characterizing-herbivore-resistance-mechanisms-spittlebugs-on

Characterizing Herbivore Resistance Mechanisms: Spittlebugs on <em>Brachiaria</em> spp. as an Example

Plants can resist herbivore damage through three broad mechanisms: antixenosis, antibiosis and tolerance1. Antixenosis is the degree to which the plant is ...

Antibiose und Toleranz zu f&#xFC;nf Arten von spittlebug (Homoptera: Cercopidae) in Brachiaria spp. Implikationen f&#xFC;r die Z&#xFC;chtung auf Resistenz.

Several genera and species of spittlebugs (Homoptera: Cercopidae) are economic pests of Brachiaria spp. grasses in tropical America. To support current breeding programs aimed at obtaining multiple spittlebug resistance, we undertook a series of studies on antibiosis and tolerance as possible mechanisms of resistance to five major spittlebug species affecting Brachiaria spp. in Colombia: Aeneolamia varia (F.), Aeneolamia reducta (Lallemand), Zulia carbonaria (Lallemand), Zulia pubescens (F.), and Mahanarva trifissa (Jacobi). Four host genotypes, well known for their reaction to A. varia attack, were used to compare their resistance to other spittlebug species: CIAT 0654 and CIAT 0606 (susceptible) and CIAT 6294 and CIAT 36062 (resistant). CIAT 0654 and CIAT 36062 were used in antibiosis studies. Tolerance studies were conducted with CIAT 0654, CIAT 6294, and CIAT 36062. Sixty-five hybrid-derived clones were used to identify levels of multiple resistance to three spittlebug species. The levels of antibiosis resistance in CIAT 36062 clearly differed by spittlebug species and were classified as follows: very high for M. trifissa, high for A. varia and A. reducta, moderate for Z. pubescens, and absent for Z. carbonaria. Our results suggest the presence of true tolerance to Z. carbonaria in CIAT 6294 and CIAT 36062, true tolerance to Z. pubescens in CIAT 6294 and a combination of tolerance and antibiosis as mechanisms of resistance to Z. pubescens in CIAT 36062. Of the 65 hybrid clones tested with A. varia, A. reducta, and Z. carbonaria, 15 combined resistance to two species and three showed antibiosis resistance to all three spittlebug species.

Antibiosis and tolerance to five species of spittlebug (Homoptera: Cercopidae) in Brachiaria spp.: implications for breeding for resistance.

The response of one susceptible and three resistant Brachiaria spp. (Hemiptera: Cercopidae) genotypes to individual or combined attacks by nymphs of Aeneolamia varia (F.), Aeneolamia reducta (Lallemand), Zulia carbonaria (Lallemand), and Zulia pubescens (F.) was studied. We assessed the effect of infesting plants of the susceptible check BRX 44-02 and of the A. varia-resistant genotypes CIAT 6294 and CIAT 36062 with A. varia, Z. carbonaria, or Z. pubescens either alone or in two-species combinations. In a second trial, we studied the performance of BRX 44-02, CIAT 6294, and the multiple resistant clone SX01NO/0102 exposed to individual or combined attack by A. reducta and Z. carbonaria. In a third trial, we compared the response of BRX 44-02, CIAT 6294, and CIAT 36062 to individual A. varia, Z. carbonaria, or Z. pubescens attack as opposed to a combined three-species attack. Plant damage scores and percentage of nymphal survival were recorded in all three trials. Data on percentage of survival indicated that competition between and among spittlebug species occurs. However, we found no evidence of interaction between species competition and different levels of resistance to spittlebug. Rather, host genotype reactions conformed to previously known categories of resistance regardless of the presence of more than one spittlebug species. Resistance rather than competition seems to have been the overriding factor determining nymph survival and resistance expression (damage scores) in these experiments. Our results corroborate the need to develop brachiariagrass genotypes with multiple resistance to spittlebugs.

Response of resistant and susceptible Brachiaria spp. genotypes to simultaneous infestation with multiple species of spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae).

Die Antwort eines anf&auml;llig und drei best&auml;ndig Brachiaria spp. (Hemiptera: Cercopidae) Genotypen zu einzelnen oder kombinierten Angriffe durch Nymphen von Aeneolamia Varia (F.), Aeneolamia Reducta (Lallemand), Zulia Carbonaria (Lallemand), und Zulia Pubescens (F.) wurde untersucht. Wir beurteilen die Wirkung von Pflanzen der empf&auml;nglichen Check BRX 44-02 und der A. Varia-resistenten Genotypen CIAT 6294 und CIAT 36062 mit A. Varia, Z. Carbonaria oder Z. Pubescens befallen, entweder allein oder in Kombinationen von zwei Arten. In einer zweiten Studie, studierten wir der Leistung von BRX 44-02, CIAT 6294 und Multiple-resistente Klon SX01NO/0102, einzeln oder gemeinsam Angriff von A. ausgesetzt Reducta und Z. Carbonaria. In einer dritten Studie, verglichen wir der Antwort von BRX 44-02, CIAT 6294 und CIAT 36062 einzelne A. Varia, Z. Carbonaria oder Z. Pubescens angreifen, im Gegensatz zu einem kombinierten drei-Arten-Angriff. Pflanze Schaden Resultate und Prozentsatz der nymphal &uuml;berleben wurden in allen drei Studien aufgenommen. Daten auf Prozentsatz des &Uuml;berlebens ergab, dass Wettbewerb zwischen den Arten der Spittlebug auftritt. Jedoch fanden wir keine Hinweise auf Wechselwirkungen zwischen Arten-Wettbewerb und verschiedenen Ebenen des Widerstands gegen die Spittlebug. Vielmehr entsprach Host Genotyp Reaktionen bisher bekannten Kategorien des Widerstandes ohne Ber&uuml;cksichtigung von mehr als einer Spittlebug Spezies. Widerstand statt Wettbewerb scheint gewesen zu sein, das &Uuml;berschreiben Faktor bestimmende Ausdruck f&uuml;r die Nymphe-&uuml;berleben und Widerstand (Besch&auml;digung Resultate) in diesen Experimenten. Unsere Ergebnisse best&auml;tigen die Notwendigkeit, Brachiariagrass Genotypen mit mehreren Widerstand gegen Spittlebugs zu entwickeln.

Reaktion der best&auml;ndig und empf&auml;nglichen Brachiaria spp. Genotypen auf gleichzeitige Befall mit mehreren Arten von Spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae).

Several greenhouse experiments were used to measure how high levels of antibiosis resistance to nymphs in two interspecific Brachiaria (brachiariagrass) hybrids affect life history parameters of the spittlebugs Aeneolamia varia (F.) and Zulia carbonaria (Lallemand), two of the most important spittlebug (Hemiptera: Cercopidae) species affecting Brachiaria production in Colombia. The A. varia-resistant hybrid CIAT 36062, the Z. carbonaria-resistant hybrid SX01NO/0102, and the susceptible accession CIAT 0654 were used to compare the effect of all possible combinations of food sources for nymphs and adults. Calculation of growth indexes showed a significant impact of antibiosis resistance on the biology of immature stages of both species. Median survival times of adults feeding on resistant genotypes did not differ from those recorded on the susceptible genotype, suggesting that factors responsible for high mortality of nymphs in the resistant hybrids did not affect adult survival. Rearing nymphs of A. varia on CIAT 36062 and of Z. carbonaria on SX01NO/0102 had deleterious sublethal effects on the reproductive biology of resulting adult females. It is concluded that high nymphal mortality and subsequent sublethal effects of nymphal antibiosis on adults should have a major impact on the demography of the two spittlebug species studied.

Sublethal effects of antibiosis resistance on the reproductive biology of two spittlebug (Hemiptera: Cercopidae) species affecting Brachiaria spp.

Verschiedene Gew&auml;chshaus-Experimente wurden verwendet, um zu messen wie hoch Stufen der Antibiose Widerstand gegen Nymphen in zwei Interspezifische Brachiaria (Brachiariagrass)-Hybriden Lebensgeschichte Parameter von der Spittlebugs Aeneolamia Varia beeinflussen (F.) und Zulia Carbonaria (Lallemand), zwei der wichtigsten Spittlebug (Hemiptera: Cercopidae) Arten Brachiaria Herstellung in Kolumbien. A. Varia-resistente Hybriden CIAT 36062 Z. Carbonaria-resistente Hybriden SX01NO/0102 und empf&auml;nglicher Beitritts CIAT 0654 wurden verwendet, um die Wirkung aller m&ouml;glichen Kombinationen von Nahrungsquellen f&uuml;r Nymphen und Erwachsene zu vergleichen. Berechnung der Indizes Wachstum zeigte sich erheblich Antibiose Widerstand auf die Biologie der unreifen Stadien beider Arten. Mediane &Uuml;berlebenszeiten von Erwachsenen, die F&uuml;tterung auf resistenten Genotypen Unterschied sich nicht von denen auf der anf&auml;lligen Genotyp, was darauf hindeutet, dass Faktoren verantwortlich f&uuml;r die hohe Sterblichkeit der Nymphen in die resistenten Hybriden Erwachsene &Uuml;berleben nicht beeinflussten aufgezeichnet. Aufzucht Nymphen von A. Varia auf CIAT 36062 und Z. Carbonaria auf SX01NO/0102 hatte sch&auml;dliche subletale Wirkungen auf die Reproduktionsbiologie des resultierenden adulte Weibchen. Es wird der Schluss gezogen, dass hohe nymphal Mortalit&auml;t und nachfolgende subletale Wirkungen von nymphal Antibiose auf Erwachsene einen gro&szlig;en Einfluss auf die Demographie der beiden Spittlebug Arten untersucht haben.

Subletale Wirkungen der Antibiose Widerstand auf die Reproduktionsbiologie von zwei Spittlebug (Hemiptera: Cercopidae) Arten beeinflussen Brachiaria spp.

Both nymphal and adult stages of several species of spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae) are key economic pests of brachiariagrasses (Brachiaria spp.) in tropical America. Progress has been made in the characterization and development of antibiosis resistance to nymphs in brachiariagrasses. Essentially no attention has been given to screening germplasm for resistance to adults. To support current breeding programs, a series of experiments was conducted to develop a methodology to screen for adult damage and to study categories of resistance to adult feeding damage. Six host brachiariagrass genotypes were used: two susceptible checks (CIAT 0606 and CIAT 0654) and four nymph-resistant genotypes (CIAT 6294, CIAT 36062, CIAT 36087, and SX01NO/0102). Test insects were Aeneolamia varia (F.) and Zulia carbonaria (Lallemand). None of the nymph-resistant genotypes was antibiotic to adults. All four nymph-resistant genotypes showed tolerance to A. varia and Z. carbonaria feeding damage. The levels of tolerance to adults of Z. carbonaria, a larger, more aggressive species, were lower. Of the four nymph-resistant genotypes, only CIAT 6294 and CIAT 36087 showed some tolerance to Z. carbonaria expressed as lower leaf damage scores, less chlorophyll loss, and lower functional plant loss indices. The fact that a genotype like SX01NO/0102, which is highly antibiotic to nymphs, is susceptible to adult damage suggests that mechanisms of resistance to the two spittlebug life stages may be independent. Results of these studies suggest a need to incorporate routine screening for tolerance to adult feeding damage as an additional selection criterion in the breeding scheme.

Screening for resistance to adult spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae) in Brachiaria spp.: methods and categories of resistance.

Sowohl Erwachsene als auch nymphal Stadien der mehrere Arten von Spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae) sind wichtige wirtschaftliche Sch&auml;dlinge von Brachiariagrasses (Brachiaria spp.) im tropischen Amerika. In der Charakterisierung und Entwicklung von Antibiose Widerstand erzielt zu Nymphen im Brachiariagrasses wurden Fortschritte. Auf screening Germplasm Widerstandsf&auml;higkeit gegen Erwachsene wurde im Wesentlichen keine Aufmerksamkeit geschenkt. Um aktuelle Zuchtprogramme zu unterst&uuml;tzen, wurde eine Reihe von Experimenten, eine Methodik zum Bildschirm f&uuml;r Erwachsenen Schaden und Kategorien des Widerstands zu Erwachsenen F&uuml;tterung Schaden zu studieren durchgef&uuml;hrt. Sechs host Brachiariagrass Genotypen wurden verwendet: zwei empf&auml;nglicher Kontrollen (CIAT 0606 und CIAT 0654) und vier Nymphe-resistenten Genotypen (CIAT 6294, CIAT 36062 CIAT 36087 und SX01NO/0102). Test Insekten wurden Aeneolamia Varia (F.) und Zulia Carbonaria (Lallemand). Keiner der Nymphe-resistenten Genotypen war Antibiotika f&uuml;r Erwachsene. Alle vier Nymphe-resistente Genotypen zeigte Toleranz gegen&uuml;ber A. Varia und Z. Carbonaria F&uuml;tterung Schaden. Die H&ouml;he der Toleranz f&uuml;r Erwachsene von Z. Carbonaria, eine gr&ouml;&szlig;ere, aggressiver Art, waren niedriger. Der vier Nymphe-resistenten Genotypen gemessenals nur CIAT 6294 und CIAT 36087 zeigte einige Toleranz gegen&uuml;ber Z. Carbonaria geringeren Blatt Schaden Resultate, weniger Chlorophyll-Verlust und niedrigere funktionsf&auml;hige Anlage Verlust Indizes. Die Tatsache, dass ein Genotyp wie SX01NO/0102, die hochgradig antibiotische, Nymphen, anf&auml;llig f&uuml;r Erwachsenen Schaden legt nahe, dass die Mechanismen des Widerstandes gegen die beiden Spittlebug Lebensphasen unabh&auml;ngig sein k&ouml;nnen. Ergebnisse dieser Studien legen nahe, eine Notwendigkeit, Routine-Screening f&uuml;r Toleranz gegen&uuml;ber Erwachsenen F&uuml;tterung Schaden als ein zus&auml;tzliches Auswahlkriterium in der Zucht-Regelung einzubeziehen.

Screening f&uuml;r Widerstand gegen die Erwachsenen Spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae) in Brachiaria spp.: Methoden und Kategorien des Widerstands.

Both nymphal and adult spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae) cause serious economic damage to susceptible brachiariagrass [genus Brachiaria (Trin.) Griseb], pastures in tropical America. Both life stages are xylem feeders: nymphs feed primarily on roots and stems, whereas the adults feed mainly on foliage. Numerous interspecific brachiariagrass hybrids with high levels of antibiosis resistance to nymphs of several important spittlebug species have been obtained. Recent studies revealed major inconsistencies between reaction to nymphs and reaction to adults on the same host genotype. Because both insect life stages can cause severe economic damage on susceptible brachiariagrass pastures, a cultivar development strategy must take into account resistance to both life stages. To assess the degree of association between resistance to spittlebug nymphs and to adult feeding, we tested 164 hybrids and six check genotypes for resistance to both life stages of three spittlebug species: Aeneolamia varia (F.), Aeneolamia reducta (Lallemand), and Zulia carbonaria (Lallemand). Most hybrids tested were classified as resistant to nymphs. On the contrary, for all three species, the overall mean damage score of the 164 hybrids did not differ from the mean score of the susceptible checks. None of the hybrids was classified as resistant to adult feeding damage. Correlations between percentage nymph survival and adult damage scores were consistently low (r = 0.0104-0.0191). Correlations between nymphal and adult damage scores were also low (0.109-0.271), suggesting that resistances to the different life stages are largely independent. Chi-square analyses comparing frequency distributions of responses of the 164 breeding hybrids to nymphs or adults confirmed essential genetic independence of these two traits. We conclude that attention to improving genetic resistance specifically to adult feeding damage is warranted.

Independence of resistance in Brachiaria spp. to nymphs or to adult spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae): implications for breeding for resistance.

Sowohl Erwachsene als auch nymphal Spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae) ernste wirtschaftliche Gefahr f&uuml;r anf&auml;llige Brachiariagrass [Gattung Brachiaria (Trin.) Griseb], Almen im tropischen Amerika. Beide Lebensphasen sind Xylem Feeder: Nymphen ern&auml;hren sich haupts&auml;chlich von Wurzeln und Stengel, Futtermittel-die Erwachsenen haupts&auml;chlich auf Laub. Zahlreiche Interspezifische Brachiariagrass Hybriden mit hoher Antibiose Widerstand gegen Nymphen einiger wichtiger Spittlebug Arten haben zur Verf&uuml;gung. J&uuml;ngste Studien ergab gro&szlig;e Unstimmigkeiten zwischen Reaktion auf Nymphen und Reaktion auf Erwachsene auf dem gleichen Host-Genotyp. Da beide Insekt Lebensphasen schwere wirtschaftliche Sch&auml;den auf anf&auml;lligen Brachiariagrass Weiden f&uuml;hren k&ouml;nnen, muss eine Sorte-Entwicklungsstrategie Konto Resistenz gegen beide Lebensphasen tragen. Um den Grad der Assoziation zwischen Widerstand Spittlebug Nymphen und Erwachsenen F&uuml;tterung zu beurteilen, wir testeten 164 Hybriden und sechs Kontrollk&auml;stchen Genotypen f&uuml;r Resistenz gegen beide Lebensphasen der drei Arten, Spittlebug: Aeneolamia Varia (F.), Aeneolamia Reducta (Lallemand), und Zulia Carbonaria (Lallemand). Die meisten Hybriden getestet wurden als widerstandsf&auml;hig gegen Nymphen eingestuft. Im Gegenteil, aller drei Arten der gesamten bedeuten Schaden, den Score von 164 Hybriden nicht von der mittlere Kerbe der empf&auml;nglichen Pr&uuml;fungen unterscheiden sich. Keiner der Hybriden wurde als widerstandsf&auml;hig gegen Erwachsene F&uuml;tterung Schaden eingestuft. Korrelationen zwischen Prozentsatz Nymphe &uuml;berleben und Erwachsenen Schaden Resultate waren durchweg niedrig (R = 0.0104-0.0191). Korrelationen zwischen nymphal und Erwachsenen Schaden Resultate wurden auch niedrig (0.109-0.271), darauf hindeutet, dass die Widerst&auml;nde an die verschiedenen Lebensphasen weitgehend unabh&auml;ngig sind. Chi-Quadrat-Analysen vergleichen Frequenz Distributionen Antworten von der Zucht von Hybriden auf Nymphen oder Erwachsene 164 best&auml;tigt wesentliche genetischen Unabh&auml;ngigkeit der diese beiden Wesensz&uuml;ge. Wir schlie&szlig;en, dass die Aufmerksamkeit auf die Verbesserung der genetische Resistenz speziell auf Erwachsene F&uuml;tterung Schaden gerechtfertigt ist.

Unabh&auml;ngigkeit des Widerstandes in Brachiaria spp., Nymphen oder Erwachsenen Spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae): Implikationen f&uuml;r die Zucht f&uuml;r Widerstand.

Article	Year
Antibiosis and tolerance to five species of spittlebug (Homoptera: Cercopidae) in Brachiaria spp.: implications for breeding for resistance. Journal of economic entomology\| PubMed ID: 15154493	2004
Response of resistant and susceptible Brachiaria spp. genotypes to simultaneous infestation with multiple species of spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae). Journal of economic entomology\| PubMed ID: 18232408	2007
Sublethal effects of antibiosis resistance on the reproductive biology of two spittlebug (Hemiptera: Cercopidae) species affecting Brachiaria spp. Journal of economic entomology\| PubMed ID: 18459425	2008
Screening for resistance to adult spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae) in Brachiaria spp.: methods and categories of resistance. Journal of economic entomology\| PubMed ID: 19610452	2009
Independence of resistance in Brachiaria spp. to nymphs or to adult spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae): implications for breeding for resistance. Journal of economic entomology\| PubMed ID: 21061990	2010

Guillermo Sotelo

Biography

JoVE Journal Publications

Other Publications