 |
Cedar bark beetle: exploring chemical as well as acoustic communications and revealing potential of carrying pathogens of cypress canker in populations adapted to temperate region
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124278 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Szőcs, Gábor |
| Title in Hungarian |
Borókaszú: a kémiai- és akusztikus kommunikáció megfejtése, valamint a mérsékelt övhöz alkalmazkodott populációk szerepének tisztázása a ciprus-rák kórokozóinak terjesztésében |
| Title in English |
Cedar bark beetle: exploring chemical as well as acoustic communications and revealing potential of carrying pathogens of cypress canker in populations adapted to temperate region |
| Keywords in Hungarian |
szúbogár, kémiai ökológia, párosodási hangadás, ciprus rák, özönkártevő, klímaváltozás, városi ökoszisztéma |
| Keywords in English |
bark beetle, chemical ecology, mating-sound, cypress canker, invasive pest, climate change, urban ecosystem |
| Discipline |
| Applied zoology, entomology (Council of Complex Environmental Sciences) | 80 % | | Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences) | 20 % |
|
| Panel |
Complex agricultural sciences |
| Department or equivalent |
Plant Protection Institute (Centre for Agricultural Research) |
| Participants |
Bozsik, Gábor
Csókay, Luca Katalin
Orci, Kirill Márk
Palkovics, László
Petróczy, Marietta
Tóth, Annamária
|
| Starting date |
2017-09-01 |
| Closing date |
2022-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
38.009 |
| FTE (full time equivalent) |
13.76 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A borókaszú (nagy tujaszú) (Phloeosinus aubei: Coleptera, Curculionidae, Scolytidae) a Mediterráneumban régóta ismert kártevője a ciprusféléknek (Cupressaceae). Vektora az erdőpusztulást okozó ciprusráknak. Terjedőben van Európa mérsékelt éghajlatú részén, ahol a faiskolákban és a városi díszfákon károsít. A faj kémiai ökológiája meglepő módon ismeretlen, így sem kairomon sem feromon csapda nem áll rendelkezésre az észleléshez.
Feltételezzük, hogy a borókaszú illatanyagok segítségével találja meg a tápnövényét és, akusztikus kommunikációval kombinálva, a fajtársait. Vélelmezzük, hogy az invazív populációk is hordozzák a cipusrák kórokozóit.
Közkedvelt dísz-fajtákból tápnövény illatanyagot gyűjtünk és a feltételezett feromont is felfogjuk, majd a mintákat bioszenzoros gázkromatrográfiával (GC-EAD) és tömegspektroszkópiás detektorral (GC-MS) elemezzük. Az azonosított komponensek hatását szintetikus minták segítségével vizsgáljuk laborban és szabadföldön. A hangadást széles-sávú rekorderrel vesszük fel és félautomata rendszerrel elemezzük. A kórokozókat a bogárról izoláljuk és molekuláris módszerekkel azonosítjuk.
Várható eredmények: a borókaszú trófikus és fajon belüli kommunikációjának feltárása, vektor szerepének tisztázása a mérsékelet éghajlati övezetben, és a fajtapreferenciájának feltárása. A leggyakoribb kórokozók azonosítása és virulenciájának meghatározása. Mindezeknek közvelten gyakorlati jelentősége van Európában, és karatén szempontból fontosan Észak-Amerikában.
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 kutatás kulcskérdése a borókaszú és a ciprusrák együttes szerepének tisztázása az örökzöld dísznövények pusztulásában, és a fertőzés mechanizmusának feltárása. A kártevőt és a kórokozót együtt vizsgáljuk a ciprusféléken. Feltárjuk, hogy a borókaszú milyen jelek alapján találja meg a tápnövényeit és szaporodáskor a fajtársait, és azt, hogy vajon hordozzák-e a ciprusrák kórokozóját Közép-Európában is. A kórokozókat megkíséreljük a ciprusrák tüneteit mutató díszfákból begyűjtött bogárból is kimutatni.
A kutatás fontosságát a ciprusfélék napjainkban tapasztalt pusztulása mutatja, amely a faiskolákat és a városi zöldfelületeket is érinti. A kártevő előrejelzése nem áll rendelkezésre csapda, mivel a kémiai ökológiája ismeretlen. Az díszfajták kártevő elleni toleranciája szintén ismeretlen.
Feltétlezzük, hogy a borókaszú is kémiai ingerek alapján találja meg tápnövényeit, illetve párosodáskor, akusztikus kommunikációval kombinálva, a fajtársait. Feltételezzük, hogy a borókaszú populációi a kolonizált területken is hordozzák a ciprusrák kórokozóját, bár ezek agresszivitását az éghajlat befolyásolhatja.
A projekttől azt várjuk, hogy feltárja a borókaszú tápnövény és fajtárs lokalizációjárt felelős mechanizmusokat, amely lehetőséget nyújt a kártevő terjedésének és rajzásmenetének megfigyelésére szolgáló csapdák kifejlesztésére. A borókaszú által közvetített patogének tisztásása pedig a kockázatelemzést segíti.
Az eredmények közvetlenül hasznosulnak a kártevő elleni védekezésnél és a dísznövény fajta-szortiment alakításában. Ez nemcsak a faiskolák számára fontos, hanem javítja a városi zöldterületek minőségét is.
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 projekt jelentősége abban áll, hogy feltárja a ciprusfélék pusztulásnak okait Európa kontinentális klímájú területein. A borókaszú közvelten kártételét (járatok a fában) és a másodlagos fertőzést (ciprusrák) együtt vizsgáljuk. Feltárjuk, hogy a kártevő milyen kémiai és akusztikus ingereket használ, hogyan találja meg a tápnövényét. A borókaszú a szúbogarak azon csoportjába tartozik, amelyek a ciprusféléket támadják meg. Ennek a csoportnak a kémiai ökológiáját eddig alig tanulmányozták (szemben a tűlevelűeket károsító szúbogarakkal). Pedig a ciprusfélék jelentősen különböznek a tűlevelűektől az illatanyagaik vonatkozásában is. Ez a körülmény projekt várható eredményeinek újszerűségét nagyban növeli.
Hasonlóképpen, a ciprusféléken élő szúbogár fajok akusztikus kommunikációja nem ismert (szemben a tűlevelűeken élő fajokéval).
Tudvalévő, hogy a borókaszú a Mediterráneumban a ciprusrák vektora, de arról nincsenek adataink, hogy az Európában szétterjedő bogarak is terjesztik-e ezt a betegséget. Nemcsak a terjesztés tényét vizsgáljuk, hanem a kórokozókat is azonosítjuk.
A projekt gyakorlati haszna, hogy lehetővé teszi az illatanyogokkal (szemiokemikáliák) csalétkezett csapdák kifejlesztését. A kártevő hangadásának vizsgálata pedig lehetőséget adhat arra, hogy megzavarjuk a jelet, sőt akár riasztó hangjeleket is találhatunk. A kórokozók meghatározása a kockázatelemzésben segít. A kártevő fajtapreferenciájának vizsgálata a faiskolák szortimentjánek alakítását teszi lehetővé.
A témavezető intézetében rendelkezésre áll az a speciális, hazánkban egyedülálló műszerpark és szakismeret, amely a kémiai ökológiai vizsgálatokhoz szükséges. A szenior résztvevők egyike a rovarok hangadásának vizsgálatához szükséges eszközökkel rendelkezik, míg másikuk növénykórtani kutatóhelyet (ciprusrák) vezet.
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.
A ciprusfélék (tuja, boróka, ciprusok) hazánkban/Európában közkedvelt és elterjedt dísznövények kertekben és városi zöld területeken egyaránt. Korábban ezek a dísznövények nem igényletek különösebb növényvédelemi törődést, mivel nemigen volt károsítójuk. Manapság viszont a fapusztulás itt is jelentős új kártevők és kórokozók megjelenése miatt. Ezeknek a dísznövényeknek a leromlása gyakran visszafordíthatalan folyamat. A boróka szúbogár megjelenése váltotta ki ezet a változást. Ez az önönfaj (invazív faj) a Mediterráneumból terjed Európában észak felé. A klímaváltozás segíti a gyors terjedésben és megtelepedésben. Sajnos nem áll rendelkezésre feromoncsapda, hogy a terjedését nyomon követhessük. A bogár valószínüleg Európa meghódított részeiben is terjeszti a ciprusrákot, azonban a kórokozókat azonosítani kellene és virulenciájukat meg kellene határozni. Aról is keveset tudnuk, hogy a ciprusfélék közül melyek a leginkább veszélyeztetett dísz-fajták. Ez a projekt ezeket a kérdéseket szeretné tisztázni, annak érdekében, hogy megvédhessük az örökzöld díszfáinkat. A vizsgálatok a feromoncsapda kifejlesztését alapozzák meg, továbbá a kórokozók azonosításást tervezik. A ciprusrák kórokozóit a megfertőzött díszfákból és a bogárakból is ki szeretnénk mutatni, továbbá a fertőzöttségét mértékét tervezzük összehasonlítani közkedvelt fajták vonatkozásában. Az eredmények a faiskolákat segítik kevésbé fogékony és ezáltal piacképesebb fajták szelektálásában, és a városi zöldfelületek fáinak egészségi állapotának javítását teszik lehetővé.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The cedar/cypress bark beetle (CBB) (Phloeosinus aubei) (Coleptera, Curculionidae, Scolytidae) has long been recognized as a key pest of scale-leafed conifers (Cupressaceae) in the Mediterranean region. CBB is a vector of cypress canker, causing forest decline. Recently, CBB is spreading to North into the temperate zone of Europe, where it infests cultivars of scale-leafed conifers, in ornamental tree nurseries and urban green areas. Surprisingly, the chemical ecology of CBB is largely unknown, so there are no kairomone/pheromone traps for monitoring.
We postulate that CBB uses chemical cues at finding host trees, and also at mate finding, in association to acoustic signals. We assume that CBB carries pathogens of cypress canker also in the colonized area.
Methodology includes collection of host plant volatiles from various cultivars, as well as of potential pheromone of CBB, followed by gas chromatographic analyses, using antennal and mass-sensitive detectors (GC-EAD, GC-MS). Synthetic samples of identified compounds will be tested for behavioral responses in the lab and field. Sound-emission of CBB will be recorded using wide-band recording system and analyzed applying semi-automatic measurements. Pathogens of cypress canker will be isolated from CBB and identified by molecular techniques.
Expected results include revealing trophic and intraspecific communication of CBB, potential as vector in temperate zone, as well as preference towards evergreen cultivars. The most common pathogens will be specified and their aggressiveness and role in shoot blight explored. This deserves of direct interest in Europe, while helps quarantine measures in North America.
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 key question is to understand the interaction of the cedar bark beetle (CBB) and the cypress canker in dieback of evergreens and the mechanism of infestation. We examine jointly the pest and pathogens that appear on ornamental scale-leafed evergreens. Specifically, we want to reveal the signals that are used by the CBB to locate host plants and mating partners and the pathogens they carry in the colonized area. We will examine whether the pathogens are evincible from beetle collected from symptomatic plants.
The relevance of these questions is the recent concern of evergreen-decline, which hits ornamental tree industry and urban green areas. Recently, no specific traps for monitoring the spread of CBB is available, because of missing knowledge in chemical ecology. Differences in tolerance of cultivars against CBB and pathogens are also unknown.
We assume that CBB uses specific chemical cues for host location and mate finding, respectively, the latter one in combination with acoustic signals. We suppose that populations of CBB carry pathogens of cypress canker also in the colonized area, even if their aggressiveness may be different under temperate climate.
This project is expected to reveal key elements of the host- and mate-finding system of CBB, which would provide basis for developing specific traps for monitoring the spread and seasonal flight pattern of CBB. Revealing the pathogens carried by CBB populations in Europe would help risk assessment.
Results could be used in direct control measures and in adjusting cultivar assortments. From these not only the tree nursery industry benefited, but also the quality of urban green environment could be improved.
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 significance of the project is exploring reasons of cypress decline in temperate Europe. The combined effect of primary damage (tunneling by the bark beetles) and secondary infection by pathogens of the cypress canker will be studied. In revealing the host finding process of the beetle, cues in chemical and acoustic communication channels of the cypress bark beetle (CBB) will be studied. In broader scope, CBB represents a clade of bark beetles, associated to scale-leafed conifers (Cupressaceae), which deserved little attention so far, as far as chemical ecology is concerned (in contrast to that clade of bark beetles, infesting pine-needle-leafed conifers, Pinaceae). However, the two clades are distinct in being specialized on scale- versus needle-leafed conifers, emitting specific bouquets of volatiles. This adds to the novelty of expected results.
Similarly, acoustic communication of bark beetles living on scale-leafed conifers has not been described (in contrast to those living on needle-leafed conifers).
CBB is known to carry cypress canker in the Mediterranean region, however, the role of invasive CBB populations, as vectors, is uncertain in Central-Europe. Not only the vector status itself were of importance, but also the exact identification of the pathogens, actually carried by CBB in Europe, as addressed in this project.
As for practical relevance, the project is aimed to clarify the basic knowledge, which would allow developing specific, semiochemical-baited traps for monitoring CBB. Analyzing the acoustic signals may also help to interfere with the natural communication, and eventually may point to develop deterrent acoustic signals. Identification of pathogens would make possible accurate risk assessment. Comparing preference of CBB towards cultivars would be of importance for the ornamental tree nurseries to tailor their assortments accordingly.
The host institute has unique instrumentation for chemical ecological studies, available in Hungary only here (GC-EAD), along with expertize (PI). One of the SP is experienced and furnished with sensitive instruments for analyzing acoustic signals from insects, while the other SP is experienced in plant pathogens, including cypress canker.
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.
Scale-leafed evergreens, for example Thuja, Juniperus and Cypress trees (Cupressaceae) are widely spread and are popular ornamentals in Hungary/Europe, both in gardens and public areas. Earlier, these trees required only little maintenance, as had hardly any health problem. Recently, however, shoot blight and dieback of evergreens caused by pests and diseases are very common symptoms. Deterioration of ornamental value plants is remarkable and the process is often irreversible. What changed the situation is the appearance of the cedar/cypress bark beetle (CBB). This is an invasive insect, spreading from the Mediterranean region towards North across Europe. Climate change helps spreading and build-up of strong populations in the colonized areas. Unfortunately, no pheromone traps are available for monitoring the spread and seasonal flight pattern of this pest. Supposedly, CBB populations also in Europe carry the pathogens of cypress canker, however, the pathogens should be identified and their virulence established. Little is known of which are the most endangered cultivars of Cupressaceous ornamental trees in Europe. This project aims to answer these questions, in order to protect evergreen ornamentals. Studies will be directed on developing pheromone traps for monitoring the pest, identification of pathogens of the cypress canker from the body of beetles, as well as of infested trees, comparison of infestation levels between different cultivars. These results will help tree nurseries to select less susceptible and therefore better marketable cultivars into their assortments and to improve the health of trees in urban parks.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
