Discriminative behavioral responses by aphids to various plant matrix Polysaccharides
Authors: Campbell Bruce C. , Jones Kenneth C. , Dreyer David L. 
Published: April 2011

Three species of aphids, Schizaphis graminum (Rondani) (the greenbug), Acyrthosiphon pisum (Harris) (the pea aphid) and Myzus persicae (Sulzer) (the green peach aphid), showed significantly different behavioral responses to various plant mono‐ or Polysaccharides incorporated within thin (< 200 μm) films of agar overlaying artificial diets. Thirteen Polysaccharides (i.e.: polygalacturonic acid, low methoxy pectin, high methoxy pectin, arabinogalactan, xylan, galactan, cellulose, starch, amylose, laminarin, dextran, 2,3‐diacetyl pectin and trifluoroacetyl pectin) and 5 monosaccharides (arabinose, xylose, galactose, glucose and galacturonic acid) were tested in paired choices against a control overlay containing only agar. Glucose, dextran and laminarin were the only compounds that all three species of aphids responded to similarly (viz., glucose stimulated, dextran had no effect and laminarin deterred ingestion of underlying diets). None of the aphids exhibited negative responses to the monosaccharides tested. These monosaccharides either had no significant effect or were stimulatory. The Polysaccharides tested induced a variation of unaltered, stimulatory or inhibitory behavioral responses in the 3 species of aphids. The behavioral responses of both greenbugs and pea aphids, which are oligophagous, were significantly affected by 6 out of 7 plant matrix Polysaccharides tested. Feeding behavior by green peach aphids was affected by only one of these Polysaccharides.

Electronic monitoring of aphid probing showed that aphids salivated in and ‘test’ probed the overlays prior to inserting their stylets into and ingesting from the underlying diets. Recorded responses of aphids probing overlays containing inhibitory Polysaccharides resembled the recorded behavioral responses of aphids on resistant or nonhost plants (i.e., numerous short probes with either a lack of or a prolonged period prior to ingestion). The differential behavioral responses of the aphids to the various Polysaccharides supports the view that plant matrix Polysaccharides play a role in the chemical basis of aphid ‐ plant interactions.

Einfluss verschiedener pflanzlicher Polysaccharide auf das Verhalten von Blattläusen

Drei Blattlausarten, Schizaphis graminum, Acyrthosiphon pisum and Myzus persicae, zeigten deutliche Unterschiede in ihrem Probeverhalten auf künstlichen Nährmedien, die mit dünnen (< 200 μm), verschiedene Mono‐ und Polysaccharide enthaltenden Agarschichten bedeckt waren.

Die in den Agarschichten enthaltenen Monosaccharide bewirkten bei allen drei Arten eine deutliche Steigerung des Probeverhaltens. Im Gegensatz dazu war der Einfluss der Polysaccharide von Art zu Art verschieden. Sechs von sieben getesteten pflanzlichen Matrixpolysacchariden beeinflussten deutlich das Probeverhalten von Schizaphis graminum und Acyrthosiphon pisum. Im Gegensatz dazu wurde das Probeverhalten von Myzus persicae nur von einem der untersuchten Polysaccharide beeinflusst. Die Zahl der Wirtspflanzen für Schizaphis graminum und Acyrthosiphon pisum ist relativ klein im Vergleich zu der von Myzus persicae. Dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, daß die Fähigkeit, chemosensorisch zwischen pflanzlichen Matrixpolysacchariden zu unterscheiden, bei Myzus persicae weniger stark ausgeprägt ist.

Elektronische Registrierung des Probeverhaltens zeigte, daß Schizaphis graminum vor der Aufnahme der künstlichen Nährmedien zunächst die darüber liegenden Agarschichten testete. Dies geschah durch Einstechen des Stiletts in die Agarschicht, Absonderung von Speichel, Aufsaugen der verflüssigten Matrix und auschliessendes Wiederausstoßen.

Das Probeverhalten von Schizaphis graminum auf Trifluoroacetylpektin, welches eine Aufnahme der darunter liegenden Nährstoffe verhinderte, war vergleichbar zu dem Probeverhalten von Schizaphis graminum auf resistenten oder Nichtwirtspflanzen. Andererseits glich das Probeverhalten von Schizaphis graminum stark methyliertem Pektin, welche die Nährstoffaufnahme steigerte, dem auf natürlichen Wirtspflanzen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, daß pflanzliche Matrixpolysaccharide für die Wechselwirkung zwischen Blattläusen und Pflanzen keine chemisch inerten Komponenten darstellen. Der unterschiedliche Einfluss der pflanzlichen Matrixpolysaccharide auf die verschiedenen Blattlausarten zeigt, daß diese pflanzlichen Biopolymere eine entscheidene Rolle bei der Erkennung von Wirtspflanzen durch Blattläuse spielen könnten.

Darüberhinaus zeigt das extrem unterschiedliche Probeverhalten von Schizaphis graminum auf Trifluoroacetyl‐ bzw. stark methyliertem Pektin, daß selbst geringe änderungen in den chemischen Eigenschaften dieser Komponenten das Probeverhalten von Blattläusen deutlich beeinflussen können.