Summary
Deze video legt de mechanismen van de waardplant weerstand tegen herbivorie en toont een no-choice test die de relatieve bijdragen van antibiose en tolerantie voor spittlebug weerstand in de schattingen
Abstract
Planten kunnen weerstaan herbivoor schade door drie brede mechanismen: antixenosis, antibiotische en tolerantie 1. Antixenosis is de mate waarin de plant wordt vermeden wanneer de herbivoor in staat is om te selecteren andere planten 2. Antibiose is de mate waarin de plant heeft invloed op de geschiktheid van de herbivore voeden it 1. Tolerantie is de mate waarin de plant die bestand is tegen of herstellen schade veroorzaakt door de herbivoor, zonder afbreuk te doen van de herbivoor de groei en voortplanting 1. De duurzaamheid van de grazers weerstand in een agrarische omgeving hangt in grote mate af van de weerstand mechanisme voorkeur tijdens de veredeling van gewassen inspanningen 3.
Demonstreren we een no-choice experiment ontworpen om de relatieve bijdragen van antibiose en tolerantie voor spittlebug weerstand in Brachiaria spp schatten. Verschillende soorten van de Afrikaanse grassen van het geslacht Brachiaria zijn waardevol ruwvoer en weide planten in de Neotropen, maar ze kunnen ernstig worden aangevochten door verschillende inheemse soorten van spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae). 4 Om hun weerstand te beoordelen spittlebugs, zijn planten vegetatief vermeerderde door houtstekken en toegestaan om te groeien voor ongeveer een maand, waardoor de groei van de oppervlakkige wortels waarop spittlebugs kan voeden. Op dat moment is iedere test plant individueel uitgedaagd met zes spittlebug eieren in de buurt van uitkomen. Plagen mogen vooruitgang voor een maand voordat de evaluatie plant schade en insecten overleven. Scoren plant schade geeft een schatting van tolerantie, terwijl scoren insect te overleven geeft een schatting van antibiose. Dit protocol heeft vergemakkelijkt onze plantenveredeling doelstelling om spittlebug weerstand te verbeteren in de commerciële brachiariagrases 5.
Protocol
1. Planten
- Single houtstekken van volwassen planten worden gebruikt als experimentele eenheden. De stekken worden bijgesneden tot 10 cm de uniformiteit van plantmateriaal te verzekeren.
- Om te voorkomen dat besmetting met plantenpathogenen, zijn de stekken gewassen in een 3% natriumhypochloriet-oplossing gedurende 2 minuten en daarna thoughroughly gespoeld met kraanwater.
- Elke snijden is geplant in ca. 36 g van steriele grond in een cilindervormige PVC buis (5,3 cm buiten diameter van 6,5 cm hoogte) afgedicht aan de onderkant met een plastic bekertje en afgedekt met een PVC-bus. Het snijden is op zijn plaats gehouden door een foam-ring geplaatst in de centrale opening van de bus.
- Planten zijn bevrucht en water als nodig is om voldoende bodemvocht te behouden.
- Planten zullen groeien voor een maand voordat uitgedaagd door insecten, waardoor de ontwikkeling van oppervlakkige wortels, die dienen als voeding sites voor de root-houtvaten geeft spittlebug nimfen.
- PVC-buizen met gewortelde stekken worden omgekeerd voor 8 d voorafgaand aan de besmetting verder te stimuleren de groei van de oppervlakkige wortels, gedeeltelijk gecorrigeerd voor inherente verschillen in de root architectuur. Deze stap vereist een kunstmatige bron van licht, die we voor 24 ha dag. Om te voorkomen dat confounding ontsnapt uit herbivorie met herbivoor weerstand, individuele plant repliceert met weinig of geen oppervlakkige wortels na deze inversie behandeling zijn geëlimineerd uit het experiment. Deze eliminatie moet worden zeldzaam, nooit leiden tot de eliminatie van het genotype die zij vertegenwoordigen.
2. Insecten
- Volwassen spittlebugs worden verzameld van het veld, geïdentificeerd naar soort, en voorgesteld aan ovipositie kooien waar ze zijn voorzien van bladeren van gevoelige brachiariagrasses te voeden. Vrouwtjes leggen hun eieren in de bodem die in een ondiepe uitneembare tray geplaatst op de bodem van de kooien.
- Na een aantal dagen, is de grond gesuspendeerd in water en door een serie van zeven (42, 60 en 150 mesh) om de eieren te verzamelen. Tot schorsing van de gezeefde materiaal in een 30% zoutoplossing zorgt ervoor dat de rijpe eicellen te zweven, met achterlating van onrijpe eieren en eventueel resterende organisch materiaal.
- Om te voorkomen dat vervuiling door insecten pathogenen, zijn eieren ontsmet een 0,5% natriumhypochloriet-oplossing gedurende 5 minuten en vervolgens gespoeld met gedestilleerd water.
- Elke test plant (experimentele eenheid) is besmet op het bodemoppervlak met zes rijpe eieren. Alleen rijpe eicellen dicht bij het uitkomen zijn geselecteerd voor plagen. Ze kunnen worden geïdentificeerd door de aanwezigheid van twee rode stippen in hun voorste deel, wat overeenkomt met de ogen van het insect, roze merken in hun achterste deel, wat overeenkomt met de buik van het insect, en een volledig uitgebreid operculum.
- Succesvol uitkomen is 4 d later bevestigd, op welk moment een unhatched ei wordt vervangen door een pasgeborene spittlebug van onze kolonie.
- Test planten zijn gerangschikt in een gerandomiseerd compleet blok ontwerp met zes herhalingen per genotype.
3. Evaluaties
- Het experiment wordt geëvalueerd ca. 30 d na besmetting (exacte tijden zijn afhankelijk van het insect onderzochte species).
- Schade wordt gescoord op een 1 tot 5 Visuele schaal, waarbij 1 overeenkomt met geen zichtbare schade en 5 komt overeen met een dode plant (Figuur 1). Scoren plant schade geeft een schatting van de tolerantie.
Figuur 1. Schade schaal gebruikt om de tolerantie voor spittlebug herbivorie in Brachiaria spp te beoordelen. 1 = geen waarneembare schade, 2 = 0-25% necrotische bladeren, 3 = 25-50% necrotische bladeren, 4 = 50-75% necrotische bladeren, 5 = 75-100% necrotisch blad.
- Insect overleven wordt beoordeeld door het tellen van de insecten te bereiken ofwel hun laatste instar of volwassen stadium (figuur 2). Scoren voor het insect te overleven geeft een schatting van antibiose.
Figuur 2. Spittlebug ontwikkeling van eerste-instar (links) aan volwassen (rechts). Alleen insecten te bereiken op zijn minst hun uiteindelijke instar (pijlen) op de datum van de evaluatie worden geteld als "overlevenden".
4. Representatieve resultaten
Resultaten van een representatieve test screening Brachiaria hybriden voor weerstand tegen de spittlebug Aeneolamia reducta zijn weergegeven in figuur 3.
Figuur 3. Resultaten van screening Brachiaria hybriden voor de weerstand tegen spittlebug Aeneolamia reducta. Wij beschouwen planten resistent als hun reactie op herbivorie valt in de onderste helft van dit perceel. Antibiose stijgt van rechts naar links en tolerantie neemt toe van boven naar beneden. De pijlen wijzen op onze resistent controles.
Discussion
Discrimineren tussen de herbivore resistentiemechanismen kunnen verlichten veredeling van gewassen inspanningen 3. Weerstand op basis van een sterke antibiotische zou, onder bepaalde omstandigheden, maken selectie druk voor meer agressieve plaag biotypes. Aan de andere kant, kan weerstand op basis van verdraagzaamheid laten pest de bevolking te verhogen tot tolerantie uiteindelijk wordt overweldigd. Fokken op duurzame resistentie, daarom, vereist een zorgvuldige afweging van wat resistentiemechanismen zouden de meeste stabiliteit te verlenen voor een bepaald gewas / plaag systeem [zie Kennedy et al.. (1987) voor een uitgebreide discussie over het onderwerp] 3.
Deze video demonstratie bouwt voort op een aantal eerdere studies ontworpen om de relatieve bijdragen van antibiose en tolerantie voor spittlebug weerstand in brachiariagrasses 6-9 te schatten. In tegenstelling tot choice toetsen of veld experimenten, no-choice toetsen zorgen voor alle planten krijgen dezelfde herbivoor druk, en zo controle voor verschillen die voortvloeien uit herbivoor gedrag (bv., gastheer voorkeur, aggregatie). Om deze reden is echter, no-choice toetsen zijn niet geschikt om weerstand te beoordelen door antixenosis.
Kunstmatig opvoeding insect kolonies is de beste methode om te testen insecten te verkrijgen voor de weerstand screeningtests 10. Kolonies zorgen voor een betrouwbare en uniforme bron van spittlebugs van een bekende leeftijd voor experimenten uit te voeren op elk moment van het jaar 11. Het kan echter nodig zijn om periodiek wilde dieren trekken in de kolonie om ervoor te zorgen dat de kolonie niet genetisch afwijkt van relevante veld populaties 10. Om de geschiktheid van deze kunstmatig gekweekte herbivoren inschatting en observatie van mogelijke veranderingen in hun agressiviteit loop van de tijd, is het belangrijk dat alle screenings een adequate controle van de bekende weerstandsniveaus te nemen.
Meerdere parameters moeten zorgvuldig worden gedefinieerd om een voldoende weerstand screeningstest design. Een paar belangrijke parameters hebben wij rekening gehouden met onze opzet van de test onder meer de leeftijd van de waardplanten, de soorten en het ontwikkelingsstadium van de spittlebugs, de besmetting niveau en de duur van de plant-insect contact 8,9,12. Verschillende rondes van experimenten en het protocol verfijning kan nodig zijn om te komen tot een snelle, rendabele, betrouwbare en test die op adequate wijze herbivoor weerstand voorspelt in het veld.
Disclosures
Geen belangenconflicten verklaard.
Acknowledgments
Deze productie en het experimentele werk dat hierin weerspiegelen de toegewijde en enthousiaste hulp van Reynaldo Pareja met steun van Lina Aguirre, Gilberto Córdoba, William Mera, Ximena Bonilla, en Darío Viveros. We danken ook John Miles en drie anonieme reviewers voor reacties die hielp ons bij het verbeteren van de video en manuscript.
References
- Painter, R. Insect resistance in crop plants. , Mcmillan. (1951).
- Kogan, M., Ortman, E. Antixenosis-a new term proposed to define Painter's 'Nonpreference' modality of resistance. Bull. Entomol. Soc. Am. 24, 175-176 (1978).
- Kennedy, G., Gould, F., Deponti, O., Stinner, R. Ecological, agricultural, genetic, and commercial considerations in the deployment of insect-resistant germplasm. Environ. Entomol. 16, 327-338 (1987).
- Holmann, F., Peck, D. Economic damage of grassland spittlebugs (Homoptera Cercopidae) in Colombia: a first approximation of impact on animal production in Brachiaria decumbens. Neotrop. Entomol. 31, 275-284 (2002).
- Miles, J. W., Cardona, C., Sotelo, G. Recurrent selection in a synthetic brachiariagrass population improves resistance to three spittlebug species. Crop Sci. 46, 1088-1093 (2006).
- Ferrufino, A., Lapointe, S. L. Host plant resistance in Brachiaria grasses to the spittlebug Zulia colombiana. Entomol. Exp. Appl. 51, 155-162 (1989).
- Lapointe, S. L., Serrano, M. S., Arango, G. L., Sotelo, G., Cordoba, F. Antibiosis to spittlebugs (Homoptera: Cercopidae) in accessions of Brachiaria spp. J. Econ. Entomol. 82, 1764-1766 (1992).
- Cardona, C., Miles, J. W., Sotelo, G. An improved methodology for massive screening of Brachiaria spp. genotypes for resistance to Aeneolamia varia (Homoptera: Cercopidae). J. Econ. Entomol. 92, 490-496 (1999).
- Cardona, C., Fory, P., Sotelo, G., Pabon, A., Diaz, G., Miles, J. W. Antibiosis and tolerance to five species of spittlebug (Homoptera: Cercopidae) in Brachiaria spp.: implications for breeding for resistance. J. Econ. Entomol. 97, 635-645 (2004).
- Smith, C., Khan, Z., Pathak, M. Techniques for evaluating insect resistance in crop plants. , CRC Press. (1994).
- Lapointe, S., Sotelo, G., Arango, G. Improved technique for rearing spittlebugs (Homoptera: Cercopidae). J. Econ. Entomol. 82, 1764-1766 (1989).
- Lopez, F., Cardona, C., Miles, J. W., Sotelo, G., Montoya, J. Screening for resistance to adult spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae) in Brachiaria spp.: methods and categories of resistance. J. Econ. Entomol. 102, 1309-1316 (2009).
