Een samenwerkend team van onderzoekers van het Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences Department of Horticultural Sciences en het Department of Biology heeft een uniek systeem ontwikkeld voor het identificeren van waardplanten van crapemyrtle-schorsschaal, een insect dat planten vernietigt door zich te voeden met hun sap.

Het insect van de crapemyrtle-schorsschaal heeft zich in minder dan twee decennia verspreid naar 17 staten en vormt een aanzienlijke bedreiging voor de groene industrie door een ziekte met dezelfde naam te verspreiden.

Dankzij een uniek monitoringsysteem dat gebruikmaakt van een elektrische penetratiegrafiek, EPG en aangepaste software, heeft het team de noodzaak van intensieve kasstudies en dure arbeid vrijwel geëlimineerd. De studie is onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Insects .

Het werk heeft de interesse gewekt van vertegenwoordigers van de groene industrie die op zoek zijn naar een manier om de gelijknamige ziekte van het insect te dwarsbomen, waardoor de crapemyrtle-markt gehalveerd is. De verkopen van Crapemyrtle hebben volgens de onderzoekers een jaarlijkse economische waarde van $ 69,5 miljoen.

"Het is absoluut noodzakelijk om dit ongedierte te bestrijden, omdat het zich snel kan verspreiden en mogelijk een bedreiging vormt voor de groene industrie en het ecosysteem", zegt Bin Wu, Ph.D., die onlangs afstudeerde aan het tuinbouwwetenschappenprogramma en hoofdauteur van het onderzoek was.

Het onderzoeksteam omvat een samenwerking tussen de onderzoeksgroepen van Hongming Qin, Ph.D., universitair hoofddocent biologie, en Mengmeng Gu, Ph.D., voorheen bij de Texas A&M AgriLife Extension Service. Ze adviseerden tuinbouwonderzoekers Wu en Runshi Xie, Ph.D., ook een recent afgestudeerde. Elizabeth Chun, niet-gegradueerde onderzoeker bij de Texas A&M Department of Biology, en Gary Knox, Ph.D., specialist in milieutuinbouw en kwekerijgewassen bij de Universiteit van Florida, ronden het team af.

Het crapemyrtle-schorsschaalinsect is sluw. Het heeft lange monddelen die doordringen in spleten van de crapemyrtle-schors en heeft een waslaag op zijn rug waardoor hij insecticiden kan ontwijken die op boomschors worden gespoten. Ondertussen blijft het sap uit de plant zuigen en berooft het essentiële voedingsstoffen die nodig zijn voor plantengroei.

Van Chicago Hardy-vijgen tot sojabonen, de plaag zoekt een breed scala aan gastheren, waardoor de behoefte aan genezing nog groter wordt. "Ons onderzoek is om het gastheerbereik te achterhalen, of wat voor soort plantensoorten behalve crapemyrtle hieraan worden blootgesteld," zei Wu.

Het elimineren van dure arbeid

Het onderzoek begon in 2019, toen het team verschillende soorten crapemyrtle in een kas begon te testen op hun gevoeligheid. De eerste tests maakten gebruik van handenarbeid en duurden meer dan een half jaar. Op dat moment besloot het team dat er een efficiëntere en realtime methode nodig was.

Met behulp van het EPG-monitoringsysteem kon het team de sondeeractiviteiten van het insect in de plant volgen. De resultaten hielpen de onderzoekers meer te weten te komen over de interactie tussen het insect en de plant en een beter begrip te krijgen van mogelijke ongediertebestrijding. Dankzij de EPG-golfvormen konden de onderzoekers observeren welke voedingsstoffen de crapemyrtle-schorsschaalinsecten uit de plant halen.

"Door die observaties en het bepalen welke voedingsstoffen werden weggenomen, konden we overwegen welke de meest waarschijnlijke waardplanten waren," zei Wu.

Sommige insecten van de schorsschaal van crapemyrtle waren in staat om water te drinken, maar niet om andere voedingsstoffen te drinken om hun groei en ontwikkeling te ondersteunen. De planten waarop deze insecten werden gevonden, werden beschouwd als 'potentiële planten', wat betekent dat de schorsschaal een tijdje zou kunnen overleven en mogelijk de afweer van de plant zou kunnen afbreken om de planten als gastheer te dwingen.

Met behulp van EPG en het door Chun ontwikkelde softwaresysteem kon het team binnen enkele seconden de frequentie en relatieve amplitude voor elke EPG-golfvorm berekenen uit de meer dan 500 megabytes aan onbewerkte gegevens. Door het insectengedrag te bestuderen, krijgen onderzoekers een beter begrip van potentiële planten en aantrekkingskracht.

"We hadden een manier nodig om die gegevens te annoteren en Elizabeth Chun kwam in het project dat de programmering uitvoerde", zei Wu. "We werkten samen om het codeerwerk uit te zoeken om de computer te laten weten hoe de EPG-golfvormen moeten worden geëxtraheerd, hoe ze eruit zien, de duur van de golfvorm, enz. met behulp van deze software. Er zijn zowel online als downloadbare versies. niet online willen downloaden, kunnen ze op de link klikken om de online versie te gebruiken."

De software is open-source. Het project is al gepresenteerd op verschillende academische professionele bijeenkomsten, waaronder de American Society for Horticulture Science, de International Propagators Society en het Lone Star Horticulture Forum.

Na een presentatie op het Lone Star-forum in januari, een branchebijeenkomst, zei Wu dat enkele vertegenwoordigers van de groene industrie zeiden dat ze zouden kunnen samenwerken om hun planten te testen.

"Ze toonden hun interesse en daarom hebben we geen patent aangevraagd, we wilden dit delen met de academische wereld, het publiek en de industrie", zei hij.

Volgende stappen

Het onderzoeksteam wordt beschouwd als vroege pioniers in het onderzoek naar de schorsschaal van crapemyrtle. Xie heeft in de insectenbiologie gewerkt aan een project genaamd Life Table, een ecologisch hulpmiddel voor het bestuderen van de ontwikkeling en populatiedynamiek van verschillende organismen, wat nog niet eerder is gedaan voor de schorsschaal. Dit heeft geleid tot veel belangrijke ontdekkingen, zoals het paargedrag van het insect.

Xie zei dat schaalinsecten interessante soorten zijn met diverse genetische systemen, en sommige planten zich ongeslachtelijk voort.

"Het vrouwtje leidt een zeer sedentaire levensstijl," zei Xie. "Ze wachten min of meer op het mannetje, wat een vlieg is, om paringsgedrag aan te wakkeren. Om het mannetje een vrouwtje te laten vinden, moet het vrouwtje een geslachtsferomoon afgeven. Ons volgende onderzoeksproject zal uitzoeken welke verbindingen vrijkomen en hoe om ze te gebruiken om de paring te verstoren.

"Op dit moment is de bestrijding van dit insect het gebruik van systemische pesticiden. Maar de insecten worden beschermd door kalkaanslag, waardoor sproeien niet effectief is. Om chemisch te behandelen, moeten we de grond doordrenken om de chemicaliën in planten te brengen, en insecten voeden op het sap zal sterven. Deze praktijk is echter ook schadelijk voor bestuivers. Onze focus zal zijn om te zien of we nieuwe systemen kunnen bedenken die insecten bestrijden zonder al te veel afhankelijk te zijn van pesticiden."

Wu voegde eraan toe dat het werk omvat het vangen van de mannelijke insecten om het paringsgedrag te verstoren.

"We willen ook een cultivar nastreven die resistent is tegen de schaal van crapemyrtle-schors," zei Wu. "Momenteel ben ik bezig met het ontwikkelen van resistente, nieuwe cultivars en het werken met de industrie. Ze zijn een brug voor ons om te leren wat hun prioritaire behoeften zijn." + Verder verkennen

Gehele genoom van gewone bosplaag, Euraziatische sparrenschorskever, nu onthuld