Επίδραση της θερμοκρασίας και της τοξίνης Cry1Ab του Bacillus thuringiensis στην βιολογία των Ostrinia nubalis (Lepidoptera : Crambidae) και Sesamia nonagrioides (Lepidoptera : Noctuidae)
Creators: name: Ανδρεάδης, Στέφανος Σ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Τοξίνη Cry1Ab
Συχνότητα γονιδίων ανθεκτικότητας
Γενετικά τροποποιημένα φυτά
Κρυοπροστατευτικές ουσίες
Εντομα καλαμποκιού
Βραχεία έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες
Ostrinia nubilalis
Sesamia nonagrioides
Bacillus thuringiensis
Subceptibility to Cry1Ab toxin
Cryoprotectants
Resistance alleles
High temperatures
Θερμοκρασία υπέρψυξης
Αντοχή στο ψύχος
Περιεκτικότητα τρεχαλόζης
Περιεκτικότητα γλυκερόλης
Σκουλήκι καλαμποκιού
Πυραλίδα καλαμποκιού
F2 screen
High dose-refuse strategy
Cold hardiness
Age-dependent
Bt maize
Diapause

description: Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκαν ορισμένα στοιχεία της βιολογίας των δύο κυριότερων και πιο επιβλαβών Λεπιδοπτέρων εντόμων της καλλιέργειας του καλαμποκιού, του Ostrinia nubilalis (Hübner) (Lepidoptera: Crambidae) και Sesamia nonagrioides Lefébvre (Lepidoptera: Noctuidae), σε σχέση με τη θερμοκρασία και την τοξίνη Cry1Ab του Bacillus thuringiensis Berliner. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η πιθανότητα εύρεσης γονιδίων ανθεκτικότητας του S. nonagrioides στην τοξίνη Cry1Ab του B. thuringiensis. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν 3 διαφορετικοί πληθυσμοί αγρού του S. nonagrioides (Θεσσαλονίκη, Λάρισα και Σέρρες). Η αναμενόμενη συχνότητα γονιδίων ανθεκτικότητας E[pR] ήταν 7.8 x 10-3, 14.7 x 10-3 και 7.8 x 10-3 για τους πληθυσμούς από τη Θεσσαλονίκη, τη Λάρισα και τις Σέρρες αντίστοιχα. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η πιθανότητα εύρεσης γονιδίων ανθεκτικότητας του εντόμου S. nonagrioides στην τοξίνη Cry1Ab είναι μικρή, έτσι ώστε τελικά η στρατηγική της «υψηλής δόσης – καταφυγίου» να μπορεί να εφαρμοστεί με επιτυχία σε ένα πρόγραμμα διαχείρισης ανθεκτικότητας σε γενετικά τροποποιημένη καλλιέργεια καλαμποκιού που εκφράζει την τοξίνη Cry1Ab του B. thuringiensis. Επίσης, μελετήθηκε η επίδραση της τοξίνης Cry1Ab του B. thuringiensis στην επιβίωση των προνυμφών του O. nubilalis και του S. nonagrioides. Τόσο στο O. nubilalis όσο και στο S. nonagrioides δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των διαφορετικών πληθυσμών ως προς την ευαισθησία τους στην τοξίνη Cry1Ab του B. thuringiensis. Επιπλέον, μελετήθηκε και η ανάπτυξη των προνυμφών του O. nubilalis σε διάφορες συγκεντρώσεις της τοξίνης Cry1Ab του B. thuringiensis. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι υπάρχει σημαντική διαφορά στην ανάπτυξη των προνυμφών, όταν αυτές εκτεθούν σε διάφορες συγκεντρώσεις της τοξίνης Cry1Ab του B. thuringiensis και στους δύο πληθυσμούς. Όσο αυξάνεται η συγκέντρωση της τοξίνης, τόσο επιβραδύνεται η ανάπτυξη των προνυμφών. Η αντοχή του O. nubilalis σε βραχείας διάρκειας έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες μελετήθηκε εργαστηριακά. Τα πιο ανθεκτικά στάδια ήταν αυτά του ενηλίκου και της νύμφης. Σε καμία από τις παραπάνω μεταχειρίσεις δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά μεταξύ αρσενικών και θηλυκών ατόμων. Το πιο ευαίσθητο στάδιο ήταν αυτό του αβγού. Όσον αφορά στη μελέτη της ευαισθησίας προνυμφών του O. nubilalis στην τοξίνη Cry1Ab του B. thuringiensis που προήλθαν από ενήλικα που δέχθηκαν την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών, αύξηση της θερμοκρασίας έκθεσης των ενηλίκων πέραν τους 43oC είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της ευαισθησίας των προνυμφών που προέκυψαν από τα ενήλικα αυτά, στην τοξίνη Cry1Ab του B. thuringiensis. Η επίδραση της ηλικίας των προνυμφών του O. nubilalis στην αντοχή στο ψύχος και τη συσσώρευση των κρυοπροστατευτικών ουσιών εξετάσθηκε με μια σειρά πειραμάτων. Οι 7 ημερών μη διαπαύουσες προνύμφες 5ης ηλικίας ήταν περισσότερο ανθεκτικές στο ψύχος σε σύγκριση με τις μικρότερης ηλικίας μη διαπαύουσες προνύμφες. Αντίθετα, στις διαπαύουσες προνύμφες η ηλικία δεν παίζει σημαντικό ρόλο. Ωστόσο, η ηλικία των διαπαυουσών προνυμφών φαίνεται να επηρεάζει σημαντικά την ικανότητα συσσώρευσης της γλυκερόλης, καθώς διαπαύουσες προνύμφες ηλικίας 45 ημερών παρουσίασαν κατά 2.7 φορές μεγαλύτερη συγκέντρωση γλυκερόλης έναντι των διαπαυουσών προνυμφών ηλικίας 90 ημερών. Επιπλέον, οι διαπαύουσες προνύμφες είχαν 5-13 φορές υψηλότερη συγκέντρωση γλυκερόλης σε σύγκριση με τις μη διαπαύουσες προνύμφες. Τέλος, μελετηθηκε η αντοχή σε χαμηλές θερμοκρασίες του S. nonagrioides. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι το S. nonagrioides όχι μόνο εμφανίζει μικρή σχετική ικανότητα υπέρψυξης αλλά παράλληλα δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ διαπαυουσών και μη διαπαυουσών προνυμφών. Όσον αφορά στο ρόλο των κρυοπροστατευτικών ουσιών, αν και σε γενικές γραμμές δεν παρατηρήθηκε συσσώρευση μεγάλων ποσοτήτων κρυοπροστατευτικών ουσιών, εντούτοις βρέθηκε η συσσώρευση της γλυκερόλης να σχετίζεται άμεσα με τη διάπαυση, σε αντίθεση με την συσσώρευση της τρεχαλόζης, η οποία σχετίζεται περισσότερο με την έκθεση σε χαμηλές θερμοκρασίες μεγαλύτερες από τους 0oC.
description: In the present PhD Thesis dissertation we studied the effect of high and low temperatures, as well of the Cry1Ab toxin of Bacillus thuringiensis Berliner regarding the biology of the two most destructive lepidopteran pests of maize (Zea mays L.), Ostrinia nubilalis (Hübner) (Lepidoptera: Crambidae) and Sesamia nonagrioides Lefébvre (Lepidoptera: Noctuidae), in Greece. One of our objectives was to determine the initial frequency of resistance alleles to transgenic corn expressing Cry1Ab toxin of B. thuringiensis by using the F2 screen on field populations of S. nonagrioides from three different geographical locations in Greece. The expected frequencies were 7.8 x 10-3, 14.7 x 10-3 και 7.8 x 10-3 for the populations of Thessaloniki, Larissa and Serres respectively. Our results suggest that the frequency of alleles conferring resistance to Cry1Ab, regarding the population of S. nonagrioides, may be rare enough so that the high dose/refuge strategy could be applied with success for resistance management. Susceptibility to Cry1Ab toxin of B. thuringiensis was determined for O. nubilalis larvae collected from two different populations, and as well for S. nonagrioides larvae collected from three different localities of Greece. The LC50 (ng/cm2) values of Cry1Ab toxin for the two different populations of O. nubilalis did not differ significantly and ranged from 20.2 for the german population to 29.3 for the greek population. Similarly, the LC50 for S. nonagrioides in Greece does not show particular differences in the susceptibility, ranging from 21.3 to 29.2 ng/cm2. Moreover, we studied the development of O. nubilalis larvae in various concentrations of Cry1Ab toxin of B. thuringiensis. Our results show that larval development is significantly affected by the concentration of Cry1Ab toxin, in both populations. Laboratory studies were conducted in order to assess the ability of O. nubilalis to withstand short term exposures to high temperatures. According to our results, pupal and adult stages were the most tolerant in relation to the larval instars and the egg stage. Overall no differences were observed between males and females regarding the pupal and adult stage. Regarding the susceptibility to the toxin Cry1Ab of B. thuringiensis of O. nubilalis larvae that originated from adults that were exposed to high temperatures, exposure temperatures of adults higher from 43oC resulted in enhanced susceptibility of O. nubilalis larvae to the toxin Cry1Ab of B. thuringiensis. The age-dependent cold hardiness profile of O. nubilalis is compared between non-diapausing and diapausing larvae, as well as with field-collected larvae. The results suggest that both cold tolerance and accumulation of cryoprotectants depends on the age of O. nubilalis larva. Late fifth-instar non-diapausing larvae are more cold tolerant than younger larvae. No appreciable difference is observed between diapausing larvae as far as their supercooling ability and tolerance at sub-zero temperatures above the supercooling point is concerned The age of diapausing larvae affects the ability to accumulate glycerol. Moreover, diapausing larvae display a 5-13 fold higher glycerol content compared with non-diapausing larvae. Finally, we studied the cold hardiness profile of S. nonagrioides. Our results show that S. nonagrioides not only displays a small ability of supercooling but at the same time we did not observe significant difference between diapausing and non diapausing larvae. Moreover, no significant mortality was achieved in temperatures higher than their mean supercooling point. Regarding the role of cryoprotectant substances, accumulation of glycerol seems to be closely related to diapause, in contrast to accumulation of trehalose, which is more related to low temperatures higher than 0oC.