The impact of two root‐symbiotic fungi ontomato plant indirect defense against Spodoptera exigua herbivory

Medientyp: E-Book; Hochschulschrift

Titel: The impact of two root‐symbiotic fungi ontomato plant indirect defense against Spodoptera exigua herbivory

Beteiligte: Chang, Dongik [VerfasserIn]; van Dam, Nicole M. [AkademischeR BetreuerIn]; Franken, Philipp [AkademischeR BetreuerIn]

Körperschaft: Friedrich-Schiller-Universität Jena

Erschienen: Jena, December 2021

Umfang: 1 Online-Ressource (59 Seiten); Illustrationen, Diagramme

Sprache: Englisch; Deutsch

Identifikator:

Schlagwörter: Biodiversität > Tomate > Zuckerrübeneule > Pflanzenschutz

Entstehung:

Hochschulschrift: Masterarbeit, Friedrich-Schiller-Universität Jena, 2021

Anmerkungen: Abschluss: 14.12.2021
Zusammenfassungen in deutscher und englischer Sprache

Beschreibung: Durch die sorgfältige Integration mehrerer Pest-Management-Maßnahmen (IPM) soll der schädliche Einfluss von Pestiziden verringert und die Biodiversität gesichert werden. Es ist wichtig, die Abwehrmechanismen der Pflanzen zu verstehen, um nachhaltige IPM zu erreichen. Darüber die durch metabolomische Veränderungen beeinflussten Interaktionen der Pflanzen mit umgebenen Organismen sind dabei von besonderer Bedeutung. Im Mittelpunkt steht dabei, ob die häufig verwendeten symbiotischen Wurzelpilze die Induzierte-Systematische-Resistenz (ISR) erhöhen können. Das bisherige Wissen beschränkt sich allerdings auf wenige spezialisierte Pflanzenfresser und deren Feinde. Daher zielte meine Studie darauf ab, die Veränderungen der flüchtigen Blattduftstoffe und Transkripte von Tomatenpflanzen zu untersuchen, die mit S. exigua befallen sind. Die Studie konzentrierte sich auf die Wirkung zweier wurzelsymbiotischer Pilze, R. irreguläris und T. harzianum, auf die Induktion der indirekten Abwehr. Um die Wirkung dieser Veränderungen auf die Anziehung von Insektenfressern zu bewerten, führte ich außerdem Olfaktometer-Bioassays mit M. pygmaeus durch, einem allesfressenden Insektenfressern zahlreicher Schadinsekten. Für ein Gewächshausexperiment züchtete ich Tomatensetzlinge, die mit kommerziellem R. irreguläris-Inoculum oder dem Laborstamm T. harzianum T-78 beimpft wurden, und nicht beimpfte Setzlinge für vier Wochen. Nachdem ich die Pflanzen 24 Stunden lang mit Larven von S. exigua im 3. Larvenstadium herausgefordert hatte, fing ich flüchtige Blattduftstoffe mit Silikonröhrchen ein und sammelte Blätter für die RNA-Extraktion. Anschließend wurden Profile von den flüchtigen Blattbestandteilen mittels GC-MS analysiert und die JA-/SAbezogene Genexpression mittels RT-qPCR gemessen. Darüber hinaus ließ ich weibliche M. pygmaeus durch ein Y-förmiges Röhrchen zwischen zwei Geruchsquellen wählen und analysierte die Bevorzugung von HIPVs von mit Mikroben inokulierten Tomatenpflanzen. Clustering-Analysen ergaben, dass mikrobielle Symbiosen zu deutlichen Veränderungen der Profile von den flüchtigen Blattbestandteilen nach S. exigua-Herbivoren führten. Im Gegensatz dazu zeigten differentielle Genexpressionsanalysen eine Suppression durch beide Symbionten in einigen JA-assoziierten Genen, während das SAMT-Gen eine leichte ISR in mit T. harzianum inokulierten Pflanzen bei Herbivorie zeigte. Die von M. pygmaeus getroffene Auswahl war bei mit R. irreguläris beimpften Pflanzen-HIPVs signifikant höher als bei nicht beimpften Pflanzen, und mit T. harzianum beimpfte Pflanzen waren für Insektenfressern attraktiver als mit R. irreguläris beimpfte Pflanzen. Diese Ergebnisse weisen gemeinsam darauf hin, dass die mikrobiellen Symbionten eine höhere indirekte Abwehr induzieren können, indem sie die Phytohormon-Signaltransduktion und die flüchtige Emission modulieren. Die Diskrepanz in den Ergebnissen und die Kontextabhängigkeit der ISR erfordern transkriptomische Ansätze und Zeitverlaufsexperimente unter sorgfältiger Berücksichtigung abiotischer Faktoren. Schließlich entdeckte diese Studie unbemerkte Interaktionen zwischen generalistischen Insekten, die durch symbiotische Mikroben durch Pflanzenabwehr moduliert werden, und schlug eine mögliche Integration aktueller Pflanzenschutzmaßnahmen vor.

Careful integration of multiple pest management measures (IPM) is expected to reduce the harmful influence of pesticides and help to secure our biodiversity. It is important to understand plant defense mechanisms and interactions among surrounding organisms through plant metabolomic changes to achieve IPM. Especially whether commonly used symbiotic root fungi can raise Induced-Systematic-Resistance (ISR) is taking center stage, but our knowledge has been limited to only a few specialist herbivores and enemies. herefore, my study aimed to investigate the changes in volatile emission and transcripts of tomato plants infested with S. exigua and focused on the effect of two root-symbiotic fungi, R. irregularis and T. harzianum, on the induction of indirect defense. In addition, to evaluate the effect of these changes on predator attraction, I conducted olfactometer bioassays with M. pygmaeus, an omnivorous predator of numerous pest insects. For a greenhouse experiment, I grew tomato seedlings inoculated with commercial R. irregularis inoculum or laboratory strain T. harzianum T-78 and non-inoculated seedlings for four weeks. After challenging the plants with S. exigua 3rd instar larvae for 24 hours, I trapped leaf volatiles using silicon tubes and collected leaves for RNA extraction. Subsequently, volatile profiles were analyzed using GC-MS, and JA-/SA-related-gene expression was measured using RT-qPCR. In addition, I let female M. pygmaeus choose between two odor sources through a Y-shaped tube and analyzed the preference toward HIPVs of microbeinoculated tomato plants. Clustering analysis revealed that microbial symbioses resulted in distinct changes in volatile profiles after S. exigua herbivory. By contrast, differential gene expression analyses showed suppression by both symbionts in some JA-associated genes, while the SAMT gene showed slight ISR upon herbivory in T. harzianum-inoculated plants. The selection made by M. pygmaeus was significantly higher in R. irregularis-inoculated plant HIPVs than in noninoculated plants, and T. harzianum-inoculated plant was more attractive to predators than R. irregularis-inoculated plant. These results jointly indicate that the microbial symbionts may induce higher indirect defense by modulating phytohormone signal transduction and volatile emission. The discrepancy in the results and the context-dependency of ISR call for transcriptomic approaches and time-course experiments with careful consideration of abiotic factors. Finally, this study discovered unnoticed interaction among generalist insects modulated by symbiotic microbes through plant defense and suggested possible integration of current plant protection measures.

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