JoVE Logo
저자
연락처

로그인

JoVE 비디오를 활용하시려면 도서관을 통한 기관 구독이 필요합니다. 전체 비디오를 보시려면 로그인하거나 무료 트라이얼을 시작하세요.

기사 소개

  • 요약
  • 초록
  • 서문
  • 프로토콜
  • 결과
  • 토론
  • 공개
  • 감사의 말
  • 자료
  • 참고문헌
  • 재인쇄 및 허가

요약

이 연구는 실험실 조건에서 벼를 먹고 있는 흰등식물매미에 대한 비선호 저항성을 평가하는 간단하고 실현 가능한 방법을 제시합니다. 흰등호퍼와 갈색 식물매미에 대한 저항성을 식별하는 현재 방법의 전략 및 구성 개선에 대해 논의합니다.

초록

곤충에 저항성이 있는 쌀 생식질 자원과 관련 유전자를 이용하는 것이 곤충에 저항성이 있는 품종을 육종하기 위한 일차적인 필요이지만, 벼의 곤충 저항성 표현형을 정확하게 식별하는 것은 매우 어려운 점입니다. 쌀의 곤충 저항성을 선별하기 위해 새로운 방법을 개발하거나 기존 방법을 개선하는 것이 시급합니다. 이 기사는 실험실에서 흰등식물매미( WBPH), Sogatella furcifera에 대한 벼의 비선호 유형 저항성을 평가하는 간단하고 실현 가능한 방법을 설명합니다. 성숙한 벼 식물을 먹거나 서식하는 성인 WBPH의 선호도는 쌍별 비교를 통해 지속적으로 분석됩니다. 벼 식물에 대한 WBPH의 동적 변화는 기록 및 저항성 식별 지표로 비교됩니다. 현재의 방법은 간단하게 작동할 수 있고 쉽게 관찰할 수 있으며 주기가 짧습니다. 이 방법의 사용은 갈색 planthopper (BPH), Nilaparvata lugens(Stål)와 같은 유사한 hemipterans의 섭식 및 산란 선호도를 조사하기 위해 확장될 수 있습니다.

서문

쌀은 세계 인구의 1/3 이상이 주식으로 섭취하고 있으며, 쌀의 90% 이상이 아시아에서 생산되고 소비됩니다 1,2. WBPH와 BPH는 쌀의 가장 파괴적인 해충이며 쌀 생산에 상당한 위협이 됩니다3. 비용과 환경의 관점에서 볼 때, 곤충 저항성 벼의 육종 및 적용은 식물 호퍼로 인한 피해를 통제하는 가장 효과적인 접근 방식입니다 4,5,6. 따라서 저항성 쌀 생식질 자원의 스크리닝은 곤충 저항성 쌀을 육종하기 위한 핵심 전제 조건입니다. 쌀 저항성 표현형 식별의 정확성은 표적 유전자의 미세 매핑 및 추가 기능 연구에 도움이 됩니다. 그러나 표현형 식별은 저항 메커니즘의 복잡성으로 인해 큰 어려움이 되었습니다. 해충에 대한 쌀의 저항성은 항생제, 내성 및 비선호7의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 각 유형은 해충에 대한 쌀의 저항 메커니즘의 다른 측면을 반영합니다. 현재 가장 널리 사용되는 식물 호퍼에 대한 내성을 스크리닝하는 방법은 표준 종자 상자 스크리닝 기법 (SSST)으로, 많은 수의 벼 식물의 표현형 저항성을 신속하게 식별하고 단시간에 후보 저항성 생식 질 라인을 얻는 데 사용할 수 있습니다8.

그러나 SSST 방법은 묘목 단계에서 벼의 저항성만 반영하며 내성 유형 저항성 메커니즘을 평가하는 데 더 효과적입니다. 곤충에 대한 쌀의 저항성은 애벌레 생존율, 애벌레 지속 시간, 알 부화율과 같은 항생제와 서식지, 먹이 주기, 산란 선호와 같은 비선호 물질에도 반영된다9. 또한, 저항성에 대한 벼 묘목의 성능은 종종 매우 안정적이지 않습니다. 식물의 성장과 함께 저항은 더 안정되는 경향이 있습니다. 따라서 SSST 방법은 쌀의 저항 수준을 완전히 반영 할 수 없습니다. 더욱이, 병충해에 대한 벼의 저항성은 성장 단계에 따라 다르며, 묘목과 성숙 식물 간의 저항성 메커니즘에는 명백한 차이가 있습니다. 연구에 따르면 성숙한 벼 식물은 곤충 해충에 의한 감염을 피하기 위해 휘발성 2 차 대사 산물을 방출 할 수 있으며, 이는 벼 식물의 먹이 또는 산란에서 곤충의 비 선택성에 의해 나타납니다10 , 11. 이것은 또한 곤충 해충을 예방하고 성숙 시 쌀 수확량을 보장하는 데 중요한 역할을 하는 매우 중요한 종류의 저항 메커니즘입니다.

현재로서는 비선호(nonpreferry)에 의한 쌀의 저항성을 식별하는 것은 여전히 어려운 과제입니다. 이 경우 현재 두 가지 주요 접근 방식이 사용됩니다. 한편으로는, planthoppers와 벼 식물은 정사각형 나일론 그물 케이지12에 넣어집니다. 이 접근 방식은 여러 벼 라인에서 동시에 실험을 수행하는 데 상대적으로 효율적인 것으로 간주되지만 더 큰 실험 공간이 필요하므로 불투명한 나일론 그물 재료로 인해 관찰 및 계산에 약간의 어려움을 겪습니다. 한편, Y-tube olfactometer 방법은 쌀에서 방출되는 휘발성 물질의 차이에 따라 곤충 선택 실험에 사용됩니다. 이 방법은 그것의 유리 용기(14)로 인해 쉽게 관찰할 수 있다. 이 방법의 주요 제한 요인 중 하나는 휘발성 냄새만 판단할 수 있고 실험 장치의 기밀성에 대한 요구 사항이 엄격하고 시간이 오래 걸린다는 것입니다.

여기에서는 작동이 간단하고 관찰이 쉬운 WBPH에 대한 벼 식물의 비선호 유형 저항성을 평가하기 위한 개선된 방법을 설명합니다. 이 방법은 또한 BPH 및 기타 반딧불 해충의 서식지, 먹이 및 산란 선호 행동을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

프로토콜

1. planthoppers, 벼 식물 및 폴리 염화 비닐 케이지의 준비

  1. 플랜트호퍼
    1. 곤충 방지 케이지에서 Taichung Native 1(TN1)이라는 감수성 벼 품종의 경운기에 WBPH를 기르고 여러 세대에 걸쳐 자연적으로 번식하도록 합니다. 추가 실험을 위해 새로 출현한 긴 날개를 가진 암컷 성체를 선택하십시오.
      참고: WBPH는 중국 농업 과학원 선전의 농업 유전체학 연구소에서 제공했습니다.
  2. 벼 식물
    1. 각 벼 라인의 씨앗을 물에 담그고 매개 변수를 28 ° C, 75 % -80 % 상대 습도 (RH)로 설정하고 발아까지 2 일 동안 14 시간 밝은 / 10 시간 어두운 주기로 온도 조절이 가능한 방에 넣습니다.
    2. 3-4cm 깊이의 논 흙으로 채워진 플라스틱 종자 상자 (20cm [길이] x 15cm [너비] x 10cm [높이])에 테스트 된 각 벼 라인의 발아 씨앗 30 개를 골고루 파종합니다.
    3. 고운 마른 토양의 얇은 층으로 씨앗을 덮으십시오. 그런 다음 마른 흙을 물로 적십니다.
    4. seedbox를 28 ° C에서 200 메쉬 방충 케이지 (75cm [길이] x 75cm [너비] x 75cm [높이])에 넣고 75 % -80 % RH 및 14 시간 라이트 / 10 시간 다크 사이클 처리. 토양을 촉촉하게 유지하기 위해 매일 물을 주십시오. 잎이 2-3개 자랄 때까지 7일 동안 식물을 계속 키웁니다.
    5. 비슷한 성장 잠재력을 가진 20 개의 묘목을 선택하고 묘목을 바닥에 구멍이있는 10cm 직경의 플라스틱 종자 화분 (화분 당 하나의 묘목)에 이식합니다.
    6. 28 ° C에서 28 ° C의 200 메쉬 곤충 방지 케이지 (75cm [길이] x 75cm [너비] x 75cm [높이])에 냄비를 놓고 75 % -80 % RH 및 14 시간 라이트 / 10 시간 다크 사이클 처리를합니다.
    7. 실험을 시작하기 48시간 전에 벼 식물을 하나의 경운기로 자릅니다.
  3. 원통형 폴리염화비닐 케이지
    1. 크기가 120cm x 90cm이고 두께가 0.5mm인 투명 폴리염화비닐(PVC)을 얻습니다.
    2. 높이 90cm, 지름 35cm의 원통형 구조로 만듭니다.
    3. 스테이플러를 사용하여 실린더의 양쪽 끝에서 겹침 영역을 고정합니다. 겹침 영역의 길이가 약 90cm, 너비가 약 10cm인지 확인합니다.
    4. 실린더 주변에서 전체 겹침 영역을 압력 감지 테이프로 밀봉합니다.
      알림: 원통형 케이지를 지면에 수직으로 배치할 수 있고 케이지와 지면 사이에 뚜렷한 틈이 없는지 확인하십시오.
    5. 각각 50cm x 50cm 크기의 200 메쉬 나일론 그물을 자릅니다. 다음 단계를 위해 충분히 준비합니다.
    6. 적절한 고무 밴드를 얻으십시오. 밴드가 수축될 때 직경이 약 1.5mm이고 둘레가 32cm 이상인지 확인하십시오.

2. 곤충 및 쌀 처리

  1. 28단계에서 설명한 대로 매개변수 설정이 있는 온도 조절이 가능한 방의 평평한 콘크리트 바닥에 직경 10cm, 높이 1.2.6cm의 둥근 플라스틱 트레이를 놓습니다.
    알림: 온실 바닥이 흙인 경우 가능한 한 평평한 표면을 찾아 트레이가 평평하게 놓이도록 하십시오.
  2. (1.2.7 단계에서) 다른 쌀 라인의 두 냄비를 선택하여 트레이에 나란히 넣고 플라스틱 트레이에 충분한 물을 채웁니다.
  3. 두 개의 테스트 냄비를 1.3.4단계에서 만든 원통형 케이지로 덮습니다.
  4. 케이지 위에 나일론 그물 한 조각(1.3.5단계)을 놓습니다.
    알림: 케이지에 있는 두 개의 밥 냄비는 그룹으로 사용할 수 있습니다. 각 그룹별로 15세트를 반복합니다. 밥솥을 위치와 방향에 무작위로 놓되 두 벼의 잎이 닿지 않도록 하십시오.
  5. 수제 흡입 트랩을 사용하여 새로 출현한 암컷 WBPH 성체 40명을 수집합니다(섹션 1.1 참조).
  6. WBPH 성인을 유리관(직경 2cm, 높이 15cm)에 넣고 스폰지 마개로 덮습니다.
  7. 나일론 그물의 모서리를 들어 올립니다(2.4단계 참조).
  8. 유리관에서 스폰지 마개를 제거하고 튜브를 케이지 중간 부분에 넣어 모든 WBPH를 해제합니다.
  9. 나일론 그물을 빠르게 덮고 고무 밴드를 사용하여 밀봉하여 WBPH가 빠져나가지 않도록 합니다(그림 1).

3. 기록 및 관찰

  1. 감염 후 3, 6, 24, 48, 72, 96 및 120시간에 각 벼 식물에 대한 WBPH의 분포를 관찰합니다.
  2. 투명 케이지를 통해 모든 방향에서 잎집과 잎을 포함한 다양한 벼 식물의 WBPH 수를 기록하십시오.
    알림: WBPH를 방해하지 않도록 관찰 과정에서 부드럽게 하십시오.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

결과

이 연구에는 세 가지 테스트 쌀 라인이 사용되었습니다. 쌀 라인 FY01은 WBPH에 취약하며 대조군으로 사용됩니다. Rice line HZ08 및 HZ06은 FY01의 배경에 따라 잠재적인 WBPH 내성 X1 유전자 및 X5 유전자가 각각 도입된 형질전환 라인입니다. 따라서 HZ08/HZ06과 FY01 사이의 쌀 저항성 비교는 해당 삽입된 유전자가 잠재적인 저항성 기능을 가지고 있는지 여부를...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

토론

성숙한 벼 식물은 휘발성 2 차 대사 산물을 방출하여 해충을 방제하거나 주요 저항성 메커니즘 인 잎 칼집 표면의 특수 물리적 구조를 통해 이러한 해충의 짝짓기 능력 (예 : WBPH)을 감소시킵니다13. 벼 식물에서 비선호는 먹이와 관련이 있을 뿐만 아니라 서식지 및 짝짓기와도 관련이 있습니다. 그러나 현재 연구는 유충 4,12

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

공개

저자는 공개할 내용이 없습니다.

감사의 말

저자는 흰등식물매미에게 먹이를 주고 벼를 재배해 준 Lang Yang 박사에게 감사하고 있습니다. 이 작업은 선전시 Dapeng New District의 산업 개발을 위한 특별 기금(보조금 번호)의 지원을 받았습니다. KY20180216 및 KY20180115).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

자료

NameCompanyCatalog NumberComments
climate-controlled roomNingbo Jiangnan Instrument FactorySZJYS2013temperature, relative humidity, photoperiod control
glass tube with sponge stopper//diameter 2 cm and height 15 cm
handmade suction trap///
insect-proof cage //200-mesh, (L × W × H, 75 × 75 × 75 cm)
Nylon net//200 mesh
paddy soil///
plastic seed box // (L × W × H, 20 × 15 × 10 cm)
plastic seed pot//10-cm-diameter
plastic tray// (D × H, 28  × 10 cm)
rice seed of FY01 line//60 seeds
rice seed of HZ06 line//30 seeds
rice seed of HZ08 line//30 seeds
rice seed of TN1 variety//many
Rubber band//diameter is 1.5 mm, and the circumference is 32 cm
scotch tape///
SPSS Statistics 19.0IBM Corporation/statistical data analysis
stapler///
transparent PVC //120 cm × 90 cm dimensions and thickness of 0.5 mm

참고문헌

  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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

재인쇄 및 허가

JoVE'article의 텍스트 или 그림을 다시 사용하시려면 허가 살펴보기

허가 살펴보기

더 많은 기사 탐색

Sogatella furcifera

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

개인 정보 보호

이용 약관

정책

연락처

사서에게 추천하기

JoVE 뉴스레터

연구

교육

저자

사서

JoVE 소개

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. 판권 소유