Molecular mechanism of reproductive isolation of Bemisia tabaci species complex is for plant protection and quarantine services

Shunxiao, Liu; Шунсяо, Лю

Molecular mechanism of reproductive isolation of Bemisia tabaci species complex is for plant protection and quarantine services

Shunxiao, Liu; Шунсяо, Лю

URI: https://repo.snau.edu.ua:8080/xmlui/handle/123456789/11241

Date: 2023

Abstract:

Bemisia tabaci (Gennadius) intensively inhabits tropical, subtropical and adjacent temperate regions, distributed in different countries and regions such as South America, Europe, Africa, Asia and Oceania. This species is a serious invasive pest, causing significant damage to plants, reducing crop yields during its infestations. It is an important object of research in modern agriculture. Studying the heat resistance of B. tabaci is important because air temperature has a significant impact on the morphology and stressors that affect this pest. Biologically active substances, such as heat stress proteins (HSPs), play an important function in the adaptation of organisms to changes in temperature. High temperature can cause a stress response and affect the rate of development and reproduction of B. tabaci, and therefore understanding the role of HSPs becomes critical. In this study, RACE technology and insect ecology technology were used to reveal the effects of different temperatures on the expression of heat shock protein and the growth and development characteristics of B. Tabaci. The control effects of different chemical treatments on B. tabaci were clarified. The results are as follows: 1. Through RACE technology, a part of the hsf1 gene sequence (about 900bp) of B. tabaci was amplified. The DNAMAN software analysis and verification showed that the amplified gene sequence conforms to the relevant characteristics of hsf1, and the similarity with the conserved gene sequence of hsf1 reaches 66.55%, which can be used for fluorescence quantitative verification. The Blast function was performed on the sequenced results. After the alignment, the homologous genes with high similarity were searched and downloaded, and then the full-length sequence was assembled using the Sequence Assembly function of the DNAMAN software, and the full-length hsp60 was electronically cloned to about 2349 bp. The full-length cDNA of B. tabaci hsp60 was obtained by homologous cloning and electronic splicing clone verification technology. The full-length cDNA of Hsp60 gene of B. tabaci and its predicted amino acid sequence has a 1372 bp open reading frame (ORF), which can encode 608 amino acids. The isoelectric point is predicted to be 9.28 and the protein molecular weight is about 49446 Da. The 5'UTR of the gene contains 145 bp, and the 3'UTR contains 840 bp. 2. The effects of different temperatures on the growth and development of B. tabaci. The temperature has a significant effect on the development process of each insect state of B. tabaci. The experiment shows that the treatment of B. tabaci in the range of 7-39℃ has an effect on the hatching rate of eggs and adult reproduction. There were significant differences in the mortality rate of B. tabaci in different temperature conditions. The test showed that B. tabaci had nearly zero death when the optimum temperature was 26℃. There was no significant difference between male and female adults at 37℃and 39℃. Temperature has a great influence on the reproduction of B. tabaci adults, and the sex ratio of male and female adults is different at different temperatures. The research results show that high temperature leads to a decrease in the reproductive fitness of B. tabaci (reduced egg production), which will affect the survival of the offspring of the population scale. High temperature may shorten the lifespan of B. tabaci female adults and reduce the number of matings, thereby reducing the fertilization rate of female adult eggs and increasing the proportion of male offspring. 3. The expression levels of Hsf1 regulatory factors in B. tabaci were significantly different at 9℃(P<0.05), while the expression differences at other different temperatures were not significant. Overall, different high and low temperature treatments had no significant effect on the expression of Hsf1. The highest expression temperature of Hsp60 in B. tabaci is around 25℃. There was no significant difference in the expression of Hsp60 in B. tabaci at different temperatures, and only significant difference was found in the expression at 7℃and 41℃ (P<0.05), and at 13℃compared with other temperatures (P<0.05). Overall, different high and low temperature had no obvious effect on the expression of Hsp60. 4. According to the comparison of the expression levels of Hsf1 regulator and Hsp 60 gene in B. tabaci at different temperatures, it can be seen that the two genes have obvious expression at low temperature, but there is no significant expression at high temperature. B. tabaci biotype B has a wide temperature ecological range. At the same time, it can be seen that the expression of Hsf1 is positively correlated with the expression of Hsp 60, and they are induced at low temperature at the same time, This can clearly show that Hsp 60 gene plays an induced protective role through Hsf1 regulatory factors. It provides a reference for studying the population expansion of other invasive species. 5. Generally, after the outbreak of B. tabaci, the virus transmitted by it will occur greatly. These viruses can cause severe damage by causing leaf curling, dwarfing plants and fruit abortion. In order to screen out high-efficiency pesticides for controlling B. tabaci on tomato, a single foliar spray of 10 pesticides was used to carry out control experiments at the initial stage of the occurrence of B. tabaci, and a survey of the control effect was carried out 1, 3, and 7 days after the treatment. The results showed that the best effect of treatment F on B. tabaci 1 day after treatment was 41%, which was significantly higher than that of other test reagents, and none of the treatment reagents showed good quick-acting effects. Three days after treatment, treatment C had the best control effect on B. tabaci at 72%, and treatments I and G had the worst effect at 62%. The best control effect of J treatment 7 days after the drug is 86%, which is significantly higher than other test reagents. In the three field surveys conducted on October 13 to 20, 2020, there was no phytotoxicity, which is safe for tomatoes. In the field control process, we can choose 20% Mevirpirazone suspension concentrate, which can be used in combination with 22.4% Spirotetramat suspension concentrate and 5% Diprofen dispersible concentrate to achieve better control effect. We can select to use in facility vegetables.

Description:

Bemisia tabaci (Gennadius) інтенсивно поширений у тропічних, субтропічних та прилеглих до них регіонах. Окрім того, шкідник розповсюджений в різних країнах, таких як Південна Америка, Європа, Африка, Азія тощо. Цей вид є серйозним інвазійним шкідником, що завдає значної шкоди рослинам, знижуючи врожайність сільськогосподарських культур. Ентомофаг є важливим об'єктом досліджень у сучасному сільському господарстві. Вивчення стресостійкості B. tabaci є важливим, оскільки температура повітря має значний вплив на морфологію та стресові фактори, які впливають на цього шкідника. Біологічно активні речовини, такі як білки теплового стресу (HSP), відіграють важливу функцію в адаптації організмів до змін температури. Висока температура може викликати стресову реакцію і впливати на швидкість розвитку та розмноження B. tabaci, а тому визначення ролі HSPs стає нині критично важливим. У нашому дослідженні було використано технологію RACE та технологію екології комах для виявлення впливу різних температур на експресію білка теплового шоку та характеристики росту і розвитку B. tabaci. Було з'ясовано вплив ефектів різних хімічних обробок на B. tabaci. У результаті проведених досліджень було отримано наступні результати: 1. За допомогою технології RACE було ампліфіковано частину послідовності гена hsf1 (близько 900 п.н.) B. tabaci. Аналіз та верифікація за допомогою програмного забезпечення DNAMAN показали, що ампліфікована послідовність гена відповідає характеристикам hsf1, а схожість з природною послідовністю гена hsf1 досягає 66,55%, що може бути використано для кількісної флуоресцентної верифікації. До секвенованих результатів було застосовано функцію Blast. Після вирівнювання було здійснено пошук гомологічних генів з високою подібністю, а потім повнорозмірну послідовність було зібрано за допомогою функції Sequence Assembly програмного забезпечення DNAMAN, і повнорозмірний hsp60 було електронно клоновано до довжини приблизно 2349 п.н. Повнорозмірну кДНК hsp60 B. tabaci було отримано за допомогою технології гомологічного клонування та верифікації клонів електронним сплайсингом. Повнорозмірна кДНК гена Hsp60 B. tabaci та її передбачена амінокислотна послідовність має відкриту ділянку зчитування (ORF) довжиною 1372 п.н., яка може кодувати 608 амінокислот. Ізоелектрична точка прогнозується на рівні 9,28, а молекулярна маса білка становить близько 49446 Da. 5'UTR гена містить 145 п.н., а 3'UTR – 840 п.н. 2. Вплив різних температур на ріст і розвиток B. tabaci. Температура має значний вплив на процес розвитку кожної стадії B. tabaci. Експеримент показав, що обробка B. tabaci в діапазоні 7-39℃ впливає на швидкість вилуплення яєць та розмноження імаго. Були виявлені значні відмінності за рівнем смертності B. tabaci в різних температурних умовах. Тест показав, що B. tabaci мав майже нульову смертність при оптимальній температурі 26℃. Не було суттєвої різниці між дорослими самцями та самками при температурі 37℃ та 39℃. Температура має великий вплив на розмноження імаго B. tabaci, а співвідношення статі самців і самок відрізняється при різних температурах. Результати дослідження показують, що висока температура призводить до зниження репродуктивної здатності B. tabaci (зменшення кількості яєць), що вплине на виживання потомства в масштабах популяції. Висока температура може скоротити тривалість життя імаго B. tabaci і зменшити кількість спарювань, тим самим знижуючи рівень запліднення яєць імаго і збільшуючи частку нащадків чоловічої статі. 3. Показники експресії регуляторних факторів Hsf1 у B. tabaci суттєво відрізнялися при 9℃ (P<0,05), тоді як відмінності в експресії при інших температурах були несуттєвими. Загалом, різні високотемпературні та низькотемпературні обробки не мали суттєвого впливу на експресію Hsf1. Найвища температура експресії Hsp60 у B. tabaci становить близько 25 ℃. Не було виявлено суттєвої різниці в експресії Hsp60 у B. tabaci при різних температурах, і лише достовірну різницю було виявлено в експресії при 7℃ і 41℃ (P<0,05), а також при 13℃ порівняно з іншими температурами (P<0,05). Загалом, різні високі та низькі температури не мали очевидного впливу на експресію Hsp60. 4. Порівняння рівнів експресії регулятора Hsf1 та гена Hsp 60 у B. tabaci за різних температур показує, що обидва гени мають очевидну експресію за низьких температур, але не мають значної експресії за високих температур. Біотип B у B. tabaci має широкий температурний екологічний діапазон. У той же час видно, що експресія Hsf1 позитивно корелює з експресією Hsp 60, і вони індукуються при низькій температурі одночасно, Це може чітко показати, що ген Hsp 60 відіграє індуковану захисну роль через регуляторні фактори Hsf1. Це дає підстави для вивчення розширення популяцій інших інвазивних видів. 5. Як правило, після зараження B. tabaci вірус, що переноситься ним, набуває значного поширення. Ці віруси можуть завдати серйозної шкоди, викликаючи скручування листя, карликовість рослин і відмирання плодів. З метою підбору високоефективних пестицидів для боротьби з B. tabaci на томаті, проведено контрольні досліди на початковій стадії появи B. tabaci. У досліді використовували одноразове позакореневе обприскування 10 пестицидами, а через 1, 3 і 7 днів після обробки проводили контрольне обстеження. Результати показали, що найкращий ефект від препарату F на B. tabaci через 1 день після обробки становив 41%, що було значно вище, ніж у інших тестових препаратів, і жоден з них не показав хороших швидкодіючих ефектів. Через три дні після обробки препарат С мав найкращий контрольний ефект щодо B. tabaci – 72%, а препарати I та G мали найгірший ефект – 62%. Найкращий контрольний ефект препарату J через 7 днів після обробки становить 86%, що значно вище, ніж у інших тест-препаратів. У трьох польових дослідженнях, проведених з 13 по 20 жовтня 2020 року, не було виявлено фітотоксичності, що є безпечним для томатів. У процесі польового контролю ми можемо вибрати 20% концентрату суспензії Mevirpirazone, який можна використовувати в поєднанні з 22,4% концентратом суспензії Spirotetramat та 5% дисперсного концентрату Diprofen для досягнення кращого контрольного ефекту. Ми можемо рекомендувати для використання таку схему застосування препаратів на овочевих культурах.

Show full item record