Summary

Dissectie en classificatie van de ontwikkeling van de eierstokken bij vrouwelijke insecten van het wildtype

Published: July 14, 2023
doi:

Summary

Het protocol demonstreert een eenvoudige en gemakkelijke dissectiemethode, geschikt voor wildtype migrerende vrouwelijke insecten die zijn gevangen met zoeklichtvallen. Deze techniek kan dezelfde soort aanzienlijk ophelderen door beide voortplantingsweefsels te vergelijken, namelijk de paringszak en de ovariële ontwikkeling van vrouwelijke insecten van het wildtype.

Abstract

Trekkende insectenplagen vormen een ernstige uitdaging voor de voedselproductie en -zekerheid over de hele wereld. De trekkende plagen kunnen worden gemonitord en gevangen met behulp van zoeklichtvallen. Een van de belangrijkste technieken voor het voorspellen van migrerende plagen is het identificeren van de migrerende soorten. In de meeste gevallen is het echter moeilijk om de informatie alleen op het uiterlijk te krijgen. Daarom kan het gebruik van kennis die is verkregen door systematische analyse van het vrouwelijke voortplantingssysteem helpen om de gecombineerde anatomische morfologie van de paringszak van de eierstokken en de ontwikkelingsgradatie van de eierstokken van wildtype migrerende insecten die zijn gevangen met zoeklichtvallen te begrijpen. Om de toepasbaarheid van deze methode aan te tonen, werden de ontwikkelingsstatus van de eierstokken en de ontwikkelingsstadia van eikorrels rechtstreeks beoordeeld in Helicoverpa armigera, Mythimna separata, Spodoptera litura en Spodoptera exigua voor de anatomie van de eierstokken, en werden de paringszakjes van de eierstokken bestudeerd in Agrotis ipsilon, Spaelotis valida, Helicoverpa armigera, Athetis lepigone, Mythimna separata, Spodoptera litura, Mamestra brassicae en Spodoptera exigua, om hun relaties te onderzoeken. Dit werk toont de specifieke dissectiemethode om migrerende insecten van het wildtype te voorspellen, waarbij het unieke voortplantingssysteem van verschillende trekkende insecten wordt vergeleken. Vervolgens werden beide weefsels, namelijk de eierstok en de paringszakjes, verder onderzocht. Deze methode helpt bij het voorspellen van de dynamiek en de structurele ontwikkeling van voortplantingssystemen in wilde vrouwelijke trekinsecten.

Introduction

Migratie van insecten speelt een cruciale rol in de populatiedynamiek van de wereldwijde verspreiding van insecten voor insecten zoals Helicoverpa armigera – de katoenbolworm, Mythimna apart – de oosterse legerworm, Spodoptera litura – de tarorups, Spodoptera exigua – de bietenlegerworm, die zijn gemeld als ernstige plagen in China 1,2,3,4 . De lange reisafstanden, seizoensgebonden bewegingen, hoge vruchtbaarheid van migrerende plagen en ecologische factoren hebben grote moeilijkheden veroorzaakt bij het voorspellen, voorspellen en bestrijden van deze plagen5. Monitoring van de migratie van plagen is nodig om het aanpassingsvermogen en de gedragsveranderingen aan het licht te brengen die migrerende plagen vergemakkelijken volgens klimaatveranderingen of cycli6. Om hun groei, voortplanting en overleving te ondersteunen, hebben insecten tijdens de evolutie sequentieel aanpassingsvermogen verworven; Deze reeks adaptieve levens heeft geleid tot veel veranderingen in het voortplantingssysteem, zoals een migratiestrategie die leidt tot controle van de ontwikkeling van de eierstokken in het lange migratieproces.

De ontwikkeling van de eierstokken komt veel voor bij trekkende plagen, wat de groei van hun populatie beïnvloedt7. Daarom is de ontwikkeling van de eierstokken al lange tijd een hot topic van onderzoek naar migrerende plagen. Een reeks studies heeft geleid tot verschillende indicatoren voor de ontwikkeling van de eierstokken en classificatiestrategieën. Tot nu toe zijn verschillende methoden gebruikt om de ontwikkeling van de eierstokken te analyseren, bijvoorbeeld Loxostege sticticalis – de ontwikkeling van de weidemot en de eierstok die de eerste bevederingsfase, de vroege paaiperiode, de paaiperiode en het einde van ovipositie8 omvat. Sommige onderzoekers verdelen de eierstokniveaus op basis van de ontwikkeling van de dooierkleur in migrerende Lepidoptera-plagen, zoals S. exigua – de bietenlegerworm, Pseudaletia unipuncta – de echte legerworm, en Cnaphalocrocis medinalis – de rijstbladmap, enz.9,10,11,12. In eerdere studies werden de ovariële ontwikkelingsniveaus voor ongedierte, zoals katoenbolworm en rijstbladroller, verdeeld in vijf stadia: dooierafzettingsfase, rijpheidsstadium van eikorrels, rijpheidsfase van rijp wachten op geboorte, piek-ovogeneseperiode en eindpaaifase13,14. De ovariële ontwikkeling van de Europese maïsboorder was verdeeld in zes ontwikkelingsstadia: dooierafzettingsfase, eirijping, pre-eieren dispositionering, piekpaaifase en eindpaaifase15.

Bovendien hebben insecten van hetzelfde geslacht verschillende ontwikkelingsstadia, zoals ovariële ontwikkelingsniveaus van Spodoptera frugiperda – de herfstlegerworm – valt uiteen in vier niveaus: dooierafzettingsfase, volwassen wachten op levering, piek ovi-positiviteit en eindpaaifase16. Aan de andere kant heeft de ontwikkeling van de eierstokken in Spodoptera exigua – de bietenmot – vijf niveaus: transparant, vitellogenese, rijping van eieren, afgifte van eieren en late legniveaus17.

Eerdere studies kunnen de ontwikkeling van enkele tot meerdere ovariële ontwikkelingsniveaus alleen classificeren met behulp van kleurrijpheid van dooier, ovipositie en ei-ontwikkelingen, maar classificatie kan niet worden gedaan op basis van anatomie van het voortplantingssysteem. De ontwikkeling van een eierstok op basis van de morfogenese-anatomie is een minder bestudeerd gebied. Hier werd de dissectiemethode ontworpen om migrerende vrouwtjes in de populatie te voorspellen met behulp van twee soorten eierstokweefsel, om hun voortplantingsdynamiek uit te werken op basis van de anatomische morfogenese van het ovariële ontwikkelingsstadium en de paringszak, wat direct bewijs leverde om migrerende wildtype vrouwtjes te onderscheiden.

Sommige studies hebben aangetoond dat migrerende insectensoorten van de Noctuidae vaak werden vastgelegd door zoeklichten18. De eierstok van de meeste trekkende insectensoorten van de Noctuidae bevindt zich in de vroege stadia van ontwikkeling tijdens de beginfase van de migratie en het eierstokniveau neemt toe met de voortgang van de trek. In deze studie wordt de dissectiemethode voor ovariële ontwikkelingsgraden beschreven, om de twee voortplantingsweefsels van verschillende vrouwelijke populatieplagen te bestuderen, gevangen door zoeklicht. Deze methode bevordert niet alleen het onderzoek om de migratiedynamiek te begrijpen, maar ook faciliteiten op het gebied van insectenclassificatie, insectenfysiologie, plaagvoorspelling en voorspelling van vrouwelijke plaagsoorten.

Protocol

OPMERKING: Let op veiligheidsmaatregelen voordat u migrerende insecten van het wilde type vangt, wordt aangeraden om veiligheidsuitrusting te dragen (handschoenen, shirts met lange mouwen en een veiligheidsbril). Schakel de val ook uit wanneer deze niet in gebruik is om andere veiligheidsrisico’s en oververhitting van het licht te voorkomen. Het is belangrijk om vóór de dissectie de veiligheidsprotocollen te volgen, zoals het dragen van handschoenen, een veiligheidsbril en een laboratoriumjas om blootstelling aan licha…

Representative Results

Ontwikkeling van de eierenHet bovenstaande protocol werd toegepast om de ontwikkeling van eicellen in de eierstok te analyseren. Voor dit doel werden eieren in het algemeen in vier stadia ingedeeld om een onderscheid te maken tussen de vroege en volwassen stadia van ei-ontwikkeling tussen alle soorten, bijvoorbeeld bolworm, legerworm, tarorups en bietenmot. Hier werd het vroege stadium van bevedering (melkwit transparant stadium) waargenomen. Figuur 2A laat zien dat de e…

Discussion

Eierstokanalysemethoden worden routinematig gebruikt in de gewasbescherming, om de beweging van insectenvlucht en populatie op te helderen voor voorspelling 19,20,21 en om de fysiologische variaties in insecten uit te werken. Het is opgevallen dat de unieke migratie en het snelle verspreidingsvermogen van veel voorkomende landbouwplagen, zoals bolworm, legerworm, tarorups en bietenmot, het moeilijk maken om voorspellingen uit an…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Deze studie werd ondersteund door het grote wetenschappelijke en technologische innovatieproject (2020CXGC010802).

Materials

Digital camera Canon ( China ) co., LTD EOS 800D
Dropper Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD
Ethanol absolute (99.7%) Shanghai Hushi Laboratory Equipmentco., LTD
Forceps  Vetus Tools co., LTD ST-14
GT75 type halogen headlamp (1000 W) Shanghai Yadeng Industry co., LTD
Helicoverpa armigera, Mythimna separate, Spodoptera litura, Spodoptera exigua Jiyang district, Jinan city, Shandong province, China
Measuring cylinder, beaker, flask Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD
Net bag  Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD 0.5 m 
Net cages  Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD 30 cm x 30 cm
Petri dishes Qingdao jindian biochemical equipment co., LTD  60 mm diameter

References

  1. Wu, K. Monitoring and management strategy for Helicoverpa armigera resistance to Bt cotton in China. Journal of Invertebrate Pathology. 95 (3), 220-223 (2007).
  2. Jiang, X., Luo, L., Zhang, L., Sappington, T. W., Hu, Y. Regulation of Migration in Mythimna separata (Walker) in China: A Review Integrating Environmental, Physiological, Hormonal, Genetic, and Molecular Factors. Environmental Entomology. 40 (3), 516-533 (2011).
  3. Su, J., Lai, T., Li, J. Susceptibility of field populations of Spodoptera litura (Fabricius) (Lepidoptera: Noctuidae) in China to chlorantraniliprole and the activities of detoxification enzymes. Crop Protection. 42, 217-222 (2012).
  4. Che, W., Shi, T. Insecticide Resistance Status of Field Populations of Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae) From China. Journal of Economic Entomology. 106 (4), 1855-1862 (2013).
  5. Jiang, X., Luo, L. Regulation of Migration in Mythimna separata (Walker) in China: A Review Integrating Environmental, Physiological, Hormonal, Genetic, and Molecular Factors. Environmental Entomology. 40 (3), 516-533 (2011).
  6. Kiss, M., Nowinszky, L., Puskás, J. Examination of female proportion of light trapped turnip moth (Scotia segetum Schiff.). Acta Phytopathologica Et Entomologica Hungarica. 37, 251-256 (2002).
  7. Jiang, X. F., Luo, L. Z., Sappington, T. W. Relationship of flight and reproduction in beet armyworm, Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae), a migrant lacking the oogenesis-flight syndrome. Journal of insect physiology. 56 (11), 1631-1637 (2010).
  8. Sun, Y., Chen, R., Wang, S., Bao, X. Morphological observation on the development of female reproductive system in meadow moth Loxostege sticticalis L. Acta Entomologica Sinica. 34, 248-249 (1991).
  9. Fu, X., Feng, H., Liu, Z., Wu, K. Trans-regional migration of the beet armyworm, Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae), in North-East Asia. PLoS One. 12 (8), e0183582 (2017).
  10. Cusson, M., McNeil, J. N., Tobe, S. S. In vitro biosynthesis of juvenile hormone by corpora allata of Pseudaletia unipuncta virgin females as a function of age, environmental conditions, calling behaviour and ovarian development. Journal of Insect Physiology. 36 (2), 139-146 (1990).
  11. Fu, X. W., et al. Seasonal migration of Cnaphalocrocis medinalis (Lepidoptera: Crambidae) over the Bohai Sea in northern China. Bulletin of entomological research. 104 (5), 601-609 (2014).
  12. Telfer, W. H. Egg formation in Lepidoptera. Journal of Insect Science. 9, 1-21 (2009).
  13. Wu, K., Guo, Y., Wu, Y. Ovarian development of adult females of cotton bollworm and its relation to migratory behavior around Bohai bay of China. Acta Ecologica Sinica. 22 (7), 1075-1078 (2002).
  14. Wada, T., Ogawa, Y., Nakasuga, T. Geographical difference in mated status and autumn migration in the rice leaf roller moth, Cnaphalocrocis medinalis. Entomologia Experimentalis et Applicata. 46 (2), 141-148 (1988).
  15. Xingquan, K., Calvin, D. D. Female European corn borer (Lepidoptera: Crambidae) ovarian developmental stages: Their association with oviposition and use in a classification system. Journal of economic entomology. 97 (3), 828-835 (2004).
  16. Ge, S., et al. Potential trade-offs between reproduction and migratory flight in Spodoptera frugiperda. Journal of insect physiology. 132, 104248 (2021).
  17. Han, L. Z., Gu, H. N. Reproduction-Flight Relationship in the Beet Armyworm, Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae). Environmental Entomology. 37 (2), 374-381 (2008).
  18. Zhou, Y., et al. Long-term insect censuses capture progressive loss of ecosystem functioning in East Asia. Science Advances. 9 (5), eade9341 (2023).
  19. Hu, G., Lim, K. S., Horvitz, N. Mass seasonal bioflows of high-flying insect migrants. Science. 354 (6319), 1584-1587 (2016).
  20. Hu, G., et al. Environmental drivers of annual population fluctuations in a trans-Saharan insect migrant. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 118 (26), e2102762118 (2021).
  21. Fu, X., Liu, Y., Li, C. Seasonal migration of Apolygus lucorum (Hemiptera: Miridae) over the Bohai Sea in northern China. Journal of Economic Entomology. 107 (4), 1399-1410 (2014).
  22. Fu, X., Liu, Y., Li, Y., Ali, A., Wu, K. Does Athetis lepigone Moth (Lepidoptera: Noctuidae) Take a Long-Distance Migration. Journal of Economic Entomology. 107 (3), 995-1002 (2014).
  23. Huang, J., et al. The Effect of Larval Diet on the Flight Capability of the Adult Moth (Athetis lepigone) (Möschler) (Lepidoptera: Noctuidae). Florida Entomologist. 105 (4), 287-294 (2023).
  24. Sun, X., Hu, C., Jia, H. Case study on the first immigration of fall armyworm, Spodoptera frugiperda invading into China. Journal of Integrative Agriculture. 20 (3), 664-672 (2021).
  25. Feng, H. Q., Wu, K. M., Cheng, D. F., Guo, Y. Y. Northward migration of Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) and other moths in early summer observed with radar in northern China. Journal of Economic Entomology. 97 (6), 1874-1883 (2004).
  26. Ge, S. S., et al. Flight activity promotes reproductive processes in the fall armyworm, Spodoptera frugiperda. Journal of Integrative Agriculture. 20 (3), 727-735 (2021).
  27. Guerra, P. A., Pollack, G. S. Flight behaviour attenuates the trade-off between flight capability and reproduction in a wing polymorphic cricket. Biology Letters. 5 (2), 229-231 (2009).
  28. He, W., Zhao, X., Ge, S., Wu, K. Food attractants for field population monitoring of Spodoptera exigua (Hübner). Crop Protection. 145, 105616 (2021).
  29. He, L. M., et al. Adult nutrition affects reproduction and flight performance of the invasive fall armyworm, Spodoptera frugiperda in China. Journal of Integrative Agriculture. 20 (3), 715-726 (2021).
  30. Kongming, W., Yuyuan, G., Yan, W. Ovarian development of adult females of cotton bollworm and its relation to migratory behavior around Bohai Bay of China. Acta Ecologica Sinica. 22 (7), 1075-1078 (2002).
  31. Feng, H., Wu, X. Seasonal Migration of Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) Over the Bohai Sea. Journal of Economic Entomology. 102 (1), 95-104 (2009).
  32. Miao, J., Guo, P., Li, H. Low Barometric Pressure Enhances Tethered-Flight Performance and Reproductive of the Oriental Armyworm, Mythimna separata (Lepidoptera: Noctuidae). Journal of Economic Entomology. 114 (2), 620-626 (2021).
  33. Fu, X., Zhao, X. Seasonal Pattern of Spodoptera litura (Lepidoptera: Noctuidae) Migration Across the Bohai Strait in Northern China. Journal of Economic Entomology. 108 (2), 525-538 (2015).
  34. Rhainds, M., Kettela, E. G. Oviposition threshold for flight in an inter-reproductive migrant moth. Journal of Insect Behavior. 26 (6), 850-859 (2013).
  35. Showers, W. B. Migratory ecology of the black cutworm. Annual review of entomology. 42, 393-425 (1997).
  36. Zhang, Z., et al. Morphological differences of the reproductive system could be used to predict the optimum Grapholita molesta (Busck) control period. Scientific Reports. 7 (1), 8198 (2017).
  37. Zheng, D. B., Hu, G., Yang, Ovarian development status and population characteristics of Sogatella furcifera (Horváth) and Nilaparvata lugens (Stål): implications for pest forecasting. Journal of Applied Entomology. 138 (1-2), 67-77 (2014).
  38. Wan, G. J., Jiang, S. L. Geomagnetic field absence reduces adult body weight of a migratory insect by disrupting feeding behavior and appetite regulation. Insect Science. 28 (1), 251-260 (2021).
  39. Laštůvka, Z. Climate change and its possible influence on the occurrence and importance of insect pests. Plant protection science. 45, S53-S62 (2009).
  40. Xu, R. B., Ge, S. S. Physiological and Environmental Influences on Wingbeat Frequency of Oriental Armyworm, Mythimna separata (Lepidoptera: Noctuidae). Environmental Entomology. 52 (1), 1-8 (2022).
  41. Jiang, X., Cai, B. Influences of temperature and humidity synthesize on flight capacity in the moth s of Oriental armyworm, Mythimna separata(Walker). Acta Ecologica Sinica. 23 (4), 738-743 (2003).
  42. Zhang, L., Luo, L., Jiang, X. Starvation influences allatotropin gene expression and juvenile hormone titer in the female adult oriental armyworm, Mythimna separata. Archives of Insect Biochemistry and Physiology. 68 (2), 63-70 (2008).

Play Video

Cite This Article
Sindhu, L., Guo, S., Song, Y., Li, L., Cui, H., Guo, W., Lv, S., Yu, Y., Men, X. Dissection and Grading of Ovarian Development in Wild-Type Female Insects. J. Vis. Exp. (197), e65644, doi:10.3791/65644 (2023).

View Video