging stabieler te worden. Daarom kan de SSST-methode het weerstandsniveau van rijst niet volledig weergeven. Bovendien varieert de resistentie van rijst tegen ongedierte in verschillende groeistadia en zijn er duidelijke verschillen in resistentiemechanismen tussen zaailingen en volwassen planten. Studies hebben aangetoond dat rijpende rijstplanten vluchtige secundaire metabolieten kunnen afgeven om aantasting door insectenplagen te voorkomen, die zich manifesteren door de niet-selectiviteit van het insect bij het voeden of leggen van eieren op de rijstplant10,11. Dit is ook een zeer cruciaal soort resistentiemechanisme, dat een belangrijke rol speelt bij het voorkomen van insectenplagen en het waarborgen van de rijstopbrengst op rijpheid.

Op dit moment is de identificatie van de resistentie van rijst door niet-preferentie nog steeds een uitdaging. In dit geval worden momenteel twee hoofdbenaderingen gebruikt. Aan de ene kant worden planthoppers en rijstplanten in een vierkante nylon netkooi12 geplaatst. Hoewel deze benadering als relatief efficiënt wordt beschouwd voor het gelijktijdig uitvoeren van experimenten op meerdere rijstlijnen, vereist het een grotere experimentele ruimte en veroorzaakt het dus enige problemen bij het waarnemen en tellen vanwege niet-transparant nylon netmateriaal. Aan de andere kant wordt de Y-tube olfactometer-methode gebruikt in experimenten met insectenselectie op basis van het verschil in vluchtige stoffen die vrijkomen uit rijst. Deze methode vergemakkelijkt gemakkelijke observatie dankzij de glazen container14. Een van de belangrijkste beperkende factoren van deze methode is dat deze alleen vluchtige geur kan beoordelen, en dat het ook een strikte eis stelt aan de dichtheid van de experimentele apparaten en lang duurt.

Hierin beschrijven we een verbeterde methode voor het evalueren van de resistentie van de rijstplant tegen WBPH's, die eenvoudig te bedienen en gemakkelijk te observeren is. Deze methode kan ook worden gebruikt om de habitat, voeding en ovipositievoorkeursgedrag van BPH's en ander hemipterous ongedierte te bestuderen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Voorbereiding van planthoppers, rijstplanten en de polyvinylchloride kooi

  1. Planthoppers
    1. Plaats WBPH's op frezen van een vatbare rijstsoort genaamd Taichung Native 1 (TN1) in insectenvrije kooien en laat ze zich generaties lang op natuurlijke wijze voortplanten. Kies langvleugelige, pas ontstane vrouwelijke volwassenen voor verdere experimenten.
      OPMERKING: WBPH's werden verstrekt door het Agricultural Genomics Institute in Shenzhen, Chinese Academy of Agricultural Sciences.
  2. Rijst planten
    1. Week de zaden van elke rijstlijn in water en zet ze in een geklimatiseerde ruimte met parameters ingesteld op 28 °C, 75%-80% relatieve vochtigheid (RH) en cycli van 14 uur licht/10 uur donker gedurende 2 dagen tot ontkieming.
    2. Zaai 30 ontkiemde zaden van elke geteste rijstlijn gelijkmatig in een plastic zaaddoos (20 cm [lengte] x 15 cm [breedte] x 10 cm [hoogte]) die is gevuld met padiegrond tot een diepte van 3-4 cm.
    3. Bedek de zaden met een dun laagje fijne, droge grond; Maak vervolgens de droge grond nat met water.
    4. Plaats de zaaidoos in een insectenwerende kooi met 200 mazen (75 cm [lengte] x 75 cm [breedte] x 75 cm [hoogte]) bij 28 °C, met 75%-80% RV en een 14 uur licht/10 uur donkercyclusbehandeling in een geklimatiseerde ruimte. Geef elke dag water om de grond vochtig te houden. Blijf de planten 7 dagen groeien, totdat ze het stadium van twee tot drie bladeren hebben bereikt.
    5. Kies 20 zaailingen met een vergelijkbaar groeipotentieel, verplant de zaailingen in plastic zaadpotten met een diameter van 10 cm (één zaailing per pot) met een gat aan de onderkant.
    6. Plaats de potten in een insectenwerende kooi met 200 mazen (75 cm [lengte] x 75 cm [breedte] x 75 cm [hoogte]) bij 28 °C, met 75%-80% RV en een 14 uur licht/10 uur donkercyclusbehandeling in een geklimatiseerde ruimte, met water op de bodem van de bak, gedurende ongeveer 30 dagen groeien totdat ze de uitfreesfase bereiken met een of twee frezen.
    7. Snoei de rijstplanten 48 uur voor aanvang van het experiment tot één helmstok.
  3. Cilindrische kooi van polyvinylchloride
    1. Verkrijg transparant polyvinylchloride (PVC) met afmetingen van 120 cm x 90 cm en een dikte van 0,5 mm.
    2. Maak er een cilindrische structuur van met een hoogte van 90 cm en een diameter van 35 cm.
    3. Gebruik een nietmachine om het overlappende gebied aan beide uiteinden van de cilinder te bevestigen. Zorg ervoor dat het overlappende gebied ongeveer 90 cm lang en 10 cm breed is.
    4. Dicht het gehele overlappingsgebied vanaf de omtrek van de cilinder af met drukgevoelige tape.
      NOTITIE: Zorg ervoor dat de cilindrische kooi verticaal ten opzichte van de grond kan worden geplaatst en dat er geen duidelijke opening is tussen de kooi en de grond.
    5. Snijd 200 nylon netten van gaas, elk met afmetingen van 50 cm x 50 cm; Bereid je voldoende voor op de volgende stappen.
    6. Zorg voor voldoende elastiekjes; Zorg ervoor dat de diameter ongeveer 1,5 mm is en de omtrek minimaal 32 cm wanneer de band wordt samengetrokken.

2. Behandeling van insecten en rijst

  1. Plaats een ronde kunststof bak met een diameter van 28 cm en een hoogte van 10 cm op een vlakke betonnen ondergrond in een geklimatiseerde ruimte met parameterinstellingen zoals beschreven in stap 1.2.6.
    OPMERKING: Als de kasvloer uit aarde bestaat, zoek dan een zo vlak mogelijke ondergrond om ervoor te zorgen dat de bak plat wordt gelegd.
  2. Kies twee potten met verschillende rijstlijnen (uit stap 1.2.7) en zet ze naast elkaar in de bak en vul de plastic bak met voldoende water.
  3. Bedek de twee testrijstpotten met de cilindrische kooi die in stap 1.3.4 is gemaakt.
  4. Leg een stuk nylon net (uit stap 1.3.5) op de kooi.
    LET OP: De twee rijstpotten in de kooi kunnen als groep worden gebruikt; Herhaal 15 sets van elke groep. Plaats de rijstpotten willekeurig in positie en richting, maar probeer ervoor te zorgen dat de bladeren van de twee rijstplanten elkaar niet raken.
  5. Gebruik een handgemaakte zuigval om 40 nieuw ontstane vrouwelijke WBPH-volwassenen te verzamelen (zie paragraaf 1.1).
  6. Doe de WBPH volwassenen in een glazen buis (met een diameter van 2 cm en een hoogte van 15 cm) en dek deze af met een sponsstop.
  7. Til een hoek van het nylon net op (zie stap 2.4).
  8. Verwijder de sponsstop van de glazen buis en plaats de buis in het middelste deel van de kooi om alle WBPH's los te maken.
  9. Dek het nylon net snel af en gebruik een rubberen band om het af te dichten om te voorkomen dat de WBPH's ontsnappen (Figuur 1).

3. Registratie en observatie

  1. Observeer de verdeling van WBPH's op elke rijstplant op 3, 6, 24, 48, 72, 96 en 120 uur na de plaag.
  2. Noteer het aantal WBPH's op verschillende rijstplanten, inclusief bladschede en blad vanuit alle richtingen door de transparante kooi.
    OPMERKING: Wees voorzichtig tijdens het observatieproces om de WBPH's niet te verstoren.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Er werden drie testrijstlijnen gebruikt in dit onderzoek. Rijstlijn FY01 is WBPH-gevoelig en wordt gebruikt als controlegroep. Rijstlijn HZ08 en HZ06 waren transgene lijnen waarin respectievelijk het potentiële WBPH-resistente X1-gen en het X5-gen werden geïntroduceerd op basis van de achtergrond van FY01. Daarom zou een vergelijking van rijstresistentie tussen HZ08/HZ06 en FY01 kunnen onthullen of het corresponderende ingebrachte gen een potentiële resis...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Rijpende rijstplanten geven vluchtige secundaire metabolieten af om insectenplagen te bestrijden of de paringscapaciteit van deze plagen te verminderen (zoals in WBPH's) via een speciale fysieke structuur op het oppervlak van de bladschede, wat een belangrijk resistentiemechanisme is13. Bij rijstplanten is de niet-voorkeur niet alleen gerelateerd aan voeding, maar ook geassocieerd met habitat en paring. Huidige studies hebben zich echter gericht op de niet-voorkeu...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

De auteurs zijn Dr. Lang Yang dankbaar voor het voeden van de witrugplanthoppers en het verbouwen van rijst. Dit werk werd ondersteund door speciale fondsen voor de industriële ontwikkeling van het Dapeng New District, Shenzhen City (subsidienr. KY20180216 en KY20180115).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
climate-controlled roomNingbo Jiangnan Instrument FactorySZJYS2013temperatuur, relatieve luchtvochtigheid, fotoperiodecontrole
glasbuis met sponsstop//diameter 2 cm en hoogte 15 cm
handgemaakte zuigval///
insectbestendige kooi //200-mesh, (L × B × H, 75 × 75 × 75 cm)
Nylon net//200 mesh
rijstgrond///
plastic zaadbak // (L × B × H, 20 × 15 × 10 cm)
plastic zaadpot//10-cm-diameter
plastic bak// (D × H, 28  × 10 cm)
rijstzaad van FY01-lijn//60 zaden
rijstzaad van HZ06-lijn//30 zaden
rijstzaad van HZ08-lijn//30 zaden
rijstzaad van TN1-variëteit//veel
Gummiband//diameter is 1,5 mm en de omtrek is 32 cm
scotchtape///
SPSS Statistics 19.0IBM Corporation/statistische gegevensanalyse
nietmachine///
transparant PVC //120 cm × 90 cm afmetingen en dikte van 0,5 mm

Referenties

  1. Du, B., et al. Identification and characterization of Bph14, a gene conferring resistance to brown planthopper in rice. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. , (2009).
  2. Khush, G. S. Strategies for increasing the yield potential of cereals: case of rice as an example. Plant Breeding. 132 (5), 433-436 (2013).
  3. Heong, K. L., Hardy, B. Breeding for resistance to planthoppers in rice. Planthoppers: New Threats to the Sustainability of Intensive Rice Production Systems in Asia. , International Rice Research Institute, Asian Development Bank, Australian Government, Australian Centre for International Agricultural Research . 401-409 (2009).
  4. Han, Y., Wu, C., Yang, L., Zhang, D., Xiao, Y. Resistance to Nilaparvata lugens in rice lines introgressed with the resistance genes Bph14 and Bph15 and related resistance types. PLoS One. 13 (6), e0198630(2018).
  5. Arora, R., Sandhu, S. Advances in Breeding for Resistance to Hoppers in Rice. Breeding Insect Resistant Crops for Sustainable Agriculture. , Springer. Singapore. 101-130 (2017).
  6. Sarao, P. S., et al. Donors for resistance to brown planthopper Nilaparvata lugens (Stål) from wild rice species. Rice Science. 23 (4), 219-224 (2016).
  7. Horgan, F. Mechanisms of resistance: a major gap in understanding planthopper-rice interactions. Planthoppers: New Threats to the Sustainability of Intensive Rice Production Systems in Asia. Heong, K. L., Hardy, B. , International Rice Research Institute, Asian Development Bank, Australian Government, Australian Centre for International Agricultural Research. 281-302 (2009).
  8. He, J., et al. High-resolution mapping of brown planthopper (BPH) resistance gene Bph27 (t) in rice (Oryza sativa L). Molecular Breeding. 31 (3), 549-557 (2013).
  9. Ling, Y., Weilin, Z. Genetic and biochemical mechanisms of rice resistance to planthopper. Plant Cell Reports. 35 (8), 1559-1572 (2016).
  10. Qi, J., et al. The chloroplast-localized phospholipases D α4 and α5 regulate herbivore-induced direct and indirect defenses in rice. Plant Physiology. , 111(2011).
  11. Qiu, Y., Guo, J., Jing, S., Zhu, L., He, G. High-resolution mapping of the brown planthopper resistance gene Bph6 in rice and characterizing its resistance in the 9311 and Nipponbare near isogenic backgrounds. Theoretical and Applied Genetics. 121 (8), 1601-1611 (2010).
  12. Liu, Y., et al. A gene cluster encoding lectin receptor kinases confers broad-spectrum and durable insect resistance in rice. Nature Biotechnology. 33 (3), 301(2015).
  13. Lou, Y., et al. Differences in induced volatile emissions among rice varieties result in differential attraction and parasitism of Nilaparvata lugens eggs by the parasitoid Anagrus nilaparvatae in the field. Journal of Chemical Ecology. 32 (11), 2375(2006).
  14. Da Silva, A. G., et al. Non-preference for oviposition and antibiosis in bean cultivars to Bemisia tabaci biotype B (Hemiptera: Aleyrodidae). Revista Colombiana de Entomologia. 40 (1), 7-14 (2014).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Tags

Insectenresistentie bij rijstpaarsgewijze vergelijkingresistentie van het niet-preferentietypeinsectresistente rijstanalyse van voedingsgedragpreferentie van Hemipteralaboratoriumscreeningsmethodemonitoring van dynamische veranderingen

Dit artikel is gepubliceerd

Video binnenkort beschikbaar

Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.