Wolatilom emitowany przez korzenie truskawki jako czynnik kształtujący behawior pokarmowy larw Melolontha melolontha
Volatilome emitted by strawberry roots as a factor influencing the feeding behaviour of Melolontha melolontha larvae
Typ projektu: naukowo-badawczy
Słowa kluczowe: trój-troficzne interakcje lotne związki organiczne owady żyjące w glebie roślinożerność
Słowa kluczowe (angielski): tri-trophic interactions volatile organic compounds soil-dwelling insects herbivory
Członkowie konsorcjum: Instytut Ogrodnictwa - Państwowy Instytut Badawczy Politechnika Łódzka (Lodz University of Technology)
Okres realizacji projektu: 7.07.2022 - 6.07.2026
Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki
Nazwa programu: Sonata
Kierownik projektu: Radosław Bonikowski
Wartość dofinansowania: 415 024,00 PLN
Wartość projektu: 415 024,00 PLN
Rośliny, jako trwale przytwierdzone do podłoża, musiały wykształcić mechanizmy obronne i systemy komunikacji, które kompensowałyby niemożność poruszania się. Adaptacje te mogą polegać na wytwarzaniu i emitowaniu szeregu związków chemicznych, które mogą działać jako repelenty, atraktanty lub czynniki sygnalizacyjne. Grupa możliwych czynników pośredniczących jest szeroka i obejmuje wysięki z korzeni, ale także lotne związki organiczne (LZO). Profil emitowanych związków lotnych, w tym lotnych związków organicznych i olejków eterycznych, nazywany jest lotnością roślin. Obecnie staje się coraz bardziej oczywiste, że żyjące w glebie roślinożerne owady mogą wykorzystywać LZO obecne w pobliżu korzeni roślin jako wskazówki do lokalizacji żywiciela i żerowania. Celem projektu jest zrozumienie, jak ta zależność funkcjonuje w systemie złożonym z truskawki (Fragaria x ananassa Duchesne) i larw chrabąszcza europejskiego (Melolontha melolontha L.). Ten system gospodarz-szkodnik ma ważne konsekwencje również dla systemów rolniczych, ze względu na znaczenie gospodarcze upraw truskawek i poziom szkód wywoływanych przez owady na całym świecie. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, przeprowadzono wszelkie badania dotyczące podziemnej interakcji truskawki z owadem lub związków lotnych, które mogą być emitowane lub obecne w pobliżu korzeni truskawek. Cele projektu zostaną osiągnięte poprzez: (a) identyfikację profili podziemnych LZO obecnych w sąsiedztwie truskawek za pomocą analiz chromatograficznych oraz (b) zbadanie wpływu różnych warunków doświadczalnych na zachowanie larw M. melolontha. Wszystkie eksperymenty będą przeprowadzane w kontrolowanych warunkach w laboratorium lub w szklarni. Planujemy zbadać wpływ: różnych podłoży stosowanych do uprawy roślin, różnych stadiów rozwojowych truskawek (rośliny przed kwitnieniem, rośliny kwitnące i rośliny owocujące) lub różnych warunków abiotycznych (reżim odżywczy) lub biotycznych (atak roślinożerny) na oba emitowane Profile LZO i preferencje żywieniowe larw M. melolontha. Badanie obejmuje również ocenę tła LZO pochodzenia nieroślinnego (mikrobiom glebowy, larwy M. melolontha itp.), które mogą również wpływać na interakcję szkodnik-roślina żywicielska. Wyniki tych eksperymentów zostaną wykorzystane do opracowania modelu korelującego zachowanie larw ze zidentyfikowanymi LZO, co będzie miało kluczowe znaczenie dla weryfikacji hipotezy projektu. W projekcie zostanie wykorzystany specjalny, samodzielnie skonstruowany układ doświadczalny, umożliwiający niezakłóconą obserwację systemu korzeniowego roślin i ruchu larw, wraz z pobieraniem próbek lotnych związków organicznych bez zakłócania równowagi powietrza w glebie. Stanowi więc system, który bardzo dobrze naśladuje warunki naturalne i nadaje się do oceny złożonych interakcji roślina-środowisko. Projekt reprezentuje pierwsze wielofunkcyjne podejście, łączące badania biochemiczne i badania na poziomie roślin i owadów, które jest w stanie zapewnić lepsze zrozumienie podziemnych interakcji między roślinami a środowiskiem, stosując innowacyjne i pionierskie metodologie w dziedzinie nauk ogrodniczych. Metody opracowane w ramach projektu, w szczególności te związane z gromadzeniem lotnych związków organicznych z frakcji glebowo-powietrznej i analizą behawioralną larw w odmiennych warunkach, mogą prowadzić do opracowania innowacyjnych podejść przydatnych w lepszym zrozumieniu podstawowych mechanizmów w relacji rośliny ze środowiskiem glebowym. Ponadto dane i wiedza uzyskane w ramach projektu mogą stanowić podstawę do budowy ogrodniczej bazy danych podziemnych LZO związanych z roślinami, którą można połączyć z innymi bazami danych przydatnymi w badaniach fizjologii i mikrobiologii roślin. Uważa się, że wszystkie te potencjalne wyniki mogą prowadzić do lepszego zrozumienia wydajności rośliny, biorąc pod uwagę również jej środowisko i innych członków społeczności glebowej oraz relacje między nimi wszystkimi. Projekt, rzucając więcej światła na interakcje rośliny z otaczającym środowiskiem, może określić ewolucję strategii kontroli roślin w kierunku bardziej zrównoważonych i proekologicznych rozwiązań. Zrozumienie preferencji żywieniowych szkodników poprzez identyfikację sygnałów węchowych i mechanizmów lokalizacji roślin żywicielskich może pomóc we właściwej manipulacji tymi procesami z ogrodniczego i agronomicznego punktu widzenia.
Plants, as permanently attached to the ground, had to develop defence mechanisms and communication systems, which could compensate the movement inability. These adaptations may be comprised by producing and emitting a range of chemical compounds, which could act as repellents, attractants or signalling agents. The group of possible mediating agents is broad and includes root exudates but also volatile organic compounds (VOCs). The profile of emitted volatile compounds, including VOCs and essential oils, is called plant volatilome. Nowadays, it is becoming more and more evident that soil-dwelling insect herbivores can use VOCs present in the vicinity of plant roots as cues for host localization and foraging. The project aims at understanding how this relationship functions for the system composed by strawberry (Fragaria x ananassa Duchesne) and European cockchafer (Melolontha melolontha L.) larvae. This host-pest system has important consequences also to agricultural systems, due to the economic relevance of strawberry crops and the level of damage provoked by the insect world-wide. To the best of our knowledge, any research has been carried out about the belowground strawberry-insect interaction or about the volatile compounds which could be emitted or present in the vicinity of strawberry roots. The project objectives will be achieved by: (a) identifying the profiles of underground VOCs present in the vicinity of strawberry plants by chromatographic analyses and (b) studying the influence of different experimental conditions on the feeding behaviour of M. melolontha larvae. All of the experiments will be carried out in controlled conditions in laboratory or in greenhouse. We are planning to study the impact of: different substrates used for plant cultivation, different strawberry developmental stages (plants before flowering, flowering plants and fruiting plants) or different abiotic (nutrient regime) or biotic stress (herbivorous attack) conditions on both the emitted VOCs profiles and M. melolontha larvae feeding preferences. The study comprises also assessing the background portfolio of VOCs of non-plant origin (soil microbiome, M. melolontha larvae, etc.), which could also affect the pest-host plant interaction. Outcomes of these experiments will be used to develop a model correlating larvae behaviour with identified VOCs, which will be crucial for verification of the project hypothesis. The project will use special self-constructed experimental set-up, enabling undisturbed observation of the plant root system and larvae movement, together with VOCs sampling without disturbing the air balance in the soil. Thus, constituting system that highly mimics the natural conditions and is suitable for assessing complex plant-environment interactions. The project represents the first multifunctional approach, combining biochemical and plant-insect-level studies, able to provide a better understanding of the belowground plant-environment interactions, applying innovative and pioneering methodologies in the field of horticultural sciences. The methods developed during the project, particularly those related to the collection of VOCs from soil-air fraction and the behavioural analysis of larvae under contrasting conditions, could lead to the development of innovative approaches useful to better understand basic mechanisms in the relation of the plant with the soil environment. Moreover, data and knowledge obtained during the project could be the foundation for building a horticultural database of plant-related belowground VOCs, which can be interlinked with other databases useful for plant physiology and microbiology studies. It is believed that all these potential outcomes could lead to better understanding the plant performance, by taking into account also its environment and the other members of the soil community and the relationships between all of them. The project, by shedding more light on the interactions of the plant with surrounding environment could determine an evolution of plant control strategies towards more sustainable and pro-ecological solutions. Understanding the pest feeding preferences by identifying the olfactory cues and the mechanisms of host plant localization, can support a proper manipulation of these processes from horticultural and agronomical standpoints.
Powrót