Utilisation de flight Mills pour mesurer la propension et la performance du ver de racine de maïs occidental, Diabrotica virgifera virgifera (LeConte)
Summary
Les usines de vol sont des outils importants pour comparer comment l’âge, le sexe, l’état d’accouplement, la température ou divers autres facteurs peuvent influencer le comportement de vold’uninsecte. Ici, nous décrivons les protocoles d’attache et de mesurer la propension de vol et la performance du ver racine de maïs occidental sous différents traitements.
Abstract
Le ver racine du maïs occidental, Diabrotica virgifera virgifera (LeConte) (Coleoptera: Chrysomelidae), est un ravageur économiquement important du maïs dans le nord des États-Unis. Certaines populations ont développé une résistance aux stratégies de gestion, y compris le maïs transgénique qui produit des toxines insecticides dérivées de la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt). La connaissance de la dispersion du ver racine du maïs occidental est d’une importance cruciale pour les modèles d’évolution, de propagation et d’atténuation de la résistance. Le comportement de vol d’un insecte, surtout sur une longue distance, est intrinsèquement difficile à observer et à caractériser. Les usines de vol fournissent un moyen de tester directement les impacts et les conséquences développementaux et physiologiques du vol en laboratoire qui ne peuvent être obtenus dans le domaine des études. Dans cette étude, les usines de vol ont été utilisées pour mesurer le moment de l’activité de vol, le nombre total de vols, ainsi que la distance, la durée et la vitesse des vols effectués par des vers-racines femelles au cours d’une période d’essai de 22 h. Seize moulins de vol étaient logés dans une chambre environnementale avec un éclairage programmable, la température et le contrôle de l’humidité. Le moulin de vol décrit est d’une conception typique, où un bras de vol est libre de tourner autour d’un pivot central. La rotation est causée par le vol d’un insecte attaché à une extrémité du bras de vol, et chaque rotation est enregistrée par un capteur avec un horodatage. Les données brutes sont compilées par logiciel, qui sont ensuite traitées pour fournir des statistiques sommaires pour les paramètres de vol d’intérêt. La tâche la plus difficile pour toute étude de moulin de vol est l’attachement de l’attache à l’insecte avec un adhésif, et la méthode utilisée doit être adaptée à chaque espèce. L’attachement doit être assez fort pour maintenir l’insecte dans une orientation rigide et pour empêcher le détachement pendant le mouvement, tout en n’interférant pas avec le mouvement naturel d’aile pendant le vol. Le processus d’attachement nécessite de la dextérité, de la finesse et de la vitesse, ce qui rend les séquences vidéo du processus pour les vers à racine de valeur.
Introduction
Le ver racine du maïs occidental, Diabrotica virgifera virgifera LeConte (Coleoptera: Chrysomelidae), a été identifié comme un ravageur du maïs cultivé en 19091. Aujourd’hui, c’est le ravageur le plus important du maïs (Zea mays L.) dans la ceinture de maïs des États-Unis, avec l’alimentation larvaire sur les racines de maïs causant la plupart de la perte de rendement associée à ce ravageur. Les coûts annuels de gestion et les pertes de production de maïs dus au ver racine du maïs sont estimés à plus de 1 milliard de dollars2. Le ver racine du maïs occidental est très adaptable, et les populations ont développé une résistance à de multiples stratégies de gestion, y compris les insecticides, la rotation des cultures et le maïs Bt transgénique3. La détermination des dimensions spatiales sur les tactiques à appliquer pour atténuer le développement local de la résistance, ou un point chaud de résistance, dépend d’une meilleure compréhension de la dispersion4. Les mesures d’atténuation ne seront pas couronnées de succès si elles sont limitées à une échelle spatiale trop petite autour d’un point chaud de résistance, car les adultes résistants se disperseront au-delà de la zone d’atténuation5. Il est important de comprendre le comportement de vol du ver racine du maïs occidental pour créer des plans efficaces de gestion de la résistance pour ce ravageur.
La dispersion par vol joue un rôle important dans l’histoire de la vie et l’écologie de la vie du ver racine du maïs occidental adulte6, et le comportement de vol de ce ravageur peut être étudié en laboratoire. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour mesurer le comportement en vol en laboratoire. Un actographe, qui limite le vol dans un plan vertical, peut mesurer la durée de vol d’un insecte. Des actographes ont été utilisés pour comparer la durée de vol et les modèles de périodicité des mâles et des femelles de ver racine de maïs occidental à différents âges, tailles de corps, températures, sensibilité d’insecticide, et exposition d’insecticide7,8, 9. Les tunnels de vol, qui se composent d’une chambre de suivi et d’un flux d’air dirigé, sont particulièrement utiles pour examiner le comportement de vol d’insecte en suivant un panache d’odeur, tel que les composants candidats de phéromone10 ou les volatiles de plante11. Les usines de vol sont peut-être la méthode la plus courante pour les études en laboratoire sur le comportement des insectes en vol et peuvent caractériser plusieurs aspects de la propension et de la performance des vols. Des usines de vol de laboratoire ont été employées dans des études sur le ver racine du maïs occidental pour caractériser la propension à effectuer des vols courts et soutenus ainsi que le contrôle hormonal du vol soutenu12,13.
Les usines de vol offrent un moyen relativement simple d’étudier le comportement des insectes en vol dans des conditions de laboratoire en permettant aux chercheurs de mesurer divers paramètres de vol, y compris la périodicité, la vitesse, la distance et la durée. Bon nombre des moulins de vol utilisés aujourd’hui sont dérivés des ronds-points de Kennedy et al.14 et Krogh et Weis-Fogh15. Les usines de vol peuvent être différentes dans la forme et la taille, mais le principe de base reste le même. Un insecte est attaché et monté sur un bras horizontal radial qui est libre de tourner, avec un minimum de frottement, sur un arbre vertical. Comme l’insecte vole vers l’avant, son chemin est limité à tourner dans un plan horizontal, avec la distance parcourue par rotation dictée par la longueur du bras. Un capteur est généralement utilisé pour détecter chaque rotation du bras causée par l’activité de vol de l’insecte. Les données brutes comprennent les rotations par heure unitaire et l’heure du vol d’une journée. Les données sont introduites dans un ordinateur pour l’enregistrement. Les données provenant de plusieurs usines de vol sont souvent enregistrées en parallèle, essentiellement simultanément, les banques de 16 et 32 usines de vol étant courantes. Les données brutes sont traitées par un logiciel personnalisé pour fournir des valeurs pour des variables telles que la vitesse de vol, le nombre total de vols distincts, la distance et la durée des vols, et ainsi de suite.
Chaque espèce d’insecte est différente quand il s’agit de la meilleure méthode pour attacher en raison de variables morphologiques telles que la taille globale, la taille et la forme de la zone cible pour attacher l’attache, la douceur et la flexibilité de l’insecte, le besoin et la méthode pour anesthésie, potentiel d’encrassement des ailes et/ou de la tête avec un adhésif égaré ou débordant, et beaucoup, beaucoup plus de détails. Dans les cas d’attachement visualisé d’un insecte plataspid16 et d’un coléoptère d’ambroisie17,les zones cibles respectives pour l’attachement d’attache sont relativement grandes et pardonnent le placement adhésif imprécis parce que la tête et les ailes sont quelque peu bien séparé du site de fixation. Il ne s’agit pas de minimiser la difficulté d’attacher ces insectes, ce qui est exigeant pour n’importe quelle espèce. Mais le ver racine de maïs occidental est un insecte particulièrement difficile à attacher: le pronotum est étroit et court, ce qui rend l’attachement très précis avec une quantité minimale d’adhésif (cire dentaire dans ce cas) nécessaire pour empêcher toute interférence avec l’ouverture de l’elytra pour le vol et avec la tête, où le contact avec les yeux ou les antennes peut affecter le comportement. En même temps, l’attache doit être fermement attachée pour éviter le délogement par ce dépliant fort. La démonstration de l’attache des adultes de ver de racine est l’offre la plus importante dans ce document. Il devrait être utile à d’autres qui travaillent avec cet insecte ou similaires où la méthode visualisée ici pourrait être une option utile.
Cet article décrit les méthodes utilisées pour attacher efficacement et caractériser l’activité de vol des adultes de ver racine de maïs occidental qui ont été élevés à différentes densités larvaires. Les moulins de vol et les logiciels utilisés dans la présente étude (figure 1) ont été dérivés de dessins affichés sur Internet par Jones et coll.18 Les techniques d’attache ont été modifiées à partir de la description de Stebbing et coll.9 Un tableau de 16 moulins de vol a été modifié. dans une chambre environnementale, conçue pour contrôler l’éclairage, l’humidité et la température (figure 2). L’utilisation de cette configuration ou d’une configuration similaire ainsi que les techniques suivantes permet d’éliminer les facteurs qui peuvent influencer la propension au vol et la performance du ver racine du maïs occidental, y compris l’âge, le sexe, la température, la photopériode et bien d’autres.
Protocol
Representative Results
Discussion
Caractériser le comportement de vol du ver racine du maïs occidental est important pour concevoir des plans efficaces de gestion de la résistance. Le comportement de vol de ce ravageur a été étudié en laboratoire à l’aide de diverses méthodes, y compris des actographes, des tunnels de vol et des moulins à vol. Les usines de vol, telles que décrites et illustrées dans le présent document, permettent aux insectes de faire des vols ininterrompus afin que les chercheurs puissent quantifier les paramètres de vol…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
L’assistant diplômé d’E.Y.Y. a été soutenu par la National Science Foundation I/UCRC, le Center for Arthropod Management Technologies, dans le cadre de la subvention No. IIP-1338775, et partenaires de l’industrie.
Materials
| Butane multi-purpose lighter | BIC | UXMPFD2DC | To soften wax when tethering |
| Clear polystyrene plastic vial (45-ml) | Freund Container and Supply | AS112 | To hold beetle while anesthetizing |
| Dehydrated culture media, agar powder | Fisher Scientific | S14153 | To make agar for holding moisture for adults |
| Delrin rod (1" diameter, 3.75" long) | Many suppliers: can use cheapest on the internet. | For post of flight mill | |
| Dental wax | DenTek | 47701000335 | Adheres wire tether to prothorax |
| Ferrite ring magnets (OD: 0.69”, ID: 0.29”, Thickness: 0.118”; 7oz pull) | Magnet Shop | 63B06929118 | Opposing – to generate the float. |
| Hall effect sensor | Optikinc | OHN3120U | Look under magnetic sensors on the left side of the Optekinc website then look for the part number. A link is given for current suppliers. |
| Hypodermic tubing (22 gauge; 0.0358” OD x 0.01975” ID x 0.004” wall) | Small Parts, Inc. | HTX-22T-12 | Used for flight mill arms and main axis rod. |
| Incubator (104.1 x 85.4 x 196.1 cm) | Percival Scientific | I-41VL | |
| LabVIEW Full Development System software, system-design platform | National Instruments (See http://www.ni.com/en-us/shop/labview/select-edition.html) | LabVIEW 2018 (Full Edition) | Provides environment needed to run flight mill files (.vi extensions) available for download from Jones et al.18 at http://entomology.tfrec.wsu.edu/VPJ_Lab/Flight-Mill. LabVIEW 2018 Full is compatible with Win/Mac/Linux operating systems. |
| Mesh cage (18 x 18 x 18 cm) | MegaView Science Co. Ltd. | BugDorm-4M1515 | mesh size = 44 x 32, 650 µm aperture |
| Needle tool | BLICK | 34920-1063 | For scoring soil surface for egg laying in laboratory |
| Nickel ring magnets (3/16” OD x 1/16” ID x: 1/16” thick) | K&J Magnetics | R311 | Used to trigger the digital hall effect sensor. |
| Petri dish (100 mm x 15 mm) | Fisher Scientific | S33580A | |
| Plastic container (44-ml) | Dart | 150PC | For initial rearing of young larvae |
| Plastic container (473-ml) | Placon | 22885 | For rearing of older larvae |
| Round brush (size 2) | Simply Simmons | 10472906 | For transferring freshly hatched neonates to surface of roots |
| Sieve (250-µm) | Fisher Scientific | 08-418-05 | To separate eggs from soil |
| Steel wire (28-gauge) | The Hillman Group | 38902350282 | |
| Teflon rod (3/8" diameter, 3/4" length) | United States Plastic Corporation | 47503 | To accept the rotating arm. |
| Vacuum | Gast Manufacturing, Inc. | 1531-107B-G288X | For aspirating adults in laboratory |
| White poly chiffon fabric | Hobby Lobby | 194811 | To prevent escape of larvae from rearing container |
References
- Gillette, C. P. Diabrotica virgifera Lec. as a corn root-worm. Journal of Economic Entomology. 5 (4), 364-366 (1912).
- Rice, M. E. Transgenic rootworm corn: assessing potential agronomic, economic, and environmental benefits. Plant Management Network. , (2004).
- Gray, M. E., Sappington, T. W., Miller, N. J., Moeser, J., Bohn, M. O. Adaptation and invasiveness of western corn rootworm: Intensifying research on a worsening pest. Annual Review of Entomology. 54 (1), 303-321 (2009).
- Martinez, J. C., Caprio, M. A. IPM use with the deployment of a nonhigh dose Bt pyramid and mitigation of resistance for western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera). Environmental Entomology. 45 (3), 747-761 (2016).
- Miller, N. J., Sappington, T. W. Role of dispersal in resistance evolution and spread. Current Opinion in Insect Science. 21, 68-74 (2017).
- Spencer, J. L., Hibbard, B. E., Moeser, J., Onstad, D. W. Behaviour and ecology of the western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte). Agricultural and Forest Entomology. 11, 9-27 (2009).
- VanWoerkom, G. J., Turpin, F. T., Barret, J. R. Influence of constant and changing temperatures on locomotor activity of adult western corn rootworms (Diabrotica virgifera) in the laboratory. Environmental Entomology. 9 (1), 32-34 (1980).
- Naranjo, S. E. Comparative flight behavior of Diabrotica virgifera virgifera and Diabrotica barberi in the laboratory. Entomologia Experimentalis et Applicata. 55 (1), 79-90 (1990).
- Stebbing, J. A., et al. Flight behavior of methyl-parathion-resistant and -susceptible western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae) populations from Nebraska. Journal of Economic Entomology. 98 (4), 1294-1304 (2005).
- Dobson, I. D., Teal, P. E. A. Analysis of long-range reproductive behavior of male Diabrotica virgifera virgifera LeConte and D. barberi Smith and Lawrence to stereoisomers of 8-methyl-2decyl propanoate under laboratory conditions. Journal of Chemical Ecology. 13 (6), 1331-1341 (1987).
- Spencer, J. L., Isard, S. A., Levine, E. Free flight of western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae) to corn and soybean plants in a walk-in wind tunnel. Journal of Economic Entomology. 92 (1), 146-155 (1999).
- Coats, S. A., Tollefson, J. J., Mutchmor, J. A. Study of migratory flight in the western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae). Environmental Entomology. 15 (3), 620-625 (1986).
- Coats, S. A., Mutchmor, J. A., Tollefson, J. J. Regulation of migratory flight by juvenile hormone mimic and inhibitor in the western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae). Annals of the Entomological Society of America. 80 (5), 697-708 (1987).
- Kennedy, J. S., Ainsworth, M., Toms, B. A. Laboratory studies on the spraying of locusts at rest and in flight. Anti-Locust Bull. L. 2, 64 (1948).
- Krogh, A., Weis-Fogh, T. A Roundabout for studying sustained flight of Locusts. Journal of Experimental Biology. 29, 211-219 (1952).
- Attisano, A., Murphy, J. T., Vickers, A., Moore, P. J. A simple flight mill for the study of tethered flight in insects. Journal of Visualized Experiments. (106), e53377 (2015).
- Okada, R., Pham, D. L., Ito, Y., Yamasaki, M., Ikeno, H. Measuring the flight ability of the ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Murayama), using a low-cost, small, and easily constructed flight mill. Journal of Visualized Experiments. (138), e57468 (2018).
- Jones, V. P., Naranjo, S. E., Smith, T. J. . Insect ecology and behavior: laboratory flight mill studies. , (2010).
- Abendroth, L. J., Elmore, R. W., Boyer, M. J., Marlay, S. K. . Corn Growth and Development. , (2011).
- Meinke, L. J., Sappington, T. W., Onstad, D. W., Guillemaud, T., Miller, N. J., Komáromi, J., Levay, N., Furlan, L., Kiss, J., Toth, F. Western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) population dynamics. Agricultural and Forest Entomology. 11, 29-46 (2009).
- Hammack, L., French, B. W. Sexual dimorphism of basitarsi in pest species of Diabrotica and Cerotoma (Coleoptera: Chrysomelidae). Annals of the Entomological Society of America. 100 (1), 59-63 (2007).
- Guss, P. L. The sex pheromone of the western corn rootworm (Diabrotica virgifera). Environmental Entomology. 5 (2), 219-223 (1976).
- Hammack, L. Calling behavior in female western corn rootworm beetles (Coleoptera: Chrysomelidae). Annals of the Entomological Society of America. 88 (4), 562-569 (1995).
- Minter, M., Pearson, A., Lim, K. S., Wilson, K., Chapman, J. W., Jones, C. M. The tethered flight technique as a tool for studying life-history strategies associated with migration in insects. Ecological Entomology. 43, 397-411 (2018).
- Ribak, G., Barkan, S., Soroker, V. The aerodynamics of flight in an insect flight-mill. PLoS One. 12 (11), e0186441 (2017).
- Riley, J. R., Downham, M. C. A., Cooter, R. J. Comparison of the performance of leafhoppers on flight mills with that to be expected in free flight. Entomologia Experimentalis et Applicata. 83, 317-322 (1997).
- Isard, S. A., Spencer, J. L., Mabry, T. R., Levine, E. Influence of atmospheric conditions on high-elevation flight of western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae). Environmental Entomology. 33 (3), 650-656 (2004).
- Chapman, J. W., Reynolds, D. R., Wilson, K. Long-range seasonal migration in insects: mechanisms, evolutionary drivers and ecological consequences. Ecology Letters. 18, 287-302 (2015).
- Spencer, J. L., Mabry, T. R., Vaughn, T. T. Use of transgenic plants to measure insect herbivore movement. Journal of Economic Entomology. 96 (6), 1738-1749 (2003).
- Isard, S. A., Spencer, J. L., Nasser, M. A., Levine, E. Aerial movement of western corn rootworm, Diabrotica virgifera virgifera (Coleoptera: Chrysomelidae): diel periodicity of flight activity in soybean fields. Environmental Entomology. 29 (2), 226-234 (2000).
- Kim, K. S., Sappington, T. W. Genetic structuring of western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae) populations in the U.S. based on microsatellite loci analysis. Environmental Entomology. 34 (2), 494-503 (2005).
