Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Оценка предпочтений белоспинного потолка, питающегося рисом

1.6K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/59323

⸱

23 мая 2020 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

В этом исследовании представлен простой и осуществимый метод оценки непреференциальной устойчивости белоспинных плантаторов, которые питаются рисом в лабораторных условиях. Обсуждаются вопросы совершенствования стратегии и состава современной методики определения устойчивости к белоспинным и бурым кувшинам.

Аннотация

Использование ресурсов зародышевой плазмы риса, устойчивых к насекомым, и связанных с ними генов является основной потребностью для выведения устойчивых к насекомым сортов, но точность идентификации устойчивых к насекомым фенотипов риса является серьезной трудностью. Необходимо срочно разработать новый метод или усовершенствовать существующие методы скрининга риса на устойчивость к насекомым. В данной статье описан простой и осуществимый метод оценки устойчивости риса к белоспинному потковнику (WBPH), Sogatella furcifera, в лабораторных условиях. Предпочтения взрослых бабочек, питающихся или обитающих на созревающих растениях риса, постоянно анализируются путем попарного сравнения. Динамические изменения WBPH на растениях риса регистрируются и сравниваются в качестве индекса идентификации устойчивости. Текущий метод прост в эксплуатации и легко поддается наблюдению, а также имеет короткий цикл. Использование этого метода может быть расширено для изучения предпочтений в питании и яйцекладке аналогичных полужесткокрылых, таких как коричневый прыгун (ДГПЖ), Nilaparvata lugens(Stål).

Введение

Рис является основным продуктом питания для более чем одной трети населения мира, и более 90% риса производится и потребляется в Азии 1,2. ВГПЗ и ДГПЖ являются наиболее разрушительными вредителями риса и представляют существенную угрозу для производства риса3. С точки зрения стоимости и окружающей среды, выращивание и применение риса, устойчивого к насекомым, является наиболее эффективным подходом к борьбе с ущербом, наносимым посадочными растениями 4,5,6. Соответственно, скрининг ресурсов устойчивой зародышевой плазмы риса является ключевым предпосылкой для выведения риса, устойчивого к насекомым. Точность идентификации фенотипа, резистентного к рису, полезна для точного картирования и дальнейших функциональных исследований генов-мишеней. Тем не менее, фенотипическая идентификация стала серьезной сложностью из-за сложности механизма резистентности. Устойчивость риса к вредителям можно разделить на три типа, а именно антибиоз, толерантность и непредпочтения7. Каждый вид отражает различные аспекты механизма устойчивости риса к вредителям. В настоящее время наиболее широко используемым методом скрининга на устойчивость к зародышам является стандартный метод скрининга семенных ящиков (SSST), который может быть использован для быстрой идентификации фенотипической устойчивости большого числа растений риса и получения потенциальных линий устойчивой зародышевой плазмы закороткое время8.

Тем не менее, метод SSST отражает только устойчивость риса на стадии проростка и более эффективен для оценки механизмов устойчивости толерантного типа. Устойчивость риса к насекомым также отражается на антибиозах, таких как выживаемость нимф, продолжительность жизни нимф и скорость вылупления яиц, а также на непредпочтениях, таких как среда обитания, кормление и предпочтения в отношении яйцекладки9. Кроме того, показатели рассады риса на устойчивость часто не очень стабильны. С ростом растений устойчивость имеет тенденцию становиться более устойчивой. Таким образом, метод SSST не может полностью отразить уровень устойчивости риса. Кроме того, устойчивость риса к вредителям варьируется на разных стадиях роста, и существуют очевидные различия в механизмах устойчивости между рассадой и созревающими растениями. Исследования показали, что созревающие растения риса могут выделять летучие вторичные метаболиты, чтобы избежать заражения насекомыми-вредителями, которые проявляются в неселективности насекомых при питании или откладке яиц на растении риса10,11. Это также очень важный механизм устойчивости, который играет важную роль в предотвращении насекомых-вредителей и обеспечении урожайности риса в зрелом возрасте.

В настоящее время определение устойчивости риса к непредпочтениям все еще является проблемой. При этом в настоящее время используются два основных подхода. С одной стороны, сажники и рисовые растения помещаются в квадратную клетку из капроновой сетки12. Хотя этот подход считается относительно эффективным для проведения экспериментов на нескольких линиях риса одновременно, он требует большего экспериментального пространства и, таким образом, вызывает некоторые трудности в наблюдении и подсчете из-за непрозрачных материалов нейлоновой сетки. С другой стороны, метод ольфактометра с Y-образной трубкой используется в экспериментах по отбору насекомых в соответствии с разницей летучих веществ, выделяемых из риса. Этот метод облегчает наблюдение благодаря стеклянной емкости14. Одним из основных ограничивающих факторов этого метода является то, что о нем можно судить только по летучему запаху, а также он имеет строгие требования к герметичности экспериментальных приборов и занимает много времени.

В данной работе мы описываем усовершенствованный метод оценки устойчивости растения риса к WBPH непредпочтительного типа, который прост в эксплуатации и легок для наблюдения. Этот метод также может быть использован для изучения среды обитания, питания и предпочтения яйцекладки ДГПЖ и других полужесткокрылых вредителей.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Подготовка бункеров, рисовых растений и клетка из поливинилхлорида

  1. Бункеры для растений
    1. Выращивайте WBPH на культиваторах восприимчивого сорта риса под названием Taichung Native 1 (TN1) в клетках, защищенных от насекомых, и позвольте им размножаться естественным образом в течение нескольких поколений. Выбирайте длиннокрылых, только что появившихся самок для дальнейших экспериментов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: WBPH были предоставлены Институтом сельскохозяйственной геномики в Шэньчжэне, Китайская академия сельскохозяйственных наук.
  2. Рисовые растения
    1. Замочите семена каждой линии риса в воде и поместите их в помещение с климат-контролем с параметрами 28 °C, относительной влажностью (RH) 75%-80% и циклами 14 ч свет/10 ч темноты в течение 2 дней до появления всходов.
    2. Высевают по 30 пророщенных семян каждой испытуемой рисовой линии равномерно в пластиковый ящик для семян (20 см [длина] х 15 см [ширина] х 10 см [высота]), который заполняется рисовым грунтом на глубину 3-4 см.
    3. Засыпьте семена тонким слоем мелкого сухого грунта; Затем смочите сухую почву водой.
    4. Поместите семенной ящик в клетку, защищенную от насекомых размером 200 меш (75 см [длина] x 75 см [ширина] x 75 см [высота]) при температуре 28 °C, с относительной влажностью 75%-80% и 14-часовым световым / 10-часовым темновым циклом в комнате с климат-контролем. Поливайте каждый день, чтобы почва оставалась влажной. Продолжайте выращивать растения в течение 7 дней, пока они не достигнут стадии двух-трех листьев.
    5. Выберите 20 саженцев с одинаковым потенциалом роста, пересадите рассаду в пластиковые горшочки с семенами диаметром 10 см (по одному саженцу на горшок) с отверстием на дне.
    6. Поместите горшки в клетку, защищенную от насекомых размером 200 меш (75 см [длина] x 75 см [ширина] x 75 см [высота]) при температуре 28 °C, с относительной влажностью 75%-80% и 14-часовым световым/10-часовым темновым циклом в помещении с климат-контролем, с водой на дне поддона, в течение примерно 30 дней выращивания, пока они не достигнут стадии кущения с одним или двумя культиваторами.
    7. Обрезайте растения риса до одного культиватора за 48 ч до начала эксперимента.
  3. Цилиндрический сепаратор из поливинилхлорида
    1. Получить прозрачный поливинилхлорид (ПВХ) размерами 120 см х 90 см и толщиной 0,5 мм.
    2. Сделайте из него цилиндрическую конструкцию высотой 90 см и диаметром 35 см.
    3. С помощью степлера зафиксируйте область перекрытия на обоих концах цилиндра. Убедитесь, что площадь перекрытия составляет около 90 см в длину и 10 см в ширину.
    4. Загерметизируйте всю зону перекрытия с периферии баллона термочувствительной лентой.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что цилиндрический сепаратор может быть размещен вертикально к земле и между ним и между ним и землей нет видимого зазора.
    5. Нарезать 200 сеток из капрона, каждая размером 50 см х 50 см; Подготовьтесь достаточно для последующих шагов.
    6. Приобретите соответствующие резиновые ленты; Убедитесь, что диаметр составляет около 1,5 мм, а окружность — не менее 32 см при сжатии ленты.

2. Обработка от насекомых и риса

  1. Поместите круглый пластиковый лоток диаметром 28 см и высотой 10 см на ровную бетонную площадку в помещении с климат-контролем с настройками параметров, как описано в пункте 1.2.6.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если пол теплицы представляет собой почву, найдите как можно более ровную поверхность, чтобы убедиться, что поддон лежит ровно.
  2. Выберите две кастрюли с разными линиями риса (из шага 1.2.7) и поставьте их в лоток рядом и наполните пластиковый лоток достаточным количеством воды.
  3. Накройте два тестовых горшка для риса цилиндрической клеткой, изготовленной на шаге 1.3.4.
  4. Положите один кусок капроновой сетки (из шага 1.3.5) поверх клетки.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Два горшка с рисом в клетке можно использовать как группу; Повторите по 15 подходов каждой группы. Расставьте горшки с рисом в произвольном порядке в нужном положении и направлении, но старайтесь следить за тем, чтобы листья двух растений риса не соприкасались.
  5. Используйте самодельную всасывающую ловушку, чтобы собрать 40 недавно появившихся самок WBPH (см. раздел 1.1).
  6. Положите WBPH для взрослых в стеклянную трубку (диаметром 2 см и высотой 15 см) и накройте ее губчатой пробкой.
  7. Поднимите вверх уголок нейлоновой сетки (см. шаг 2.4).
  8. Снимите губчатую пробку со стеклянной трубки и поместите трубку в среднюю часть клетки, чтобы выпустить все WBPH.
  9. Быстро накройте нейлоновую сетку и с помощью резиновой ленты запечатайте ее, чтобы предотвратить утечку лейкоцитов (Рисунок 1).

3. Регистрация и наблюдение

  1. Наблюдайте за распределением WBPH на каждом растении риса через 3, 6, 24, 48, 72, 96 и 120 ч после заражения.
  2. Запишите количество WBPH на разных растениях риса, включая влагалище листьев и листья, со всех сторон через прозрачную клетку.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте осторожны в процессе наблюдения, чтобы не потревожить WBPH.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

В этом исследовании использовались три тестовые линии риса. Рисовая линия FY01 чувствительна к WBPH и используется в качестве контрольной группы. Линии риса HZ08 и HZ06 представляли собой трансгенные линии, в которые были введены потенциально устойчивый к WBPH ген X1 и ген X5 соответственно на основе FY01. Таким образом, сравнение резистентности риса между HZ08/HZ06 и FY01 может показать, обладает ли соответствующий вставленный ген потенциальной функцией резистентности. В этом исследовани...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Созревающие растения риса выделяют летучие вторичные метаболиты для борьбы с насекомыми-вредителями или снижения брачной способности этих вредителей (например, у WBPH) с помощью специальной физической структуры на поверхности листовой оболочки, которая является ключевым механизмом резистентности. У растений риса непредпочтение связано не только с кормлением, но и со средой обитания и спариванием. Тем не менее, текущие исследования сосредоточены на непредпочтениях ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Авторы благодарны доктору Ланг Янгу за то, что он накормил белоспинных плантаторов и вырастил рис. Эта работа была поддержана Специальными фондами промышленного развития нового района Дапэн, город Шэньчжэнь (грант No. KY20180216 и KY20180115).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
помещение с климат-контролемНинбо Цзяннаньский приборостроительный заводSZJYS2013температура, относительная влажность, контроль фотопериода
стеклянная трубка с губчатой пробкой //диаметр 2 см и высота 15 см
самодельная ловушка-присоска//
клетка с защитой от насекомых //200-меш, (L & раз; W & раз; H, 75 и раз; 75 & раз; 75 см)
Нейлоновая сетка//200 меш
рисовая почва//
/пластиковый ящик для семян // ( L & times; W & раз; H, 20 × 15 & раз; 10 см)
пластиковый горшок для семян//лоток диаметром 10 см
// ( D & times; H, 28  × 10 см)
семена риса линии FY01/60 семян
семена риса линии HZ06//30 семян
семена риса линии HZ08//30 семян
семена риса сорта TN1//много
резиновой ленты//диаметр 1,5 мм, а окружность 32 см
скотч//
SPSS Statistics 19.0IBM Corporation/для статистического анализа данных
///прозрачный
ПВХ //120 см × 90 см размеры и толщина 0,5 мм
/пластиковый //степлер

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Устойчивость риса к насекомымпопарное сравнениерезистентность непредпочтительного типаустойчивый к насекомым рисанализ пищевого поведенияпредпочтения полужесткокрылыхметод лабораторного скринингамониторинг динамических изменений

Эта статья была опубликована

Видео скоро будет доступно

Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.