Резюме

Заден план

Растенията могат да реагират на нападения от насекоми чрез защитни механизми, които намаляват производителността на насекомите. В това проучване изследвахме ефектите от няколко обработки, приложени върху два генотипа царевица (един устойчив, един податлив) върху последващия растеж и оцеляване на Sesamia nonagrioides Ляво. (Средиземноморска царевица, MCB) ларви. Леченията бяха заразяване с ларви на MCB, прилагане на MCB регургитант при раняване, само раняване или излагане на метил жасмонат и те бяха приложени на етапа V6-V8 от развитието на царевицата. Също така наблюдавахме промените в концентрациите на съединения, за които е известно, че участват в конститутивна резистентност, като свързани с клетъчната стена хидроксицинамати и бензоксазиноиди.

Резултати

И при двата царевични генотипа листата на растенията, предварително заразени с ларви на MCB, са по-малко подходящи за развитие на ларви, отколкото тези от нетретирани растения. Прилагането на MCB регургитант при нараняване и самото нараняване води до това, че листните тъкани стават по-малко подходящи за растеж на ларви от тези на предварително заразените растения, което предполага, че може да има свързани с тревопасни животни ефекторни молекули, които потискат някои реакции на раняване. Изглежда, че еднократно приложение на MCB регургитант имитира хранене от ларви на MCB, въпреки че резултатите предполагат, че регургигантът, депозиран по време на хранене, може да има засилен синтез на ферулати и диференцира в заразените срещу контролните растения. Язмоновата киселина може да играе роля в медиирането на отговора на царевицата при атака на MCB, но тя не предизвиква натрупване на хидроксицинамат в листата до ниво, сравнимо с нивото, предизвикано от храненето на личинките. Генотипът на царевицата EP39 показва увеличение на здравината на клетъчната стена на листата чрез увеличаване на омрежването на хемицелулоза в отговор на атака на MCB, докато индуцираните защитни сили в растенията EP42 изглежда отразяват по-широк спектър от механизми на резистентност.

Заключения

Резултатите показват, че храненето на листа от ларви на MCB може да увеличи антибиозата на листата срещу MCB при два генотипа на царевица с контрастни нива на резистентност срещу този сондаж. Също така, личиночният регургитант изигра положителна роля за предизвикване на защитен отговор. Определихме ефектите от реакцията на растението върху растежа на ларвите и открихме защитни съединения, свързани с устойчивостта на бурите.

Заден план

Средиземноморската царевица (Sesamia nonagrioides Lef., MCB) е основният вредител по царевицата в района на Средиземно море [1, 2]. В Испания първото поколение MCB ларви атакува царевичните растения в ранен стадий на развитие и се храни с листа, а второто и следващите поколения се хранят предимно с корените [3]. Няколко проучвания са фокусирани върху идентифицирането на съставни химични съединения в царевицата, които участват в резистентност към MCB, а най-добрите кандидати са бензоксазиноидите и хидроксицинаматите [4, 5].

Общата цел на това проучване беше да разшири знанията си за факторите, участващи в задействането и сигнализирането на отговора на царевицата към MCB атака от първо поколение, да определи дали конститутивните метаболити на резистентност реагират на MCB атака от първо поколение и да оцени дали индуцираният отговор увеличава устойчивостта на листа към MCB. Конкретните цели бяха следните: 1) да се определи дали отговорът на хранене на листа от ларви на MCB увеличава антибиозата на листата срещу MCB при два генотипа на царевица с контрастни нива на резистентност срещу MCB; 2) да се определи дали регургитантът на MCB има роля в предизвикването на този отговор; 3) да се установи дали MeJA функционира като посредник при отговора на царевицата; и 4) за оценка на ефекта от няколко лечения (хранене от ларви на MCB, излагане на MeJA и прилагане на MCB регургитант при раняване) върху метаболити, за които е известно, че участват в конститутивна резистентност към атака на MCB.

Резултати

Биоанализи за хранене без избор

царевичните

Растеж на ларви в средиземноморския кронбур (MCB) в биологични анализи, които не се избират. Регресионни криви на теглото на ларвите на MCB, хранени с листа от царевични растения EP39 и EP42, предварително заразени с ларви на MCB, ранени, третирани с MCB регургитант при нараняване, изложени на метил жасмонат (MeJA) или необработени (контрол) с течение на времето. Биоанализите са започнати 2 дни след лечението (dat)

Кривите на преживяемост на ларвите се различават значително при леченията, когато ларвите се хранят с листа от EP42 (log-rank тест, стр = 0,02), но не и когато са били хранени с листа от EP39 (log-rank тест, стр = 0,34) (Таблица 2). Раняването е единственото лечение, което значително намалява преживяемостта на ларвите, хранени с EP42 листа, в сравнение с контролните растения (стр Таблица 2 Преживяемост на личинките на средиземноморски царевица в непрофесионални биологични анализи

Концентрации на хидроксицинамати на клетъчната стена и концентрации на DIMBOA в листата на царевицата

След това определихме дали хранене на листа от ларви на MCB, раняване, нараняване + MCB регургитант или излагане на MeJA засегнати клетъчни стени, свързани с хидроксицинамати и концентрации на DIMBOA в листата. Концентрациите на стрCA, FA, общо DFA (DFAT) и DIMBOA в листата на третирани и контролни растения бяха сравнени при 2 и 15 dat. Подхранването на листа от ларви на MCB води до значително повишено съдържание на FAs, свързани с клетъчната стена и DFAT в листата на EP39 и EP42 при 2 dat (стр Фиг. 2

Концентрации на хидроксицинамат на клетъчната стена и 2,4-дихидрокси-7-метокси-1,4-бензоксазин-3-он (DIMBOA) в листата на царевица. Средна концентрация на свързани с клетъчната стена хидроксицинамати и DIMBOA (μg/g сухо тегло) в листата на царевичните инбредни EP39 и EP42 при 2 (а) и 15 (б) дни след заразяване с (dat) с ларви на средиземноморски царевица (MCB) (I), раняване (W), раняване + прилагане на регургитант MCB (R), излагане на метил жасмонат (MeJA) и без лечение (C). стрСА, р-кумарат; FA, ферулат; DFAT, общо дифурира

Открихме DIMBOA в третирани и контролни листа при 2 dat и само лечението с MeJA увеличи концентрацията на DIMBOA до ниво, по-високо от това в контролата. Лечението на рани, рани + регургитация и инвазия доведе до намаляване на съдържанието на DIMBOA (стр > 0,05). Тези противоположни промени в съдържанието на DIMBOA между заразени/ранени растения и третирани с MeJA растения доведоха до значително различни концентрации на DIMBOA в растения EP39 (стр

Дискусия

Резултатите от биоанализа показват, че HAMPs не присъстват в MCB регургитант, но предполагат, че тревожноядни асоциирани ефекторни молекули могат да присъстват в някои други MCB секрети, тъй като ранените и MCB regurgitant + наранявания водят до по-нисък растеж на ларви, отколкото действителната растителност. Това може да означава, че ларвите на MCB частично противодействат на реакциите на растенията на механични повреди, правейки нападнатите листа по-малко вредни за консумация, отколкото механично ранените листа. Понастоящем се изучават слюнчените и фрасинговите ефектори при други видове Lepidoptera, които нарушават сигнализацията на растителната защита [27, 39–41]. Освен това спекулираме, че възможните ефектори, присъстващи в MCB фрас или слюнка, могат да потиснат част от защитата срещу царевица срещу MCB атака, медиирана от жасмонова киселина, както се съобщава за царевицата -S. frugiperda взаимодействие [40]. Това частично потискане на защитните сили обаче ще зависи от генотипа на царевицата, тъй като лечението с MeJA и инвазията има сходни ефекти върху антибиозата на листата на EP42, но MeJA и лечението на рани имат подобни ефекти върху антибиозата на листата на EP39. В EP39 комбинацията от рани MeJA + намалява растежа на ларвите повече, отколкото лечението на инвазията.

Повишеното ферулоилиране и омрежването на полимери чрез хранене на насекоми може да укрепи клетъчната стена на листата. Очаква се това подсилване да възпрепятства активността на ензимите, разграждащи клетъчната стена, и да повлияе на достъпността и усвояемостта на растителните тъкани, а оттам и на ефективността на ларвите [8, 43]. Независимо от това, след заразяването значителната разлика в съдържанието на хидроксицинамат между генотипите (по-висока в EP39, отколкото в EP42) при 15 dat не е свързана със значителна разлика в антибиозата срещу MCB. Следователно, други механизми, индуцирани от нападение от насекоми, освен индуцирането на хидроксицинамат и метаболизма на DIMBOA, могат да бъдат включени в намаляването на ефективността на насекомите върху листата на ЕР42.

Заключения

И при двата царевични генотипа отговорът на листата на заразяване с MCB забавя растежа на ларвите на MCB, но едва засяга оцеляването на ларвите. При царевицата, MCB регургитантът може да играе роля за предизвикване на натрупване на DFAT, но свързани с тревопасни животни ефекторни молекули, които потискат някои реакции, предизвикани от нараняване, също могат да участват във взаимодействието между царевица и MCB. В линията на царевицата EP39 растенията укрепиха листните си клетъчни стени чрез включване на хидроксицинамати и увеличаване на омрежването на хемицелулоза в отговор на MCB атака, докато индуцираните защитни сили в линията EP42 изглежда отразяват по-широк спектър от механизми на резистентност.

Методи

Отглеждане на насекоми и събиране на регургитант

Ларвите на MCB са получени от колонията, отглеждана в насекомия на Misión Biológica de Galicia-CSIC (Испански национален изследователски съвет). Ларвите от втора възраст (с тегло 1–2 mg и приблизително 5 mm телесен размер) са хранени с изкуствена диета на основата на царевица и след това гладуват в продължение на 24 часа преди биоанализи за изкуствено заразяване, растеж и оцеляване. MCG регургитантът е събран от ларви от 4-та до 5-та възраст, предварително хранени с тъкан от царевица в продължение на най-малко 48 часа. Ларвите бяха охладени на лед и обездвижени. Когато ларвите се върнаха до стайна температура, те бяха изцедени, докато регургитантът беше изгонен. Регургитант от 50 ларви (приблизително 300 μl) се смесва със 150 μl 0,1 М разтвор на фосфатен буфер (PBS) и се замразява. Тази смес се прилага върху растения веднага след раняване, както е описано по-долу.

Растителни материали и приложения за третиране

Биоанализи за хранене без избор

Анализът за неподходящо хранене се използва за оценка на ефектите от различни растителни обработки върху последващото развитие и оцеляване на ларвите на MCB, отглеждани върху листа от предварително кондиционирани растения. Два дни след прилагането на обработките, първоначалните ларви на MCB първоначално се претеглят и се поставят в плочки с много ямки върху дискове с пресни листа. Двадесет ларви на лечение и генотип бяха тествани в два екземпляра (т.е., н = 80 ларви на третиране) и се поддържат в камера за растеж при контролирани условия на температура и влажност (22 ° C, 80% RH) при 16 L: 8D фотопериод. На всеки 2-3 дни на ларвите се предоставяха нови свежи листни дискове. Теглото на личинките и данните, свързани с умрели и изчезнали ларви, са регистрирани на 6, 8, 10, 13 и 15 dat.

Беше извършен анализ на повторно измерване, за да се тестват разликите за тежести на ларвите, използвайки процедурата PROC MIXED на софтуера SAS (SAS Institute, Inc., Cary, NC, USA) [47, 48]. Първоначалното тегло на ларвите беше включено като ковариант, генотипът беше зададен като случаен фактор и беше избрана авторегресивна ковариационна структура от първи ред (AR-1) в корелацията между субекта. Първоначалното тегло на ларвите се изважда от теглото на ларвите във всяка времева точка във всяко третиране и генотип, а показаните стойности са средно най-малко квадратни (LS). Линейни и квадратични коефициенти за регресия на теглото на ларвите във времето са получени за всяка комбинация лечение-генотип. В рамките на всеки генотип кривите на растеж на ларвите бяха сравнени между двойки обработки, като се направиха ортогонални контрасти между параметрите на регресия на двете обработки (прихващане, линейни и квадратични компоненти) (стр ≤ 0,05) [48, 49]. Процедурата PROC LIFETEST на SAS е използвана за тестване на разликите в преживяемостта на ларвите сред лечения в рамките на същия генотип, използвайки метода на Kaplan – Meier [47]. Смъртта на ларви беше важно събитие и беше регистриран брой изчезнали и живи ларви в края на биоанализа. Хомогенността на разпределението на оцеляването беше тествана с помощта на log-rank тест (стр ≤ 0,05).

Количествено определяне на свързаните с клетъчната стена хидроксицинамати и бензоксазиноиди