Ett samarbetsteam av forskare vid Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences Department of Horticultural Sciences och Department of Biology har utvecklat ett unikt system för att identifiera värdväxter av crapemyrtle bark-fjäll, en insekt som förstör växter genom att äta på deras sav.

Insekten av crapemyrtle barkfjäll har spridit sig till 17 stater på mindre än två decennier och utgör ett betydande hot mot den gröna industrin genom att sprida en sjukdom med samma namn.

Ett unikt övervakningssystem som använder elektrisk penetrationsgraf, EPG och anpassad programvara har gjort det möjligt för teamet att praktiskt taget eliminera behovet av intensiva växthusstudier och kostsamt arbete. Studien publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Insects .

Arbetet har fångat intresset hos företrädare för gröna industrier som letar efter ett sätt att motverka insektens namnesjuka, som har halverat crapemyrtlemarknaden. Crapemyrtle-försäljningen har ett årligt ekonomiskt värde på 69,5 miljoner dollar, enligt forskarna.

"Det är absolut nödvändigt att kontrollera denna skadegörare eftersom den kan spridas snabbt och potentiellt hota den gröna industrin och ekosystemet", säger Bin Wu, Ph.D., som nyligen tog examen från programmet för trädgårdsvetenskap och var huvudförfattare till studien.

Forskargruppen involverar ett samarbete mellan forskargrupperna Hongming Qin, Ph.D., docent i biologi, och Mengmeng Gu, Ph.D., tidigare med Texas A&M AgriLife Extension Service. De var tillsammans med rådgivare till trädgårdsforskare Wu och Runshi Xie, Ph.D., också en nyutexaminerad. Elizabeth Chun, forskare på grundutbildningen vid Texas A&M Department of Biology, och Gary Knox, Ph.D., specialist på miljöträdgårdsodling och plantskolor Extension specialist vid University of Florida, avslutar teamet.

Insekten av crapemyrtle barkfjäll är listig. Den har långa mundelar som tränger in i sprickor i crapemyrtlebarken och har ett vaxtäcke på ryggen som gör att den kan undvika insekticider som sprayas på trädbarken. Samtidigt fortsätter den att suga sav från växten, vilket tar bort de viktiga näringsämnen som behövs för växternas tillväxt.

Från Chicago Hardy fikon till sojabönor söker skadedjuret ett brett utbud av värdar, vilket ytterligare ökar behovet av ett botemedel. "Vår forskning går ut på att ta reda på värdområdet, eller vilken typ av växtarter förutom crapemyrtle som är utsatta för detta," sa Wu.

Eliminerar dyrt arbete

Forskningen började 2019, när teamet började testa olika crapemyrtle-arter i ett växthus för deras mottaglighet. De första testerna använde manuellt arbete och tog mer än ett halvår. Det var då teamet bestämde att det behövdes en mer effektiv och realtidsmetod.

Med hjälp av EPG-övervakningssystemet kunde teamet spåra undersökningsaktiviteterna för insekten i växten. Resultaten hjälpte forskarna att lära sig mer om samspelet mellan insekten och växten och få en bättre förståelse om potentiell skadedjursbekämpning. EPG-vågformerna gjorde det möjligt för forskarna att observera vilka näringsämnen som insektsextrakten av crapemyrtle barkfjäll extraherar från växten.

"Genom dessa observationer och att fastställa vilka näringsämnen som togs bort, kunde vi överväga vilka som mest sannolikt var värdväxter," sa Wu.

Vissa insekter av crapemyrtle barkfjäll kunde dricka vatten men kunde inte dricka andra näringsämnen för att stödja deras tillväxt och utveckling. De växter som dessa insekter hittades på ansågs vara "potentiella växter", vilket betyder att barkfjället kunde överleva ett tag och potentiellt bryta ner växtförsvaret för att tvinga växterna som värdar.

Med hjälp av EPG och mjukvarusystemet utvecklat av Chun kunde teamet beräkna frekvensen och den relativa amplituden för varje EPG-vågform från de över 500 megabyte med rådata på några sekunder. Att studera insektsbeteendet ger forskarna en tydligare förståelse för potentiella växter och attraktion.

"Vi behövde ett sätt att kommentera dessa data och Elizabeth Chun kom in i projektet som genomförde programmeringen," sa Wu. "Vi arbetade tillsammans för att ta reda på kodningsarbetet för att få datorn att veta hur man extraherar EPG-vågformerna, hur de ser ut, vågformens varaktighet, etc. med den här programvaran. Det finns både online- och nedladdningsbara versioner. Om någon gör det Om de inte vill ladda ner online, kan de klicka på länken för att använda onlineversionen."

Programvaran är öppen källkod. Projektet har redan presenterats vid flera akademiska professionella möten, inklusive American Society for Horticulture Science, International Propagators Society och Lone Star Horticulture Forum.

Efter att ha presenterat på Lone Star-forumet i januari, ett industrimöte, sa Wu att några gröna industrirepresentanter sa att de skulle kunna samarbeta för att testa sina växter.

"De visade sitt intresse och det var därför vi inte ansökte om patent, vi ville dela med akademin, allmänheten och industrin", sa han.

Nästa steg

Forskargruppen anses vara tidiga pionjärer inom forskningen om crapemyrtle barkskala. Xie har arbetat inom insektsbiologi med ett projekt kallat Life Table, ett ekologiskt verktyg för att studera olika organismers utveckling och populationsdynamik, vilket inte har gjorts för barkskalan tidigare. Detta har lett till många viktiga upptäckter, såsom insektens parningsbeteende.

Xie sa att fjällinsekter är intressanta arter med olika genetiska system, och några av dem förökar sig asexuellt.

"Kvinnan leder en väldigt stillasittande livsstil," sa Xie. "De väntar ganska mycket på att hanen, som är en fluga, ska anstifta parningsbeteende. För att hanen ska hitta en hona måste honan släppa ett sexferomon. Vårt nästa forskningsprojekt kommer att undersöka vilka föreningar som frigörs och hur att använda dem för att störa parningen.

"Just nu är kontrollen av den här insekten användningen av systemiska bekämpningsmedel. Men insekterna skyddas av skalbeläggning, vilket gör sprutning ineffektiv. För att behandla kemiskt måste vi dränka jorden för att leverera kemikalierna till växter, och insekter som matar på att juicen kommer att dö. Men denna praxis är också skadlig för pollinatörer. Vårt fokus kommer att vara att se om vi kan komma med nya system som kontrollerar insekter utan att förlita sig för mycket på bekämpningsmedel."

Wu tillade att arbetet inkluderar att fånga in manliga insekter för att störa parningsbeteendet.

"Vi vill också eftersträva en sort som är resistent mot crapemyrtle barkskala," sa Wu. "För närvarande tittar jag på att utveckla resistenta, nya sorter och arbeta med industrin. De är en bro för oss att lära oss vad deras prioriterade behov är." + Utforska vidare

Hela arvsmassan av vanlig skogsskadegörare, barkborre av gran, nu avslöjat