Genetic diversity, biology, and biological control of fall armyworm, Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) : 열대거세미나방 (나비목: 밤나방과)의 유전적 다양성, 생활상 및 생물학적 방제원문보기
열대거세미나방(FAW; 나비목: 밤나방과)은 서반구의 열대 및 아열대 지역의 토착종인데 2016년 이후로 아프리카와 아시아에 침입했다. FAW는 다식성으로서 적어도 353종의 식을 가해하며, 특히 아프리카와 아시아 대부분의 국가에서 옥수수의 생산에 큰 손실을 초래하고 있다. 아프리카와 아시아에서 침입한 개체군의 유전적 변이를 조사하기 위하여 아프리카(DR콩고, 탄자니아, 우간다, 짐바브웨) 및 아시아(방글라데시, 한국, 네팔, 베트남)의 8개국에서 채집한 27개 샘플을 대상으로 두 개의 ...
열대거세미나방(FAW; 나비목: 밤나방과)은 서반구의 열대 및 아열대 지역의 토착종인데 2016년 이후로 아프리카와 아시아에 침입했다. FAW는 다식성으로서 적어도 353종의 식을 가해하며, 특히 아프리카와 아시아 대부분의 국가에서 옥수수의 생산에 큰 손실을 초래하고 있다. 아프리카와 아시아에서 침입한 개체군의 유전적 변이를 조사하기 위하여 아프리카(DR콩고, 탄자니아, 우간다, 짐바브웨) 및 아시아(방글라데시, 한국, 네팔, 베트남)의 8개국에서 채집한 27개 샘플을 대상으로 두 개의 분자마커 유전자(핵 Z-염색체 연결 유전자 트리오스 인산 이성질화효소(Tpi)와 미토콘드리의 시토크롬산화효소 서브유닛 I(COI))의 뉴클레오타이드 서열을 비교하였다. Tpi 분석에서 모든 샘플이 옥수수 계통으로 나타났고 COI 분석에서는 두 샘플을 제외한 모든 샘플이 쌀 계통으로 나타났다. 이는 Tpi 유전자가 COI 유전자에 비해 숙주 식물 선호 표현형의 적절한 분자 마커임을 나타낸다. 또한, Tpi 유전자의 네 번째 엑손과 인트론 서열의 추가 분석을 해 본 결과 아프리카와 아시아에서 적어도 4개의 옥수수 품종 하위집단이 존재했으며, 이는 침입이후 2년동안에 중요한 유전적 변화가 없음을 시사한다. 열대거세미나방의 기주식물인 옥수수, 쌀, 감자를 대상으로 연령 단계, 2성 생활표 분석법을 활용하여 옥수수 계통의 발달율, 생존율 및 번식률을 조사했다. 옥수수 계통은 세가지 식물을 먹고 성장을 했으나 성장율, 발달 시간, 생존율, 번식률 등은 서로 차이가 있었다. 흥미롭게도, 세 개의 기주 식물들 사이에서 순번식률이 크게 달랐다. 옥수수를 먹인 FAW의 경우, 순번식률은 개인당 472마리인 반면, 쌀과 감자 작물의 경우 개인당 각각 213마리, 86마리밖에 되지 않았다. 이러한 결과는 옥수수 계통 FAW이 감자와 쌀과 같은 대체 기주 식물을 섭식했을 경우에 성장보다 번식에 더 많은 영향을 미친다는 것을 시사한다. 열대거세미나방의 방제를 위해 다양한 화학살충제가 적용됐지만 살충제 저항성 발달과 반복적인 농약 사용으로 인하여 인간의 건강과 환경안전에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 점 때문에 성공하지 못했다. 따라서, 천적과 식물성 살충제와 같은 생물학적 방제를 포함하는 대체 FAW 방제 전략을 개발할 필요가 있다. FAW의 애벌레와 번데기 단계에 곤충병원성 선충 7종의 살충독성을 비교하였다. 그 중 Heterorhabditis indica, Steinernema carpocapsae, 와 S. longicaudum은 유충과 번데기 모두 살충율이 높았다. 영천에서 채집한 열대거세미나방 유충에 감염된 곤충병원성 곰팡이인 Metarhizium rileyi (KNU-Ye)를 형태 및 분자진단으로 확인됐으며 89%의 살충율을 나타냈다. 식물성 천연 살충제인 azadirachtin 희석액을10ppm 수준으로 토양에 적용하면 열대거세미나방 유충의 성장, 발달, 생존을 저해한 반면에 옥수수 식물에 대한 독성은 나타나지 않았다. 따라서, 곤충병원성 선충, H. indica, S. carpocapsae, and S. longicaudum, 곤충병원성 곰팡이, M. rileyi KNU-Ye 균주, 그리고 azadirachtin의 토양 적용과 같은 세 가지 생물학적 방제제를 활용하여 FAW의 종합적 관리를 수행할 수 있다.
열대거세미나방(FAW; 나비목: 밤나방과)은 서반구의 열대 및 아열대 지역의 토착종인데 2016년 이후로 아프리카와 아시아에 침입했다. FAW는 다식성으로서 적어도 353종의 식을 가해하며, 특히 아프리카와 아시아 대부분의 국가에서 옥수수의 생산에 큰 손실을 초래하고 있다. 아프리카와 아시아에서 침입한 개체군의 유전적 변이를 조사하기 위하여 아프리카(DR콩고, 탄자니아, 우간다, 짐바브웨) 및 아시아(방글라데시, 한국, 네팔, 베트남)의 8개국에서 채집한 27개 샘플을 대상으로 두 개의 분자마커 유전자(핵 Z-염색체 연결 유전자 트리오스 인산 이성질화효소(Tpi)와 미토콘드리의 시토크롬 산화효소 서브유닛 I(COI))의 뉴클레오타이드 서열을 비교하였다. Tpi 분석에서 모든 샘플이 옥수수 계통으로 나타났고 COI 분석에서는 두 샘플을 제외한 모든 샘플이 쌀 계통으로 나타났다. 이는 Tpi 유전자가 COI 유전자에 비해 숙주 식물 선호 표현형의 적절한 분자 마커임을 나타낸다. 또한, Tpi 유전자의 네 번째 엑손과 인트론 서열의 추가 분석을 해 본 결과 아프리카와 아시아에서 적어도 4개의 옥수수 품종 하위집단이 존재했으며, 이는 침입이후 2년동안에 중요한 유전적 변화가 없음을 시사한다. 열대거세미나방의 기주식물인 옥수수, 쌀, 감자를 대상으로 연령 단계, 2성 생활표 분석법을 활용하여 옥수수 계통의 발달율, 생존율 및 번식률을 조사했다. 옥수수 계통은 세가지 식물을 먹고 성장을 했으나 성장율, 발달 시간, 생존율, 번식률 등은 서로 차이가 있었다. 흥미롭게도, 세 개의 기주 식물들 사이에서 순번식률이 크게 달랐다. 옥수수를 먹인 FAW의 경우, 순번식률은 개인당 472마리인 반면, 쌀과 감자 작물의 경우 개인당 각각 213마리, 86마리밖에 되지 않았다. 이러한 결과는 옥수수 계통 FAW이 감자와 쌀과 같은 대체 기주 식물을 섭식했을 경우에 성장보다 번식에 더 많은 영향을 미친다는 것을 시사한다. 열대거세미나방의 방제를 위해 다양한 화학살충제가 적용됐지만 살충제 저항성 발달과 반복적인 농약 사용으로 인하여 인간의 건강과 환경안전에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 점 때문에 성공하지 못했다. 따라서, 천적과 식물성 살충제와 같은 생물학적 방제를 포함하는 대체 FAW 방제 전략을 개발할 필요가 있다. FAW의 애벌레와 번데기 단계에 곤충병원성 선충 7종의 살충독성을 비교하였다. 그 중 Heterorhabditis indica, Steinernema carpocapsae, 와 S. longicaudum은 유충과 번데기 모두 살충율이 높았다. 영천에서 채집한 열대거세미나방 유충에 감염된 곤충병원성 곰팡이인 Metarhizium rileyi (KNU-Ye)를 형태 및 분자진단으로 확인됐으며 89%의 살충율을 나타냈다. 식물성 천연 살충제인 azadirachtin 희석액을10ppm 수준으로 토양에 적용하면 열대거세미나방 유충의 성장, 발달, 생존을 저해한 반면에 옥수수 식물에 대한 독성은 나타나지 않았다. 따라서, 곤충병원성 선충, H. indica, S. carpocapsae, and S. longicaudum, 곤충병원성 곰팡이, M. rileyi KNU-Ye 균주, 그리고 azadirachtin의 토양 적용과 같은 세 가지 생물학적 방제제를 활용하여 FAW의 종합적 관리를 수행할 수 있다.
Since 2016, the fall armyworm (FAW), Spodoptera frugiperda (J.E. Smith), (Lepidoptera: Noctuidae) which is native to tropical and subtropical regions of the Western Hemisphere, has invaded Africa and further spread into Asian countries. FAW is a highly polyphagous species and has been recorded on at...
Since 2016, the fall armyworm (FAW), Spodoptera frugiperda (J.E. Smith), (Lepidoptera: Noctuidae) which is native to tropical and subtropical regions of the Western Hemisphere, has invaded Africa and further spread into Asian countries. FAW is a highly polyphagous species and has been recorded on at least 353 plant species, causing significant losses to crop yields, especially corn in most African and Asian countries. The genetic variation of invaded populations in Africa and Asia was analyzed by comparing the nucleotide sequences of two genes: the nuclear Z-chromosome linked gene triose phosphate isomerase (Tpi) and the mitochondrial gene cytochrome oxidase subunit I (COI) of 27 specimens collected in Africa (DR Congo, Tanzania, Uganda, and Zimbabwe) and Asia (Bangladesh, Korea, Nepal, and Vietnam). The results revealed that Tpi analysis showed all samples were corn strain while the COI analysis showed that all samples were rice strain except two samples. This indicated Tpi gene is a more confident molecular marker of host plant preference phenotype compared with the COI gene. The further analysis of the fourth exon and intron sequences of the Tpi gene showed the presence of at least four subgroups of the corn strain in Africa and Asia suggesting no significant genetic change due to the rapid migration within two years. The age-stage, two-sex life table was utilized to examine the development, survival, and reproduction rate of the corn strain FAW on three different host plants: corn, rice, and potato. The corn strain FAW completed its life cycle in three different plants. However, the growth, developmental time, survival, and reproduction rate differed among the three host plants. Interestingly, the net reproduction rate varied greatly among the three host plants. In corn-fed FAW, the net reproduction rate was 472 offspring per individual, whereas, in rice and potato crops, the rates were only 213 and 86 offspring per individual, respectively. These results suggest that alternative host plants, such as potato and rice, have more effect on reproduction than the growth of corn strain FAW. While various chemical pesticides have been applied for the control of FAW, it was not successful due to the development of pesticide resistance and the fact that repeated pesticide use can negatively affect human health and environmental safety. Therefore, it is necessary to develop alternative FAW control strategies, which include biological control with natural enemies and botanical pesticides. The virulence of seven entomopathogenic nematodes was compared against larval and pupal stages of FAW. Among them, Heterorhabditis indica, Steinernema carpocapsae, and S. longicaudum were highly virulent against larval and pupal stages. The Korean strain of entomopathogenic fungus, Metarhizium rileyi (KNU-Ye) was identified using morphological and molecular characterization and induced 89% mortality after 7 days post-treatment. The systemic effect of azadirachtin was evaluated and results showed that soil application of at least 10 ppm azadirachtin can disrupt the life cycle of FAW by inhibiting growth, development, and survival but didn’t show any phytotoxicity effects on corn plants. Thus, three biocontrol agents such as entomopathogenic nematodes, H. indica, S. carpocapsae, and S. longicaudum, entomopathogenic fungus, M. rileyi KNU-Ye strain, and soil application of azadirachtin could be used for integrated management of FAW in the fields.
Since 2016, the fall armyworm (FAW), Spodoptera frugiperda (J.E. Smith), (Lepidoptera: Noctuidae) which is native to tropical and subtropical regions of the Western Hemisphere, has invaded Africa and further spread into Asian countries. FAW is a highly polyphagous species and has been recorded on at least 353 plant species, causing significant losses to crop yields, especially corn in most African and Asian countries. The genetic variation of invaded populations in Africa and Asia was analyzed by comparing the nucleotide sequences of two genes: the nuclear Z-chromosome linked gene triose phosphate isomerase (Tpi) and the mitochondrial gene cytochrome oxidase subunit I (COI) of 27 specimens collected in Africa (DR Congo, Tanzania, Uganda, and Zimbabwe) and Asia (Bangladesh, Korea, Nepal, and Vietnam). The results revealed that Tpi analysis showed all samples were corn strain while the COI analysis showed that all samples were rice strain except two samples. This indicated Tpi gene is a more confident molecular marker of host plant preference phenotype compared with the COI gene. The further analysis of the fourth exon and intron sequences of the Tpi gene showed the presence of at least four subgroups of the corn strain in Africa and Asia suggesting no significant genetic change due to the rapid migration within two years. The age-stage, two-sex life table was utilized to examine the development, survival, and reproduction rate of the corn strain FAW on three different host plants: corn, rice, and potato. The corn strain FAW completed its life cycle in three different plants. However, the growth, developmental time, survival, and reproduction rate differed among the three host plants. Interestingly, the net reproduction rate varied greatly among the three host plants. In corn-fed FAW, the net reproduction rate was 472 offspring per individual, whereas, in rice and potato crops, the rates were only 213 and 86 offspring per individual, respectively. These results suggest that alternative host plants, such as potato and rice, have more effect on reproduction than the growth of corn strain FAW. While various chemical pesticides have been applied for the control of FAW, it was not successful due to the development of pesticide resistance and the fact that repeated pesticide use can negatively affect human health and environmental safety. Therefore, it is necessary to develop alternative FAW control strategies, which include biological control with natural enemies and botanical pesticides. The virulence of seven entomopathogenic nematodes was compared against larval and pupal stages of FAW. Among them, Heterorhabditis indica, Steinernema carpocapsae, and S. longicaudum were highly virulent against larval and pupal stages. The Korean strain of entomopathogenic fungus, Metarhizium rileyi (KNU-Ye) was identified using morphological and molecular characterization and induced 89% mortality after 7 days post-treatment. The systemic effect of azadirachtin was evaluated and results showed that soil application of at least 10 ppm azadirachtin can disrupt the life cycle of FAW by inhibiting growth, development, and survival but didn’t show any phytotoxicity effects on corn plants. Thus, three biocontrol agents such as entomopathogenic nematodes, H. indica, S. carpocapsae, and S. longicaudum, entomopathogenic fungus, M. rileyi KNU-Ye strain, and soil application of azadirachtin could be used for integrated management of FAW in the fields.
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