 |
A complex approach to study the physiology and regulation of pheromone blend production in the pest, Mamestra brassicae
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
104011 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Fónagy, Adrien |
| Title in Hungarian |
A kártevő káposzta bagolylepke (Mamestra brassicae) feromontermelés élettanának és a folyamat szabályozásának komplex vizsgálata |
| Title in English |
A complex approach to study the physiology and regulation of pheromone blend production in the pest, Mamestra brassicae |
| Keywords in Hungarian |
Mamestra brassicae, kártevő, PBAN, feromon mirigy, feromon blend, szignál transzdukciós jelátvitel, PBANR, delta-11-deszaturáz |
| Keywords in English |
Mamestra brassicae, pest, PBAN, pheromone gland, pheromone blend, signal transduction cascade, PBANR, delta-11-desaturase |
| Discipline |
| Signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences) | 40 % | | Animal behaviour, behavioural ecology (Council of Complex Environmental Sciences) | 40 % | | Ortelius classification: Animal physiology | | Applied zoology, entomology (Council of Complex Environmental Sciences) | 20 % |
|
| Panel |
Cellular and Developmental Biology |
| Department or equivalent |
Plant Protection Institute (Centre for Agricultural Research) |
| Participants |
Dankó, Tamás
Fodor, József
Kincsesné Gyurkovics, Judit
Köblös, Gabriella
Sipos, Kitti
Szlanka, Tamás
|
| Starting date |
2012-10-01 |
| Closing date |
2017-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
39.942 |
| FTE (full time equivalent) |
9.36 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Fokozott igény tapasztalható a rovarélettani kutatások iránt melyek alapkutatási eredményeket is magukba foglalnak. A rovarok élettanát és viselkedését nagyszámú -a központi idegrendszerben termelődő- neuropeptid irányítja, melyek hatásmechanizmusának kutatása kulcsfontosságú. A PBAN (feromon bioszintéziséért aktiváló neuropeptid) a feromon mirigyben fejti ki hatását és a faj specifikus illatanyag keverék szintéziséért felelős. A káposzta bagolylepke (Mamestra brassicae) fontos kártevő Magyarországon (és Eurázsiában) és (Z11-16Ac:16Ac: Z9-16) feromont termel a faj hímjeinek csalogatására. A vizsgálata először is a keverék kémiai analízisét jelenti a sötét fázisban, a csalogató viselkedés során, amikor az anyag a légtérbe illan. Ezzel egyidejűleg mikroszkópos morfológiai vizsgálatokat is végezni fogunk. A szintetikus Mambr-PBAN hatását in vivo (injektálással) és in vitro körülmények között (médiumban) vizsgáljuk lefejezett nőstényekben. A PBAN kötődését a G-Protein kapcsolt receptorhoz cAMP szintnövekedés, ill. Ca2+ beáramlás követheti a jelátvitel során, amit farmakokemikáliák segítségével fogunk modellezni. A Mambr-PBANR klónozását követően a cDNS-t in vitro mutagenezisnek vetjük alá és Spodoptera frugiperda (Sf9) sejtvonalban fejeztetjük ki. A mutációknak a ligand kötődésére és a jelátviteli rendszerre gyakorolt hatását PBAN, különféle agonisták, antagonisták és a jelátvitelt befolyásoló farmakológiai ágensek segítségével vizsgáljuk. A keverék előállítása szempontjából fontos deszaturáz gént dsRNS báb ill. imágó korban történő injektálásával tanulmányozzuk. A Mambr-Δ-11-deszaturáz aktivitásának PBAN általi szabályozása lefejezett nőstényekben vizsgálható.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A pályázat fő célja, hogy a káposzta bagolylepke (M. brassicae) feromon termelésének élettanát a folyamat PBAN általi szabályozását komplex módon vizsgáljuk.
1) A csalogatás megfigyelése a sötét fázisban és a feromon összetételének párhuzamos analízise feltárja a stabil egyveleg keletkezésének folyamatát és dinamizmusát.
2) A mirigy szerkezet vizsgálatával a tényleges termelő sejtek lokalizálását tervezzük, miközben esetleges köztitermékek (lipid cseppek) jelenlétét, vagy hiányát is feltérképezzük. Ezek az eredmények a további in vivo és in vitro kísérletek, valamint a molekuláris biológiai vizsgálatok alapjaként is szolgálnak.
3) A különböző körülmények között végzett in vivo és in vitro kísérletek a PBAN kezeléseket követő feltételezett jelátvitel lépéseit tisztázhatják farmakokemikáliák segítségével. A PBAN és/vagy farmakológiai ágensekkel végzett vizsgálatok modellezik a feltételezett jelátviteli rendszert.
4) A Mambr-PBANR cDNS szekvenálása megmutatja, hogy a gén melyik receptor típushoz tartozik. A cDNS-t in vitro mutagenezisnek is alávetjük és Sf9 sejtvonalban fejeztetjük ki. A rendszerben szintetikus PBAN-t, analógjait és a jelátvitelt serkentő és gátló anyagokat is vizsgálni kívánjuk. A különböző mutációk változásokat okozhatnak a ligand kötődésben, ill. a jelátvitel lépéseiben, melyek segítségével következtethetünk a lényeges szekvencia szakaszokra.
5) Célunk, hogy a szintézis során bekövetkező deszaturációs lépés fontosságát is vizsgáljuk a Mambr-Δ-11-deszaturáz dsRNS injektálásával báb, ill. imágó korban. A Mambr-Δ-11-deszaturáz aktivitásának PBAN általi szabályozását lefejezett nőstényekben tanulmányozzuk.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A környezetkímélő növényvédelmi stratégiák bevezetése nyomán fokozott igény tapasztalható a rovarélettani kutatások iránt. A cél nem a teljes megsemmisítés, hanem a faj (csoport) szintű szabályozás, amely csak akkor valósítható meg, ha a rovarélettan, endokrinológia, biokémia, valamint ökológia legújabb eredményeit is felhasználjuk.
A rovarok élettanát és viselkedését nagyszámú -a központi idegrendszerben termelődő- neuropeptid irányítja melyek hatásmechanizmusának kutatása kulcsfontosságú. A PBAN a feromon mirigyben fejti ki hatását és a faj specifikus illatanyag keverék szintéziséért felelős. A M brassicae fontos kártevő Magyarországon (és Eurázsiaban) és (Z11-16Ac:16Ac: Z9-16Ac) feromont termel, hogy a faj hímjeit csalogassa.
A rovarok kémiai kommunikációjában a szemiokemikáliák és azon belül a faj specifikus szex feromonok fontosak ezért ez a terület intenzíven kutatott, mint alap- mint pedig alkalmazott szinten. A pályázat a kártevő feromon termelésének élettanára koncentrál különös tekintettel a PBAN szerepére. Számos megközelítést javaslunk, ami viselkedési, morfológiai, kémiai analitikai, biokémiai és molekuláris biológiai módszerek széles körét jelenti, hogy a szakterületen felmerülő kérdésekre választ adjunk.
Az Integrált Növényvédelemben a kártevők monitorozása és előrejelzése fontos. A feromon csapdák jól használhatók, hiszen a hím molyok befogási adataival -abban az esetben, ha van az adott fajra hatékony csapda- időzíthető és tervezhető a védekezés a kártevő lárvákkal szemben. Azonban nemcsak a szintetikus feromonokat tartalmazó csapdák lehetnek hasznosak előrejelzésre vagy gyérítésre, de jó alternatívát jelenthetnek azon kutatások legfrissebb eredményei, melyek magát a feromon termelés összetett mechanizmusának megzavarását célozzák meg. Ilyenek a stabil PBAN analógok, vagy olyan antagonisták és agonisták alkalmazása, amelyek specifikusan a jelátviteli rendszerre hatnak, így az összetétel megváltozhat vagy elmarad a blend szintézise. Ennek lehetősége a későbbiekben igen jelentős gyakorlati alkalmazhatóságot vet fel. A fontos élettani folyamatok feltárása és pl. a PBAN és PBANR kötődés mechanizmusának feltérképezése, ill. az azt követő jelátviteli rendszer megismerése elengedhetetlen.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Fokozott igény tapasztalható a rovarélettani kutatások iránt melyek alapkutatási eredményeket is magukba foglalnak. A kutatások fő célja a szelektív módszerek kidolgozása és alkalmazása faj (csoport) szinten, ami a rovarélettan, endokrinológia, biokémia, valamint ökológia legújabb eredményeit nem nélkülözhetik.
A rovarok kémiai kommunikációjában a szemiokemikáliák és azon belül a faj specifikus szex feromonok nagyon fontosak, ezért a terület intenzíven kutatott, alap-, valamint alkalmazott szinten. A pályázat a Magyarországon (és Eurázsiában) elterjedt kártevő káposzta bagolylepke feromon termelésének élettanára összpontosít. A rovarok agyában termelődő neuropeptid a felelős a feromon szintéziséért ezért hatását vizsgáljuk a feromon mirigyben. Több megközelítést javaslunk, ami viselkedési, morfológiai, kémiai analitika, biokémiai és molekuláris biológiai módszerek széles körét jelenti, hogy a szakterületen felmerül kérdésekre válaszoljunk.
Az Integrált Növényvédelemben a kártevők előrejelzése fontos. A feromon csapdák jól használhatók, hiszen a hím molyok befogási adataival időzíthető a védekezés a kártevő lárvákkal szemben, de nemcsak a szintetikus feromonokat tartalmazó csapdák lehetnek hasznosak előrejelzésre vagy gyérítésre, hanem alternatívát jelenthetnek azon kutatások, melyek magának a feromon termelés folyamatának megzavarására irányulnak. Stabil neuropeptid analógokkal vagy antagonistákkal és agonistákkal elérhető, hogy az összetétel megváltozzon vagy elmaradjon a feromon szintézise, ami jelentős gyakorlati alkalmazhatóságot vet fel. Az élettani folyamatok feltárása, pl. a feromon termelésének és annak szabályozásának megismerése ezért elengedhetetlen.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Physiological entomology to combat insect pests more efficiently is a driving force in plant protection. Insects use a plethora of neuropeptides, mainly produced in the central nervous system to control physiological and behavioral events; study of their mode of action is of key importance. The periodic release of Pheromone Biosynthesis Activating Neuropeptide (PBAN) is responsible for the synthesis of species specific sex pheromone blends of female moths produced in the pheromone gland (PG). The cabbage moth, M. brassicae is an important pest in Hungary (and Eurasia) synthesizes a lure (Z11-16Ac, 16Ac and Z9-16Ac) to attract conspecific males. The study of pheromongeneis of this species will investigate the pheromone blend production (in scotophase during calling) along with the PG cells’ morphology. The effect of synthetic Mambr-PBAN will be analyzed in vivo by injecting the peptide into decapitated females (df) and in vitro using PGs excised from df in incubation media. The signal transduction mechanism after PBAN binding to its GPCR likely involves the second messenger cAMP and influx of Ca2+, which will be investigated in vitro by pharmacological agents modeling the process. Mambr-PBANR will be cloned then cDNA subjected to in vitro mutagenesis will be expressed in cultured Sf9 cells. The effects of different mutations on ligand binding and signal transduction cascade are to be tested using PBAN and its various analogs (stimulators and inhibitors) interfering with downstream process. The desaturation of fatty acyl intermediate is critical; the role of Mambr-Δ-11-desaturase will be elucidated by injecting its dsRNA and its PBAN dependency will also be checked in df.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The proposal is designed to answer questions related M. brassicae females’ pheromonogenesis under PBAN control:
1)The observation of calling behavior, parallel to the measurement of the components in scotophase will show dynamism of natural blend establishment.
2)The PG structure will be investigated in relation to the expected dynamism of pheromonegenesis. The localization and description of these specialized cells are required along with observation of presence or absence of blend precursors in the form of lipid droplets. These studies will form the base of all in vivo and in vitro experiments and the molecular biology studies.
3)In vivo and in vitro studies are expected to show the signal transduction cascade following PBAN administration under various conditions. Any deviation found should be compared to treatments with PBAN only. The incubation with PBAN and/or pharmacological agents will model downstream signal transduction cascade steps.
4)Sequencing of Mambr-PBANR cDNA will show to which receptor subtype the M. brassicae PBANR belongs to. The cDNA subjected also to in vitro mutagenesis will be expressed in cultured Sf9 cells. The effects of different mutations on ligand binding and signal transduction cascade are planned to be tested using synthetic PBAN and its analogs (stimulators and inhibitors) interfering with downstream processes.
5)Clarifying or ruling out the potential inducibility of the desaturation step by PBAN in pheromone biosynthesis. The time dependent (scotophase-photophase) expression of Mambr-Δ-11-Desat in PGs will be measured from late pupal stage up till the fifth day post emergence in decapitated and control females.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The increasing need for new strategies of plant protection has become the driving force for insect physiologist to concentrate their efforts. The aim of these researchers is a selective targeting by using species- (group) specific control strategies which can only be achieved by taking note of recent results in insect physiology, endocrinology, biochemistry and ecology.
Insects use a plethora of neuropeptides to control and modulate physiological events; the study of their mode of action is of key importance. The periodic release of PBAN is responsible for the synthesis of species specific sex pheromone blends of female moths produced in the pheromone gland cells. The cabbage moth, M. brassicae is an important pest in Hungary (and Eurasia) and synthesizes a lure (Z11-16Ac, 16Ac, Z9-16Ac) to attract conspecific males.
Insects depend on semiochemicals, including sex specific pheromones for communication; this area is intensively researched from both basic and applied aspects. The project is focusing on the physiology and regulation of pheromone blend production in M. brassicae with special attention to PBAN. Approaches, including behavior, morphology, biochemistry, and chemical analysis and molecular biology methods is suggested to unravel answers to questions.
A key element in Integrated Pest Management is the monitoring and forecasting respective pests. Pheromone traps are powerful tools to collect species specific data by monitoring males of moth species. The numbers of captured males give reliable data on the right timing of control measurements. However, not only the use of synthetic species specific blends may be effective in agriculture (forecasting, physical reduction etc.), but the employment of results regarding the mechanisms controlling or disrupting pheromone production has similarly great potential. A new possibility in this field (e.g. by using synthetic stable neuropeptide analogues), to interfere with the fine mechanism of pheromone production is also suggested. For unrevealing and exploiting these possible interactions in the future a much better understanding of pheromone production physiology and PBAN binding to PBANR, followed by specific signal transduction cascade, is indispensable.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The increasing need for new strategies of plant protection has become the driving force for insect physiologist to concentrate their efforts. The selective targeting by using species- (group) specific control strategies can only be achieved by taking note of recent basic research results.
Insects depend on semiochemicals for communication, including sex specific pheromones to attract conspecific males; this area is intensively studied from both basic and applied aspects. The proposal is focusing on the physiology and regulation of pheromone blend production in the cabbage moth, an important pest in Hungary (and Eurasia). Attention will be given to Pheromone Biosynthesis Activating Neuropeptide responsible for the synthesis of sex pheromones of female moths produced in the pheromone gland. Approaches, including behavior, morphology, biochemistry, and chemical analysis and molecular biology methods is suggested to unravel answers to questions in this field.
A key element in Integrated Pest Management is forecasting pests. Pheromone traps are powerful tools to collect species specific data by monitoring males of moths. The numbers of captured males give reliable data on the right timing of control measurements. However, not only the use of synthetic species specific blends may be effective in agriculture (forecasting, physical reduction etc.), but the employment of latest results regarding the mechanisms controlling or disrupting pheromone production has great potential. Using synthetic stable neuropeptide analogues to interfere with the fine mechanism of pheromone production is suggested. A much better understanding of pheromone production physiology is indispensable.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| J. Fodor, G. Köblös, Á. Kákai, Z. Kárpáti, B. P.. Molnár, T. Dankó, G. Bozsik, G. Szőcs, A. Fónagy: Molecular cloning, mRNA expression and biological activity of the pheromone biosynthesis activating neuropeptide (PBAN) from the European corn borer, Ostrinia nubilalis, Insect Molecular Biology, 26: 616-632, 2017 | | Brigitta Kiss; Tamás Szlanka; Ágnes Zvara; Beáta Ramasz Zoltán Hegedús; Michal Ţurovec; Michal Sery; Štefan Kakaš; Tamás Lukacsovich; László Puskás; Adrien Fónagy; Istvan Kiss: Selective elimination/RNAi silencing of FMRFa-related peptides and their receptors decreases the locomotor activity in Drosophila melanogaster, General and Comparative Endocrinology, 191:137-145, 2013 | | Brigitta Kiss; Tamás Szlanka; Ágnes Zvara; Beáta Ramasz Zoltán Hegedús; Michal Ţurovec; Michal Sery; Štefan Kakaš; Tamás Lukacsovich; László Puskás; Adrien Fónagy; Istvan Kiss: Selective elimination/RNAi silencing of FMRFa-related peptides and their receptors decreases the locomotor activity in Drosophila melanogaster, General and Comparative Endocrinology, 2013 | | Sipos Kitti, Ünnep Renára, Fónagy Adrien, Markó Márton: Feromonmirigy szerkezetvizsgálata kisszögű neutronszórással, 60. Növényvédelmi Tudományos Napok, 2014 Február 18-19, Budapest, 2014 | | Gabriella Köblös, Tamás Dankó, Kitti Sipos, Ágnes Geiger, József Fodor, Adrien Fónagy: The regulation of delta-11-desaturase gene expression in the pheromone gland of Mamestra brassicae (Lepidoptera; Noctuidae) during pheromonogenesis, Proceedings of the 27th Congress of European Comparative Endocrinologists, 25-29th August, 2014, Rennes, France, 2014 | | Gabriella Köblös, Tamás Dankó, Kitti Sipos, Ágnes Geiger, Tamás Szlanka, József Fodor, Adrien Fónagy: The regulation of D11-desaturase gene expression in the pheromone gland of Mamestra brassicae (Lepidoptera; Noctuidae) during pheromonogenesis, General and Comparative Endocrinology, 2015 | | József Fodor, Gabriella Köblös, Zsolt Kárpáti, Béla Molnár, Tamás Dankó, Gábor Bozsik, Gábor Szőcs, Adrien Fónagy: Identification, transcriptional analysis and functional assays of Pheromone Biosynthesis Activating Neuropeptide (PBAN) in the European corn borer, Ostrinia nubilalis, The 9th International Congress of Comparative Physiology and Biochemistry: From Molecules to Macrophysiology, 23-28 August, 2015, Kraków, 2015 | | Szabó Borbála: A feromontermelést szabályozó jelátviteli folyamatok vizsgálata farmakológiai módszerekkel egy kertészeti lepkekártevőben, a káposzta bagolylepkében (Mamestra brassicae), Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar (BSc szakdolgozat), 2015 | | Ágnes Geiger: A káposzta-bagolylepke (Mamestra brassicae) nőstények szexferomon termelése a kor és az idő függvényében, BUDAPESTI CORVINUS EGYETEM KERTÉSZETTUDOMÁNYI KAR BUDAPEST, Növényorvos szak (MSc Szakdolgozat), 2015 | | Tamás Dankó: A káposzta bagolylepke (Mamestra brassicae) szexferomon termelésében szerepet játszó enzim, a Δ11-deszaturáz genetikai szabályozásának vizsgálata, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar (MSc Szakdolgozat), 2014 | | Orsolya Kolinger: A káposzta-bagolylepke (Mamestra brassicae) nőstények csalogató viselkedése, BUDAPESTI CORVINUS EGYETEM KERTÉSZETTUDOMÁNYI KAR ROVARTANI TANSZÉK BUDAPEST Növényorvosi szak (MSc Szakdolgozat), 2014 | | Gabriella Köblös, Marie C. François, Christelle Monsempes, Nicolas Montagné, Adrien Fónagy, Emmanuelle Jacquin-Joly: Identification and molecular characterization of a pheromone receptor candidate in the cabbage armyworm Mamestra brassicae, 28th Conference of European Comparative Endocrinologists (2016. 08.21-25, KUL, Leuven, Belgium), 2016 | | József Fodor, J. Joe Jull, Gabriella Köblös, Emmanuelle Jacquin-Joly, Tamás Szlanka, Adrien Fónagy: Identification and functional characterization of the pheromone biosynthesis activating neuropeptide receptor isoforms from Mamestra brassicae, 28th Congress of European Comparative Endocrinologists (2016. 08.21-25, KUL, Leuven, Belgium), 2016 | | József Fodor, J. Joe Jull, Gabriella Köblös, Emmanuelle Jacquin-Joly, Tamás Szlanka and Adrien Fónagy: Cloning and characterization of the pheromone biosynthesis activating neuropeptide receptor (PBANR) from Mamestra brassicae (Lepidoptera; Noctuidae), XXVth International Congress of Entomology (2016. 09.25-30, Orlando, FL, U.S.A) D3692, 2016 | | Moataz A.M. Moustafa, Ágnes Kákai, Mona Awad, Adrien Fónagy: Sublethal effects of spinosad and emamectin benzoate on larval development and reproductive activities of the cabbage moth, Mamestra brassicae L. (Lepidoptera: Noctuidae), Crop Protection 90: 197-204, 2016 | | Gabriella Köblös, Tamás Dankó, Kitti Sipos, Ágnes Geiger, Tamás Szlanka, József Fodor, Adrien Fónagy: The regulation of D11-desaturase gene expression in the pheromone gland of Mamestra brassicae (Lepidoptera; Noctuidae) during pheromonogenesis, General and Comparative Endocrinology, 221: 217-227, 2015 | | Gabriella Köblös, Marie C. François, Christelle Monsempes, Nicolas Montagné, Adrien Fónagy, Emmanuelle Jacquin-Joly: Identification and molecular characterization of a pheromone receptor candidate in the cabbage armyworm Mamestra brassicae, 28th Conference of European Comparative Endocrinologists (2016. 08.21-25, KUL, Leuven, Belgium), 2016 | | Moataz A.M. Moustafa, Ágnes Kákai, Mona Awad, Adrien Fónagy: Sublethal effects of spinosad and emamectin benzoate on larval development and reproductive activities of the cabbage moth, Mamestra brassicae L. (Lepidoptera: Noctuidae), Crop Protection 90: 197-204, 2016 | | József Fodor, J. Joe Hull, Gabriella Köblös, Emmanuelle Jacquin-Joly, Tamás Szlanka, Adrien Fónagy: Identification and functional characterization of the pheromone biosynthesis activating neuropeptide receptor isoforms from Mamestra brassicae, http://dx.doi.org/10.1016/j.ygcen.2017.05.024, 2017 | | J. Joe Hull, Adrien Fónagy: Chapter 13: Molecular basis of pheromonogenesis regulation in moths, Olfactory Concept of Insect Control (Springer), 2018 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
