Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Ocena preferencji skoczka białogrzbietego żerującego na ryżu

1.6K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/59323

⸱

23 maja 2020

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

W tym artykule

Podsumowanie

To badanie przedstawia prostą i wykonalną metodę oceny odporności na niepreferencje dla skoczków białogrzbietych, które żywią się ryżem w warunkach laboratoryjnych. Omówiono doskonalenie strategii i składu obecnej metody identyfikacji odporności na skoczka białogrzbietego i brunatnego.

Streszczenie

Wykorzystanie odpornych na owady zasobów plazmy zarodkowej ryżu i związanych z nim genów jest główną potrzebą hodowli odmian odpornych na owady, ale dokładność identyfikacji odpornych na owady fenotypów ryżu jest główną trudnością. Pilne jest opracowanie nowej metody lub ulepszenie istniejących metod badania przesiewowego ryżu pod kątem odporności na owady. W artykule opisano prostą i wykonalną metodę oceny odporności ryżu na skoczka białogrzbietego (WBPH), Sogatella furcifera, w laboratorium. Preferencje dorosłych WBPH żerujących lub zamieszkujących dojrzewające rośliny ryżu są stale analizowane poprzez porównywanie parami. Dynamiczne zmiany WBPH na roślinach ryżu są rejestrowane i porównywane jako wskaźnik identyfikacji odporności. Obecna metoda jest prosta w obsłudze i łatwa do zaobserwowania oraz ma krótki cykl. Zastosowanie tej metody można rozszerzyć w celu zbadania preferencji żywieniowych i składania jaj u podobnych pluskwiaków, takich jak skoczek brunatny (BPH), Nilaparvata lugens (Stål).

Wprowadzenie

Ryż jest podstawowym pożywieniem dla ponad jednej trzeciej światowej populacji, a ponad 90% ryżu jest produkowane i spożywane w Azji1,2. WBPH i BPH są najbardziej destrukcyjnymi szkodnikami ryżu i poważnym zagrożeniem dla produkcji ryżu3. Z punktu widzenia kosztów i środowiska, hodowla i stosowanie ryżu odpornego na owady jest najskuteczniejszym podejściem do kontrolowania szkód powodowanych przez skoczki roślinne4,5,6. W związku z tym badania przesiewowe odpornych zasobów plazmy rozrodczej ryżu są kluczowym warunkiem wstępnym hodowli ryżu odpornego na owady. Dokładność w identyfikacji fenotypu odpornego na ryż jest pomocna w precyzyjnym mapowaniu i dalszych badaniach funkcjonalnych genów docelowych. Jednak identyfikacja fenotypowa stała się poważną trudnością ze względu na złożoność mechanizmu oporności. Odporność ryżu na szkodniki można podzielić na trzy typy, a mianowicie antybiozę, tolerancję i niepreferencje7. Każdy rodzaj odzwierciedla inny aspekt mechanizmu odporności ryżu na szkodniki. Obecnie najpowszechniej stosowaną metodą badań przesiewowych pod kątem odporności na skoczka jest standardowa technika przesiewania skrzynek nasiennych (SSST), która może być wykorzystana do szybkiej identyfikacji fenotypowej odporności dużej liczby roślin ryżu i uzyskania kandydujących odpornych linii plazmy zarodkowej w krótkim czasie8.

Jednakże, metoda SSST odzwierciedla tylko odporność ryżu na etapie siewki i jest bardziej skuteczna w ocenie mechanizmów odporności typu tolerancji. Odporność ryżu na owady znajduje również odzwierciedlenie w antybiozach, takich jak wskaźnik przeżywalności nimfy, czas trwania nimfy i wskaźnik wylęgu jaj, oraz w niepreferencjach, takich jak siedlisko, karmienie i preferencje składania jaj9. Ponadto wydajność sadzonek ryżu pod względem odporności często nie jest zbyt stabilna. Wraz ze wzrostem roślin odporność staje się bardziej stabilna. W związku z tym metoda SSST nie może w pełni odzwierciedlić poziomu odporności ryżu. Co więcej, odporność ryżu na szkodniki różni się na różnych etapach wzrostu i istnieją oczywiste różnice w mechanizmach odporności między sadzonkami a roślinami dojrzewającymi. Badania wykazały, że dojrzewające rośliny ryżu mogą uwalniać lotne metabolity wtórne, aby uniknąć inwazji szkodników owadzich, które objawiają się nieselektywnością owadów w żerowaniu lub składaniu jaj na roślinie ryżu10,11. Jest to również bardzo krytyczny rodzaj mechanizmu odporności, który odgrywa ważną rolę w zapobieganiu szkodnikom owadzim i zapewnianiu plonów ryżu w okresie dojrzałości.

Obecnie identyfikacja odporności ryżu na podstawie braku preferencji jest nadal wyzwaniem. W tym przypadku obecnie stosuje się dwa główne podejścia. Z jednej strony, skoczki i rośliny ryżu są umieszczane w kwadratowej klatce z siatki z nylonu12. Chociaż podejście to jest uważane za stosunkowo skuteczne w przeprowadzaniu eksperymentów na wielu liniach ryżowych jednocześnie, wymaga większej przestrzeni doświadczalnej, a tym samym powoduje pewne trudności w obserwacji i liczeniu ze względu na nieprzezroczyste materiały z siatki nylonowej. Z drugiej strony, metoda olfaktometru Y-tube jest stosowana w eksperymentach selekcji owadów w zależności od różnicy substancji lotnych uwalnianych z ryżu. Ta metoda ułatwia obserwację ze względu na szklany pojemnik14. Jednym z głównych czynników ograniczających tę metodę jest to, że może ona ocenić tylko lotny zapach, a także ma ścisłe wymagania dotyczące szczelności urządzeń eksperymentalnych i zajmuje dużo czasu.

Tutaj opisujemy ulepszoną metodę oceny odporności rośliny ryżu na WBPH, która jest prosta w obsłudze i łatwa do obserwacji. Metoda ta może być również stosowana do badania siedliska, żerowania i preferencji składania jaj u BPH i innych szkodników z rodzaju hemipterous.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Przygotowanie skoczków, roślin ryżu i klatki z polichlorku winylu

  1. Skoczki do roślin
    1. Umieść WBPH na glebogryzarkach podatnej odmiany ryżu o nazwie Taichung Native 1 (TN1) w klatkach odpornych na owady i pozwól im rozmnażać się naturalnie przez pokolenia. Wybierz długoskrzydłe, nowo powstałe dorosłe samice do dalszych eksperymentów.
      UWAGA: WBPH zostały dostarczone przez Instytut Genomiki Rolniczej w Shenzhen, Chińską Akademię Nauk Rolniczych.
  2. Rośliny ryżu
    1. Namocz nasiona każdej linii ryżu w wodzie i umieść je w pomieszczeniu o kontrolowanych warunkach o parametrach ustawionych na 28 °C, wilgotności względnej 75%-80% i cyklach 14 godzin światła/10 godzin ciemności przez 2 dni do wykiełkowania.
    2. Wysiewaj 30 kiełkujących nasion z każdej badanej linii ryżu równomiernie w plastikowej skrzynce nasiennej (20 cm [długość] x 15 cm [szerokość] x 10 cm [wysokość]), która jest wypełniona ziemią ryżową na głębokość 3-4 cm.
    3. Przykryj nasiona cienką warstwą drobnej, suchej gleby, a następnie zwilż suchą glebę wodą.
    4. Umieść skrzynkę nasienną w klatce zabezpieczonej przed owadami o oczkach 200 (75 cm [długość] x 75 cm [szerokość] x 75 cm [wysokość]) w temperaturze 28 °C, przy wilgotności względnej 75%-80% i 14 godzinach światła/10 godzin cyklu ciemnego w pomieszczeniu o kontrolowanym klimacie. Podlewaj codziennie, aby gleba była wilgotna. Kontynuuj uprawę roślin przez 7 dni, aż osiągną fazę od dwóch do trzech liści.
    5. Wybierz 20 sadzonek o podobnym potencjale wzrostu, przesadź sadzonki do plastikowych doniczek o średnicy 10 cm (jedna sadzonka w doniczce) z otworem na dnie.
    6. Umieść doniczki w klatce zabezpieczonej przed owadami o oczkach 200 (75 cm [długość] x 75 cm [szerokość] x 75 cm [wysokość]) w temperaturze 28 °C, przy wilgotności względnej 75%-80% i 14 godzinach światła/10 godzin cyklu ciemnego w klimatyzowanym pomieszczeniu, z wodą na dnie tacy, przez około 30 dni uprawy, aż osiągną etap krzewienia za pomocą jednego lub dwóch glebogryzarek.
    7. Przytnij rośliny ryżu do jednego glebogryzarki na 48 godzin przed rozpoczęciem eksperymentu.
  3. Cylindryczny koszyk z polichlorku winylu
    1. Uzyskać przezroczysty polichlorek winylu (PVC) o wymiarach 120 cm x 90 cm i grubości 0,5 mm.
    2. Uformuj z niego cylindryczną konstrukcję o wysokości 90 cm i średnicy 35 cm.
    3. Użyj zszywacza, aby zamocować obszar zakładki na obu końcach cylindra. Upewnij się, że obszar zakładki ma około 90 cm długości i 10 cm szerokości.
    4. Uszczelnić cały obszar zakładki od obrzeża cylindra taśmą samoprzylepną.
      UWAGA: Upewnij się, że koszyk cylindryczny można ustawić pionowo do podłoża i nie ma widocznej szczeliny między klatką a podłożem.
    5. Wytnij 200 siatek nylonowych, każda o wymiarach 50 cm x 50 cm; przygotuj się wystarczająco do kolejnych kroków.
    6. Zaopatrz się w odpowiednie gumki; upewnij się, że średnica wynosi około 1,5 mm, a obwód wynosi co najmniej 32 cm, gdy opaska jest zaciśnięta.

2. Leczenie owadów i ryżu

  1. Umieść okrągłą plastikową tacę o średnicy 28 cm i wysokości 10 cm na płaskim podłożu w klimatyzowanym pomieszczeniu z ustawieniami parametrów zgodnie z opisem w kroku 1.2.6.
    UWAGA: Jeśli podłoga szklarni jest zabrudzona, znajdź jak najbardziej płaską powierzchnię, aby upewnić się, że taca jest ułożona płasko.
  2. Wybierz dwa garnki z różnymi liniami ryżu (z kroku 1.2.7) i włóż je do tacy, obok siebie, a następnie napełnij plastikową tackę wystarczającą ilością wody.
  3. Przykryj dwa testowe doniczki na ryż cylindryczną klatką wykonaną w kroku 1.3.4.
  4. Połóż jeden kawałek nylonowej siatki (z kroku 1.3.5) na klatce.
    UWAGA: Dwa doniczki na ryż w klatce mogą być używane jako grupa; Powtórz 15 serii z każdej grupy. Umieść doniczki z ryżem losowo w miejscu i kierunku, ale staraj się, aby liście dwóch roślin ryżu się nie stykały.
  5. Użyj ręcznie wykonanej pułapki ssącej, aby zebrać 40 nowo pojawiających się dorosłych samic WBPH (patrz punkt 1.1).
  6. Dorosłe osobniki WBPH należy umieścić w szklanej tubie (o średnicy 2 cm i wysokości 15 cm) i przykryć korkiem z gąbki.
  7. Podnieś róg nylonowej siatki (patrz krok 2.4).
  8. Wyjmij korek z gąbki ze szklanej rurki i umieść probówkę w środkowej części klatki, aby uwolnić wszystkie WBPH.
  9. Szybko przykryj nylonową siatkę i użyj gumki, aby ją uszczelnić, aby zapobiec ucieczce WBPH (Rysunek 1).

3. Nagrywanie i obserwacja

  1. Obserwuj rozmieszczenie WBPH na każdej roślinie ryżu po 3, 6, 24, 48, 72, 96 i 120 godzinach po porażeniu.
  2. Zapisuj liczbę WBPH na różnych roślinach ryżu, w tym na pochwie liściowej i liściu, ze wszystkich kierunków przez przezroczystą klatkę.
    UWAGA: Zachowaj ostrożność podczas procesu obserwacji, aby nie przeszkadzać WBPH.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

W tym badaniu użyto trzech linii testowych ryżu. Linia ryżowa FY01 jest podatna na WBPH i stosowana jako grupa kontrolna. Linie ryżowe HZ08 i HZ06 były liniami transgenicznymi, w których wprowadzono odpowiednio potencjalny gen X1 i gen X5 odporny na WBPH w oparciu o tło FY01. W związku z tym porównanie oporności na ryż między HZ08/HZ06 i FY01 może ujawnić, czy odpowiedni wstawiony gen ma potencjalną funkcję oporności. W tym badaniu porównano odporność dwóch roślin ryżu pod względem żerowa...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Dojrzewające rośliny ryżu uwalniają lotne metabolity wtórne w celu zwalczania szkodników owadzich lub zmniejszania zdolności krzyżowania się tych szkodników (np. w WBPH) poprzez specjalną strukturę fizyczną na powierzchni pochewki liściowej, która jest kluczowym mechanizmem odporności13. W przypadku roślin ryżu brak preferencji jest związany nie tylko z karmieniem, ale także z siedliskiem i kryciem. Jednak obecne badania koncentrują się na niepreferencji nimf 4,12

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Autorzy są wdzięczni Dr. Lang Yangowi za karmienie skoczków białogrzbietych i uprawę ryżu. Prace te były wspierane przez Specjalne Fundusze na Rozwój Przemysłowy Nowej Dzielnicy Dapeng w mieście Shenzhen (Grant No. KY20180216 i KY20180115).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
klimatyzowane pomieszczenieNingbo Jiangnan Instrument FactorySZJYS2013temperatura, wilgotność względna, szklana rurka do kontroli fotoperiodycznej
z korkiem z gąbki//średnica 2 cm i wysokość 15 cm
ręcznie robiony syfon ssący&
nbsp;//200-mesh, (L &razy; W i czasy; H, 75 i razy; 75 i razy; 75 cm)
Siatka nylonowa//Ziemiao oczkach 200
///
Plastikowa skrzynka nasienna // ( L i razy; W i czasy; H, 20 i razy; 15 i razy; 10 cm)
plastikowa doniczka na nasiona//plastikowao średnicy 10 cm
// ( D i czasy; H, 28  &czasy; 10 cm)
nasiona ryżu z linii FY01//60 nasion
ryżu z linii HZ06//30 nasion
nasiona ryżu z linii HZ08//30 nasion
nasiona ryżu odmiany TN1//wiele
Gumka//średnica wynosi 1,5 mm, a obwód to 32 cm
taśma klejąca///
SPSS Statistics 19.0IBM Corporation/do analizy danych statystycznych
//
/przezroczysty PVC //120 cm & razy 90 cm wymiary i grubość 0,5 mm
ryżowa taca nasiona zszywacz

Bibliografia

  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Odporność ryżu na owadyporównanie paramiodporność typu niepreferencyjnegoryż odporny na owadyanaliza zachowania żerowaniapreferencje pluskwiakówlaboratoryjna metoda przesiewowamonitorowanie zmian dynamicznych

Ten artykuł został opublikowany

Film wkrótce dostępny

Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.