A fitopatogén lisztharmat befolyásolja az élelmiszer-keresési magatartást és a túlélést Coccinella septempunctata

Absztrakt

Bevezetés

A kokcinellidek a rovarok heterogén csoportja, étkezési preferenciáik szerint három fő kategóriába sorolva: zoofág (predáló), fitofág (növényi evés) és mikofág (gombaevés) (Giorgi et al. 2009). A ragadozó katicabogarak mikofág katicabogarakból fejlődtek ki, amelyeket először kormos penészgombák táplálására alkalmaztak, de aztán elfogadták a mézharmatot termelő rovarokat, például a levéltetveket (Leschen 2000). A legtöbb ragadozó katicabogár a hemipteran Sternorrhyncha alrendszerből származó mézharmatot termelő rovarokkal táplálkozik, amelyeknek a fejlődésükhöz szükségesek. Eddig nincs olyan Coccinellid faj, amelynek teljes étrendi szélessége teljesen ismert (Weber és Lundgren 2009).

Az entomophagous coccinellid fajok rendszeresen fogyasztanak nem zsákmányolt ételeket, például pollent és nektárt (Togni et al. 2016), mézharmatot és növényi részeket (Giorgi et al. 2009), valamint gyümölcsöket és gombákat (Triltsch 1997). Ez a fajta táplálék fontos eleme az étrendnek sok katicabogár számára, mint kiegészítő energiaforrás és gyakran szükséges a fejlődéshez (Lundgren 2009a). A béltartalom elemzése kimutatta, hogy a gomba spórák pl., Coccinella septempunctata, és még gyakrabban is jelen lehetnek, mint a zsákmány testrészei, különösen alacsony levéltetű-bőségnél (Triltsch 1999). Putman (1964) azt javasolta, hogy a gombaspórákon való étkezés által C. septempunctata teljesen véletlenül történik, de Sutherland és Parrella (2009) szerint a gombaspórák fontos szezonális táplálékot jelenthetnek a katicabogarak számára. Az ilyen típusú nem zsákmányolt élelmiszerek jelenlétének fontossága a katicabogár étrendben és a takarmányozási magatartásukra gyakorolt hatása kevéssé ismert.

Az entomophagous coccinellidek aktívan használják a zsákmányszaghoz (Francis et al. 2004), a levéltetvekkel fertőzött növényekhez (Ninkovic et al. 2001; Togni et al. 2016) vagy mindkettő kombinációjához (Jamal és Brown 2001) kapcsolódó szaglási jeleket. A mikofág katicabogarak erőteljesen preferálták a lisztharmattal fertőzött tök növények által kibocsátott jellegzetes szagokat, ami azt mutatja, hogy ezek a jelek fontos szerepet játszhatnak a katicabogarak táplálkozási magatartásában (Tabata és mtsai 2011). A nem zsákmányos táplálékforrások, például a gombák, az entomophag coccinellid étrend alkotóelemei, de még mindig szinte semmit sem tudunk arról, hogy hogyan találják meg a fertőzött növényeket. A nem alapvető élelmiszerek, például a gombák észlelése és elhelyezése véletlenszerű lehet, vagy a gombával fertőzött növényekkel kapcsolatos szagok közvetíthetik.

Felfedezni C. septempunctata lisztharmat után kutatva kétkarú olfactométerrel teszteltük a fertőzött és nem fertőzött árpanövények szagra adott válaszát. Azt is megvizsgáltuk, hogy a lisztharmat megfelelő étrendet jelent-e a katicabogarak számára, és ha egy ételként vagy Rhopalosiphum padi.

Anyagok és metódusok

Lisztharmat

Lisztharmat izolátum, Blumeria graminis f. sp. hordei (Bgh), a Lantmännen SW Seed AB-től (Svalöv, Svédország) szerezték be. A lisztharmat szaporításához a nagyon fogékony Steffi árpafajtát (cv.) Használták. A növényeket üvegházban növesztettük és 18–22 ° C-on tartottuk, L16: D8 fényrendszerrel. Cserepenként tíz növényt (Ø 12 cm, magasság 9 cm) termesztettek cserepes talajban (Special Hasselfors kert, Hasselfors, Svédország). Az árpa növények 7 nappal korábban fertõzõdtek meg B. graminis 10 napos növényekkel (a második levél kezd fejlődni) használtuk B. graminis a fertőzött növények egészséges növények fölött történő rázásával. A fertőzött növényeket plexi hengerekkel (Ø 10 cm, magasság 32,8 cm, vastagság 2 mm) borítottuk, felül felül négyzet filccel és gumiszalaggal zárva. A növényeket 18–22 ° C-os klímakamrában, L16: D8 fényrendszerrel és 70% relatív páratartalommal inkubáltuk 5–7 napig, amíg a leveleken új sporuláló lisztharmat képződött.

Rovarok

Hétfoltos katicabogár, Coccinella septempunctata, a felnőtteket a svédországi Uppsalához (59 ° 47′00,0 ″ É, 17 ° 39′00,0 ″ k) közel eső természetes élőhelyekről gyűjtötték össze, és legalább öt generáción keresztül nevelték őket, mielőtt kísérletekben felhasználták őket. A katicabogarakat ketrecekben (40 × 40 × 80 cm) nevelték. Madárcseresznye-zab levéltetvekből (Rhopalosiphum padi), zöld barack levéltetű (Myzus persicae), borsótetű (Acyrthosiphon pisum) és a virágzó fehér mustár pollenje (Sinapis alba). A levéltetveket meghatározott gazdanövényeken nevelték; R. padi árpán (Hordeum vulgare), M. persicae a repcemagon (Brassica napus), és A. pisum a babon (Vicia faba). A katicabogarakat ugyanolyan körülmények között nevelték, mint a tesztnövényeket. A kísérletekben résztvevő felnőttek 3-4 hetesek voltak. Rhopalosiphum padi A kísérletek során felhasznált zab cserepeken tenyésztették. A Belinda ugyanazon termesztési körülmények között, mint a fertőzött növények, de külön kamrában.

A levéltetvek és a lisztharmat által fertőzött növények

Árpa cv. Az Annabellt alkalmazták a kísérletekben, mivel megfigyelték, hogy a mezőn lisztharmattal fertőzött katicabogarak gyakoriak. A kétlevelű szakaszban cserepenként tíz növényt fertőztek meg R. padi (Növényenként 20 levéltetv). A fertőzés után hét nappal, amikor a levéltetvek száma növényenként 100 körül volt, a növényeket biológiai vizsgálatokhoz használták.

A lisztharmattal fertőzött növényeket úgy nyertük, hogy az árpa növényeket megfertőztük a kétlevelű szakaszban úgy, hogy a fertőzött növényeket az egészséges növények fölé ráztattuk. Hét nappal az oltás után, amikor elváltozások voltak láthatóak, a növényeket kísérleti célokra használták fel.

A levéltetvekkel és a lisztharmattal kezelt növényeket úgy nyertük, hogy növényenként 20 levéltetvet engedtek szabadon az előző napon lisztharmattal fertőzött növényeken. Hét nappal később a növényeket biológiai tesztekben használták. Mindegyik tíz növényt (kezelt vagy kontroll) egy edénybe egy plexi hengerbe (Ø 6,8 cm, magasság 32,8 cm, 2 mm vastagság) helyeztük, és a henger tetejét négyzet lisztharmattal szemben lezárt ruhával lezártuk, és egy gumiszalag.

Olfactometer biológiai vizsgálat

A katicabogár felnőttek szaglási reakcióit kétirányú légáramlásos szaglásmérővel mértük, amely két ingerzóna (kar) közül állt, közvetlenül egymással szemben, egy központi semleges zónával elválasztva őket (Ninkovic et al. 2001). A levegőt az olfaktométer közepéből vákuumszivattyú segítségével vonták le, és diszkrét légáramokat hoztak létre az oldalkarokban. Az olfaktométerben a levegő áramlását 180 ml/perc értékre állítottuk, a kar bemeneteinél lévő áramlásmérővel mérve. Az olfaktométer mindkét karját egy, a növényeket tartalmazó ketrechez kapcsoltuk. Három különböző rendszert hoztak létre (1) árpával, amelyet fertőzött R. padi az egyik ketrecben a másik ketrecben lévő egészséges árpa növényekkel szemben, (2) lisztharmattal fertőzött árpa az egészséges árpa növényekkel szemben, és (3) lisztharmattal fertőzött árpa szemben az árpával, R. padi. Egyetlen, nem meghatározása nélkül véletlenszerűen megválasztott katicabogarat vittek be az olfaktométerbe, és 10 perces adaptációs periódus után 20 percenként 2 percenként rögzítették helyzetét. A tesztelt egyedek száma kombinációnként 21 és 23 között változott. A 10 percnél hosszabb ideig mozdulatlan katicabogarakat eldobtuk. Minden katicabogarat csak egyszer teszteltek. Minden egyes vizsgált egyed után az olfaktométert 70% -os etanollal tisztítottuk.

A katicabogár túlélésének tesztje

A diéták katicabogár túlélésre gyakorolt hatását négy különböző kezeléssel vizsgálták: (1) lisztharmattal fertőzött növények, (2) R. padi, (3) lisztharmattal fertőzött és fertőzött növények R. padi, és (4) levéltetvek vagy lisztharmat nélküli kontroll növények. 7 napos kezelés után minden hengerbe egy katicabogarat vezettek be. A katicabogarak a növény közelében elhelyezett kis tartályban a vízhez kötött vattacsatlakozón keresztül jutottak vízhez. Minden harmadik napon 15 napos kísérleti periódus alatt vettünk fel élő vagy elhalt katicabogarakat. Az elhunyt katicabogarakat minden megfigyeléskor összegyűjtötték és -20 ° C-ra tették. A 15. napon még életben lévő katicabogarakat is - 20 ° C-ra tették. Az összes katicabogarat a béltartalom DNS-elemzéséig tartották ott.

DNS-extrakció és PCR

Az izolált béleket Eppendorf-csövekbe helyeztük, folyékony nitrogénnel gyorsfagyasztottuk, és steril mozsárral homogenizáltuk. A teljes DNS-t Qiacube automatizált extrakciós robot (Qiagen) segítségével extraháltuk QIAamp DNS mini készlet (Qiagen) felhasználásával. A PCR-t 25 reakció reakcióban Illustra PuReTaq Ready-To-Go PCR gyöngyökkel (GE Healthcare, Uppsala, Svédország) végeztük Chen és mtsai. (2015) primerek segítségével B. graminis BF-F1 (5′-AAGCTATGCGGAACTTCGTTT-3 ′) és BF-R (5′-TTAGGAGTTTTGGCAAGTCCC-3 ′). A PCR-program a következő volt: 94 ° C 5 percig, majd 35 ciklus [94 ° C 50 másodpercig, 68 ° C 50 másodpercig, 72 ° C 50 másodpercig], majd egy utolsó hosszabbítási lépés 72 ° C-on C 10 percig. Az amplifikációs termékeket Macrogen-ben (Dél-Korea) szekvenálták. 17 katicabogár izolált belét külön-külön DNS-sel extraháltuk, és PCR-rel elemeztük a jelenlétét B. graminis.

Statisztikai elemzések

Az olfactometer egyik vagy másik karján tett látogatások számát összehasonlítottuk Wilcoxon páros tesztekkel a SAS statisztikai csomagban, a Dell Statistica szoftverben (2015). A túlélési adatokat Kaplan és Meier (1958) által javasolt nem-parametrikus túlélési elemzési módszerrel elemeztük. A SAS (2014) csomag életvizsgálati eljárását alkalmazták. A következtetések a Log-rank teszten alapultak. A páros összehasonlításokat a multiplicitáshoz igazítottuk Bonferroni módszerrel. Az egyes időpontokban a túlélést összehasonlító teszteket pontos Chi-négyzet tesztként, azaz Chi-négyzet tesztként hajtottuk végre, ahol a p értéket randomizációs teszt módszerrel számoltuk, hasonlóan Fisher pontos tesztjéhez.

Eredmények

Katicabogár szagló válaszai

A stresszes növényekből (lisztharmattal fertőzött vagy levéltetvekkel fertőzött) felszabaduló szagok befolyásolták a C. septempunctata (1. ábra). A lisztharmattal fertőzött növények illata pozitív viselkedést váltott ki a katicabogaraktól a nem fertőzött kontrollok szagához képest (Wilcoxon-teszt: Z = 2,663, P = 0,0077, n = 21; ÁBRA. (1a) A szaga R. padi a fertőzött növények a katicabogarak pozitív viselkedési reakcióját is kiváltották a nem fertőzött növényekből felszabaduló szagokhoz képest (Wilcoxon-teszt: Z = 2,84, P = 0,0045, n = 23; ÁBRA. (1b). A katicabogár szaglási reakcióiban nem volt különbség, amikor választhattak a lisztharmattal fertőzött és a levéltetvekkel fertőzött árpa növények szaga között (Wilcoxon-teszt: Z = 0,243, P = 0,807, n = 22; ÁBRA. 1c).

A katicabogarak szagló válaszai, Coccinella septempunctata, különböző szagforrásokhoz: a lisztharmattal fertőzött növények és sértetlen növények kontrollként, b levéltetvekkel fertőzött növények és sértetlen növények kontrollként, és c lisztharmattal fertőzött növények és levéltetvekkel fertőzött növények. A dobozos és a bajuszos ábrák tíz megfigyelés után mutatják be a kar zónában tett látogatások összesített számát. Minden doboz az adatok középső 50% -át tartalmazza; a pont szimbólum a medián értéket jelöli. A bajusz (függőleges vonalak) jelzi a tesztelt rovar minimális vagy maximális látogatásának számát; n a tesztelt rovarok száma, P a Wilcoxon páros teszt segítségével kiszámított valószínűség

Katicabogár túlélése

Lisztharmat kimutatása katicabogár bélben

PCR-t alkalmaztunk a lisztharmat jelenlétének kimutatására katicabél belekben különböző étrendek után. Minden, kizárólag lisztharmattal táplálkozó katicabogárnak megfelelő méretű PCR-terméke volt B. graminis. Az öt éhezési kontroll közül az egyik a lisztharmat jelenlétét jelezte. Mindezeket a PCR termékeket szekvenálásra küldték, megerősítve, hogy lisztharmathoz tartoznak. Ezzel ellentétben a kizárólag levéltetvekkel táplált katicabogarak esetében nem nyertek PCR-termékeket, míg a lisztharmathoz és a levéltetvekhez egyaránt hozzáférhető katicabogaraknál csak egy gyenge PCR-terméket figyeltek meg (1. táblázat).

Vita

Összességében a tanulmány adatai és a helyszínen végzett megfigyelések azt mutatják, hogy a stresszes növényekből felszabaduló szagok mind a nem alapvető, mind az elengedhetetlen táplálékkal vonzhatják a katicabogarakat az élőhelyekbe. Az ilyen táplálkozási magatartás azt sugallja, hogy a katicabogarak változatos táplálékkal választanak egy etetési helyet, amely kiegyensúlyozott étrend révén növelheti túlélési arányukat.

Hivatkozások

Chen S, Cao YY, Li TY, Wu XX (2015) Három búza patogén gombafaj egyidejű kimutatása multiplex PCR-rel. Phytoparasitica 43: 449–460. https://doi.org/10.1007/s12600-014-0442-1

de Vos M, Jander G (2010) Illékony kommunikáció a növény és a levéltetvek interakcióiban. Curr Opin Plant Biol 13: 366–371. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2010.05.001

Dell Inc (2015) Dell Statistics, 13.dell.com verzió

Dicke M, Baldwin IT (2010) A növényevők által indukált növényi illékony anyagok evolúciós kontextusa: a „segítségért kiáltáson” túl. Trends Plant Sci 15: 167–175. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2009.12.002

Francis F, Lognay G, Haubruge E (2004) A levéltetű és a gazdanövény illékony kibocsátásaira adott szagló válaszok: (E) -β-Farnesene hatékony kairomon a ragadozó számára Adalia bipunctata. J Chem Ecol 30: 741–755. https://doi.org/10.1023/B:JOEC.0000028429.13413.a2

Gencer NS, Kumral NA, Seidi M, Pehlevan B (2017) A katicabogár bogár vonzási válaszai Hippodamia variegata (Goeze, 1777) (Coleoptera: Coccinellidae) szintetikus növényevők által indukált növényi illékony anyagok egyszeres és bináris keverékévé laboratóriumi vizsgálatok során. Török J Entomol 41: 17–26. https://doi.org/10.16970/ted.05956

Giorgi JA, Vanderberg NV, McHugh JV, Forrester JA, Slipinski SA, Miller KB, Shapiro LR, Whiting MF (2009) Az étkezési preferenciák fejlődése a Coccinellidae-ban. Biol Control 52: 215–231. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2009.05.019

Jamal E, Brown GC (2001) Orientation of Hippodamia konvergál (Coleoptera: Coccinellidae) lárvái illékony vegyi anyagokhoz társulnak Myzus nicotianae (Homoptera: Aphidiidae). Environ Entomol 30: 1012–1016. https://doi.org/10.1603/0046-225X-30.6.1012

Kaplan EL, Meier P (1958) Nonparametrikus becslés hiányos megfigyelésekből. J Am Stat Assoc 53: 457–481. https://doi.org/10.2307/2281868

Leschen RAB (2000) Bogarakkal táplálkozó bogarak (Coleoptera, Hemiptera). Ismételt váltások mikofág ősöktől. Gerinctelen Taxon 14: 917–929. https://doi.org/10.1071/IT00025

Li YY, Zhou XR, Pang BP, Han HB, Yan F (2013) Viselkedési válaszai Hippodamia variegata (Coleoptera: Coccinellidae) fertőzött növények illékony részeire Aphis gossypii (Hemiptera: Aphidae) és az illékony komponensek elemzése. Acta Entomol Sin 56: 153–160

Lundgren JG (2009a) A nem ragadozó ételek táplálkozási vonatkozásai a ragadozó Coccinellidae élettörténetében. Biol Control 51: 294–305. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2009.05.016

Lundgren JG (2009b) A természetes ellenségek és a nem zsákmányos ételek kapcsolata. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-9235-0

Ninkovic V, Al Abassi S, Pettersson J (2001) A levéltetvek okozta növényi illékony anyagok hatása a katicabogár bogarak keresési viselkedésére. Biol Control 21: 191–195. https://doi.org/10.1006/bcon.2001.0935

Ninkovic V, Al Abassi S, Ahmed E, Glinwood R, Pettersson J (2011) A fajon belüli növényi genotípus keveredésének hatása a polifág rovar ragadozó élőhely-preferenciájára. Oecologia 166: 391–400. https://doi.org/10.1007/s00442-010-1839-2

Ninkovic V, Dahlin I, Vucetic A, Petrovic-Obradovic O, Glinwood R, Webster B (2013) Volatile exchange between sértetlen növények - egy új mechanizmus, amely befolyásolja a rovarok orientációját az interroppingban. PLoS ONE 8: e69431. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0069431

Putman WL (1964) Néhány coccinellida (Coleoptera) előfordulása és tápláléka Ontario barackültetvényeiben. Can Entomol 96: 1149–1155. https://doi.org/10.4039/Ent961149-9

SAS (2014) csomag SAS Institute Inc. SAS/Stat felhasználói kézikönyv. 9.4 verzió. SAS Institute Inc., Cary

Sherratt TN, Speed MP, Ruxton GD (2004) A stat-függő takarmányozási magatartás által előidézett természetes szelekció kellemetlen fajokon. J Theor Biol 228: 217–226. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2003.12.009

Sutherland AM, Parrella MP (2009) Mycophagy in Coccinellidae: áttekintés és szintézis. Biol Control 51: 284–293. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2009.05.012

Tabata J, De Moraes CM, Mescher MC (2011) Lisztharmattal fertőzött növények szaglási jelzései irányítják a mikofág katicabogár bogár táplálkozását. PLoS ONE 6: e23799. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023799

Togni PHB, Venzon M, Muniz CA, Martins EF, Pallini A, Sujii ER (2016) Az aphidophagous coccinellid veleszületett vonzerejének alapú mechanizmusok a koriander növényekkel szemben: következmények a biológiai védekezés megőrzésére Biol Control 92: 77–84. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2015.10.002

Triltsch H (1997) Coccinella septempunctata (Coccinellidae ezredes). Entomophaga 42: 125–131. https://doi.org/10.1007/BF02769889

Triltsch H (1999) Az élelmiszer a bélben marad Coccinella septempunctata (Coleoptera: Coccinellidae) felnőttek és lárvák. Eur J Entomol 96: 355–364

Waldbauer GP, Friedman S (1991) A rovarok optimális étrendjének önválasztása. Annu Rev Entomol 36: 43–63

Weber DC, Lundgren JG (2009) A Coccinellidae trofikus ökológiájának értékelése: szerepük ragadozóként és zsákmányként. Biol Control 51: 199–214. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2009.05.013

Köszönetnyilvánítás

Ezt a tanulmányt néhai Jan Pettersson professzornak szentelték, kedvességéért, végtelen tudományos támogatásáért és önzetlenségéért, amelyekre mindig emlékezni fognak. A tanulmányt a Svéd Környezetvédelmi Kutatási Tanács (FORMAS) (Projektszám 2014-225) és a Szerb Köztársaság Oktatási, Tudományos és Technológiai Fejlesztési Minisztériuma (III. Projektszám 46008) és a Carl Tryggers Stiftelse támogatta. a Vetenskaplig Forskning számára (Projektszám 12: 333). Hálásan köszönjük Ulf Olsson professzornak a statisztikai támogatásért és dr. Dimitrije Markovic értékes megjegyzésekért.

Szerzői információk

Hovatartozások

Mezőgazdasági Kar, Belgrádi Egyetem, Zemun-Belgrád, Szerbia

Sejt- és Molekuláris Biológiai Tanszék, Uppsala Egyetem, Uppsala, Svédország

Ökológiai Tanszék, Svéd Agrártudományi Egyetem, Box 7044, 750 07, Uppsala, Svédország

Andja Radonjic, Olle Terenius és Velemir Ninkovic

A PubMed Google Scholar alkalmazásban is kereshet erre a szerzőre

Hozzájárulások

Az AR és a VN elkészítette és megtervezte a vizsgálatot; AR végzett kísérleteket; VN elvégezte az adatok statisztikai elemzését; AR és VN elkészítette a kéziratot; OT végzett DNS-elemzéseket; VN és OT véglegesítették a kéziratot. Minden szerző elolvasta és jóváhagyta a papírt.