Morphologische und chemische Pflanzeneigenschaften als bestimmende Faktoren der Wirtspflanzenwahl von Weißen Fliegen (Hemiptera: Aleyrodidae)

Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:100-opus-19346
URL: http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2021/1934/

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SWD-Schlagwörter:		Mottenschildläuse , Resistenz , Wirtspflanzen , Phloem , Aminosäuren
Freie Schlagwörter (Deutsch):		Wirtsselektion , EPG , epikutikulare Wachse
Freie Schlagwörter (Englisch):		whiteflies , host plant selection , electrical penetration graph , epicuticular wax , amino acids
Institut:		Institut für Phytomedizin
Fakultät:		Fakultät Naturwissenschaften
DDC-Sachgruppe:		Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart:		Dissertation
Hauptberichter:		Zebitz, Claus Paul Walter Prof. Dr. Dr.
Sprache:		Englisch
Tag der mündlichen Prüfung:		06.05.2021
Erstellungsjahr:		2021
Publikationsdatum:		15.09.2021
Lizenz:		Veröffentlichungsvertrag mit der Universitätsbibliothek Hohenheim
Kurzfassung auf Englisch:		Whiteflies are among the most important pests causing severe damage to numerous cultivated and ornamental plants worldwide. The present dissertation comprises four studies and contributes to the knowledge of the host plant selection process by whiteflies. In the first study, host preferences were determined in dual choice tests for Aleyrodes proletella (L.), Bemisia tabaci (Genn.), and Trialeurodes vaporariorum (Westw.) on several host plants. On the one hand, this study extends the knowledge on the food spectrum of these economically important pests; on the other hand, the results highlight the host adaptation of whiteflies. The second study elucidated potential sources of host plant resistance against A. proletella, B. tabaci, and T. vaporariorum by recording their probing and feeding behaviour on two host plants each using the electrical penetration graph (EPG) method. It is concluded that whiteflies decide upon host plant acceptance by evaluation of multiple plant factors located in epidermal and/or mesophyll tissues of leaves as well as in the phloem sap of plants. Moreover, epicuticular leaf waxes are a key factor in the host selection process of A. proletella. It is hypothesized that constituents of the leaf surface wax act as stimulants promoting leaf penetration and phloem accession. The findings of this study shed light on the whitefly-host adaptation. The goal of the third study was to identify the role of epicuticular leaf waxes of several Brassica cultivars in the host selection process of A. proletella. For this purpose, dual choice tests were carried out on both waxy and dewaxed plant leaves as well as on Parafilm® treated with different leaf wax extracts. Also, life-history traits were monitored on waxy and dewaxed leaves, and the feeding activity of A. proletella was recorded on Parafilm® with and without leaf wax extracts. Scanning electron microscopy (SEM) imaging was used to visualize epicuticular leaf waxes on the plant surface. Finally, it was proved that leaf surface waxes of host plants promote feeding and act as phagostimulants. Although the wax compounds mediating host plant selection remain unknown, these findings offer breeding potential for resistant crop cultivars. In the fourth study, the influence of free phloem amino acids on the host plant selection of T. vaporariorum was investigated. Via liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), the amino acid profiles in the phloem sap of six vegetable crops varying in their host plant attractiveness were analysed. Subsequently, stepwise multiple regressions of the relative amino acid compositions and the pre-determined host plant preferences were performed. To verify the contribution of single amino acids on host choice, dual choice tests on sucrose media with and without added single amino acids were carried out. Single amino acids play an active role in phagostimulation, whereas some amino acids exert strong inhibitory effects. This indicates that the dominant presence of such amino acids might reduce phloem sap uptake, thus contributing to host plant resistance towards T. vaporariorum. Overall, this research compared the host selection process of three whitefly species to identify their underlying mechanisms. It is hypothesized that the observed host selection strategies are the result of evolutionary adaptations between whiteflies and their host plants. Depending on the occupied ecological niche, species-specific host plant ranges of varying complexity were formed. Accordingly, the host selection process of the more specialised species A. proletella is particularly efficient by consideration of characteristic leaf surface wax stimuli. In contrast, host selection of the extreme generalists B. tabaci and T. vaporariorum is regulated by simple gustatory stimuli in order to take advantage of the host diversity they are offered. The findings of this research provide the basis for new approaches to optimizing breeding programs for whitefly resistant crops.
Kurzfassung auf Deutsch:		Weiße Fliegen zählen zu den bedeutendsten Schädlingen, die weltweit erhebliche Schäden an zahlreichen Kultur- und Zierpflanzen verursachen. Die vorliegende Dissertation umfasst vier Studien und gibt Aufschluss über den Auswahlprozess von Wirtspflanzen durch Weiße Fliegen. In der ersten Studie wurden in Dual-Choice-Tests die Wirtspräferenzen von Aleyrodes proletella (L.), Bemisia tabaci (Genn.) und Trialeurodes vaporariorum (Westw.) für mehrere Wirtspflanzen bestimmt. Einerseits erweitert diese Studie den Kenntnisstand hinsichtlich des Nahrungsspektrums dieser wirtschaftlich bedeutenden Schädlinge, andererseits unterstreichen die Ergebnisse die Wirtsanpassung der Weißen Fliege. Die zweite Studie beleuchtete anhand der Aufzeichnung des Probe- und Nahrungsaufnahmeverhaltens von A. proletella, B. tabaci und T. vaporariorum an je zwei Wirtspflanzen potenzielle Quellen der Wirtspflanzenresistenz mittels der electrical penetration graph (EPG)-Methode. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass Weiße Fliegen anhand der Bewertung mehrerer Pflanzenfaktoren, die sich sowohl in den epidermalen und/oder mesophyllischen Gewebsschichten der Blätter als auch im Phloemsaft der Pflanzen befinden, über die Akzeptanz einer Wirtspflanze entscheiden. Darüber hinaus stellen epikutikuläre Blattwachse einen Schlüsselfaktor im Wirtsselektionsprozess von A. proletella dar. Daraus lässt sich die Hypothese ableiten, dass Bestandteile des Blattoberflächenwachses als Stimulanzien wirken, die die Blattpenetration und das Erreichen des Phloems fördern. Die Ergebnisse dieser Studie beleuchten die Anpassung von Weißen Fliegen an ihre jeweiligen Wirtspflanzen. Das Ziel der dritten Studie war es, die Rolle epikutikulärer Blattwachse mehrerer Brassica-Sorten im Wirtsselektionsprozess von A. proletella zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden Dual-Choice-Tests an bewachsten und entwachsten Pflanzenblättern sowie mit Parafilm®, der mit verschiedenen Blattwachsextrakten behandelt wurde, durchgeführt. Außerdem wurden lebensgeschichtliche Parameter auf bewachsten und entwachsten Blättern ermittelt und die Nahrungsaufnahmeaktivität von A. proletella auf Parafilm® mit und ohne Blattwachsextrakten erfasst. Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) wurde zur Visualisierung epikutikulärer Blattwachse auf der Pflanzenoberfläche eingesetzt. Schließlich wurde nachgewiesen, dass Blattoberflächenwachse der Wirtspflanzen die Nahrungsaufnahme fördern und als Phagostimulans wirken. Obwohl die Wachsverbindungen, die die Selektion von Wirtspflanzen bestimmen, unbekannt bleiben, bieten diese Erkenntnisse Potenzial für die Züchtung resistenter Kultursorten. In der vierten Studie wurde der Einfluss von den im Phloemsaft befindlichen freien Aminosäuren auf die Wirtspflanzenselektion von T. vaporariorum untersucht. Mittels Flüssigchromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung (LC-MS) wurden die Aminosäureprofile im Phloemsaft von sechs Gemüsekulturen analysiert, die sich hinsichtlich ihrer Wirtspflanzenattraktivität unterschieden. Anschließend wurden schrittweise multiple Regressionen unter Einbezug der relativen Aminosäure-Zusammensetzungen und den zuvor bestimmten Wirtspräferenzen durchgeführt. Um den Beitrag einzelner Aminosäuren in Bezug auf die Wirtswahl zu verifizieren, wurden Dual-Choice-Tests auf Saccharosemedien mit und ohne Zusatz einzelner Aminosäuren durchgeführt. Einzelne Aminosäuren spielen eine aktive Rolle bei der Phagostimulation, während einige Aminosäuren starke hemmende Effekte ausübten. Dies deutet darauf hin, dass die dominante Anwesenheit solcher Aminosäuren die Aufnahme des Phloemsaft reduziert und damit zur Resistenz von Wirtspflanzen gegenüber T. vaporariorum beiträgt. Insgesamt wurde im Rahmen dieser Forschungsarbeit der Auswahlprozess dreier Arten Weißer Fliegen miteinander verglichen, um die ihnen zugrunde liegenden Mechanismen zu identifizieren. Es wird postuliert, dass die beobachteten Wirtsselektionsstrategien das Ergebnis von evolutionären Anpassungen zwischen Weißen Fliegen und ihren Wirtspflanzen sind. Entsprechend der jeweiligen besetzten ökologischen Nische bildeten sich artspezifische Wirtspflanzenspektren von unterschiedlicher Komplexität. Demzufolge gestaltet sich der Wirtsselektionsprozess der spezialisierteren Art A. proletella durch die Berücksichtigung charakteristischer Reize, welche von Blattoberflächenwachsen ausgehen, als besonders effizient. Im Gegensatz dazu wird das Wirtswahlverhalten der extremen Generalisten B. tabaci und T. vaporariorum von einfachen gustatorischen Reizen gesteuert, um die sich ihnen bietende Wirtsvielfalt auszunutzen. Die Ergebnisse dieser Forschung bilden die Grundlage neuer Ansatzpunkte für die Optimierung von Züchtungsprogrammen für Nutzpflanzen, die gegen Weiße Fliegen resistent sind.

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