Kännetecknar Herbivore resistensmekanismer: Spittlebugs på Brachiaria SPP. Som ett exempel

Summary

Denna video förklarar mekanismerna värdväxt motstånd mot herbivori och visar en no-val test som beräknar relativa bidrag antibiosis och tolerans mot spittlebug motståndet i

Abstract

Växter kan motstå växtätare skada genom tre breda mekanismer: antixenosis, antibiosis och tolerans ^1. Antixenosis är i vilken grad anläggningen undviks när växtätare kan välja andra växter ^2. Antibiosis är i vilken grad anläggningen påverkar lämpligheten av växtätare som livnär sig på det ^1. Tolerans är i vilken grad anläggningen tål eller reparera skador som orsakats av växtätare, utan att kompromissa med växtätande tillväxt och reproduktion ^1. Hållbarhet växtätare motstånd i en jordbruks-inställningen beror till stor del på motståndet mekanismen gynnade under arbetet gröda avel ^3.

Vi visar en no-val experiment för att uppskatta den relativa bidrag antibiosis och tolerans mot spittlebug motståndet i Brachiaria SPP. Flera arter av afrikanska gräs av släktet Brachiaria är värdefulla foder och växter betesmarker i tropiska regionen, men de kan vara allvarligt utmanas av flera inhemska arter av spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae). ⁴ för att bedöma deras motstånd mot spittlebugs, är växter vegetativt-förökas genom skottsticklingar och tillåts växa i ungefär en månad, vilket gör att tillväxten av ytliga rötter som spittlebugs kan mata. På den punkten är varje testplanta individuellt utmanas med sex spittlebug ägg nära kläckning. Infestationer får framsteg för en månad innan utvärdera anläggningen skador och insekter överlevnad. Scoring anläggning skada ger en uppskattning av tolerans, medan poäng insekt överlevnad ger en uppskattning av antibiosis. Detta protokoll har underlättat vårt mål växtförädling för att öka spittlebug motståndet i kommersiella brachiariagrases ^5.

Protocol

1. Växter

1. Enstaka stamceller sticklingar från mogna växter används som experimentell enheter. De sticklingar är trimmade till 10 cm för att säkerställa enhetlighet i plantmaterial.
2. För att förhindra förorening av växtpatogener, är de sticklingar tvättas i en 3% natriumhypoklorit lösning för 2 minuter och sedan sköljas thoughroughly med kranvatten.
3. Varje skär är planterad i ca. 36 g steril jord i ett cylindriskt PVC-slang (5,3 cm yttre diameter av 6,5 cm höjd) förseglade i den nedre delen med en frigolit kopp och utjämnade med ett PVC-bussning. Den skärande hålls på plats av en skum ring placeras i centrala öppningen av genomföringen.
4. Växter är gödslas och vattnas för att bibehålla tillräcklig markfuktighet.
5. Växter kommer att växa i en månad innan han utmanas av insekter, vilket gör att utveckling av ytliga rötter, som fungerar som utfodring platser för root-xylem amning spittlebug nymfer.
6. PVC-rör med rotade sticklingar är inverterade för 8 d före angrepp för att stimulera ytterligare tillväxt av ytliga rötter, delvis justera för inneboende skillnader i rot-arkitektur. Detta steg kräver en artificiell ljuskälla, som vi tillhandahåller för 24 hektar dag. För att undvika störande flyr från herbivori med växtätare motstånd, replikerar enskild planta med få eller inga ytliga rötter efter denna invertering behandling elimineras från experimentet. Denna eliminering bör sällan, aldrig leder till eliminering av genotyp de representerar.

2. Insekter

1. Vuxen spittlebugs samlas in från fältet, identifierade arter och lanserades på äggläggning burar där de får bladverk mottagliga brachiariagrasses att livnära sig på. Honorna lägger sina ägg i jorden i ett grunt avtagbar bricka placeras på botten av burarna.
2. Efter flera dagar, är jorden slammas upp i vatten och leds genom en serie siktar (42, 60 och 150 mesh) för att samla in äggen. Att avbryta det siktade materialet i en 30% saltlösning gör att mogna ägg att flyta och lämnar efter omogna ägg och alla rester av organiskt material.
3. För att förhindra förorening av insekt patogener, är ägg desinficeras i en 0,5% natriumhypoklorit lösning för 5 minuter och sedan sköljas med destillerat vatten.
4. Varje test anläggning (experimentella enheten) är angripet vid markytan med sex mogna ägg. Endast mogna ägg nära kläckning väljs ut för angrepp. De kan identifieras genom närvaro av två röda prickar i främre delen, motsvarande insekten ögon, rosa märken i sin bakre del, motsvarande insekten buk, och ett fullt expanderat gällock.
5. Framgångsrik kläckning bekräftas 4 d senare, varvid alla okläckta ägg ersätts med ett nyfött barn spittlebug från vår koloni.
6. Testplantorna är ordnade i en randomiserad helt block design med sex upprepningar per genotyp.

3. Utvärderingar

1. Försöket utvärderas ca. 30 d efter angrepp (exakta tider varierar beroende på insektsarter studeras).
2. Skador görs på en 1 till 5 visuell skala, där 1 motsvarar inga synliga skador och 5 motsvarar en död växt (Figur 1). Scoring anläggning skada ger en uppskattning av tolerans.

Figur 1. Skador skala för utvärdering av tolerans mot spittlebug herbivori i Brachiaria SPP. 1 = inga påvisbara skador, 2 = 0-25% nekrotiska blad, 3 = 25-50% nekrotiska blad, 4 = 50-75% nekrotiska blad, 5 = 75-100% nekrotiska blad.

3. Insekt överlevnaden bedöms genom att räkna insekter nå antingen sin slutliga INSTAR eller en vuxen fas (figur 2). Poängsättning för insekt överlevnad ger en uppskattning av antibiosis.

Figur 2. Spittlebug utveckling från första INSTAR (vänster) till vuxna (höger). Endast insekter nå minst sin slutliga INSTAR (pilar) vid tidpunkten för utvärderingen räknas som "överlevare".

4. Representativa resultat

Resultat från en representativ Brachiaria test screening hybrider för motstånd mot spittlebug Aeneolamia reducta presenteras i figur 3.

Figur 3. Resultat från screening Brachiaria hybrider för resistens mot spittlebug Aeneolamia reducta. Vi anser växter resistenta om deras reaktion på herbivori faller i nedre halvan av denna sammansvärjning. Antibiosis ökar från höger till vänster och tolerans ökar från topp till botten. Pilarna pekar på vår resistenta kontroller.

Discussion

Diskriminera bland mekanismer växtätare motstånd kan belysa insatser beskära avel ^3. Motståndet bygger på starka antibiosis kunde, under vissa omständigheter, skapa selektionstryck för mer aggressiva skadedjur biotoper. Å andra sidan kan motstånd bygger på tolerans tillåter skadegörare öka fram till toleransen så småningom är överväldigad. Avel för hållbara motstånd, därför kräver noggranna överväganden av vad resistensmekanismer skulle ge mest stabilitet för en viss gröda / skadedjur systemet [se Kennedy et al. (1987) för en omfattande diskussion i ämnet] ^3.

Denna video demonstrationen bygger på flera tidigare studier för att uppskatta den relativa bidrag antibiosis och tolerans mot spittlebug motståndet i brachiariagrasses ^6-9. I motsats till val tester eller fältexperiment, no-val tester se alla växter få samma växtätare tryck, vilket ger kontroll för skillnader som uppstår från växtätande beteende (t.ex. värd preferenser, aggregering). Av denna anledning, men ingen val tester är olämpliga att bedöma motstånd antixenosis.

Artificiellt uppfödning insekt kolonier är det bästa sättet att få testa insekter för analyser motstånd screening ^10. Kolonier ger en pålitlig och enhetlig källa spittlebugs av en känd ålder för experiment ska utföras när som helst på året ^11. Det kan dock bli nödvändigt att regelbundet ingjuta vilda individer i kolonin för att säkerställa att kolonin inte avviker genetiskt från relevanta fält populationer ^10. För att bedöma lämpligheten av dessa artificiellt uppfödda växtätare, och följa eventuella förändringar i sin aggressivitet över tiden, är det viktigt att alla visningar inbegripa att lämpliga kontroller av kända motståndsnivåer.

Flera parametrar måste noga definieras för att utforma en lämplig analys motstånd screening. Några viktiga parametrar som vi har övervägt att utforma vårt test omfattar ålder värdväxter, arten och dess utvecklingsstadier i spittlebugs, angrepp nivå, och varaktigheten av växt-insekt kontakt ^8,9,12. Flera omgångar av experiment och protokoll förfining kan behövas för att nå en snabb, kostnadseffektiv, tillförlitlig analysmetod som tillräckligt förutspår växtätare motstånd i området.