Adult diapause in insects is characterized by suppression of reproductive development. It is induced by environmental cues such as photoperiod, temperature, food availability, and other conditions Diapause-inducing environment is recognized and analyzed by the brain of the insects. The interpreted information is conveyed via endocrine system to target tissues such as ovaries, fat body, and other tissues. From this signal hierarchy of a brain-endocrine-target tissue axis, several factors are involved to express a diapause trait in a quantitative mode, even though the insects show a binomial phenotye between being in diapause or not. Recent works estimated that the number of the factors is relatively small by a series of crossing trials between high and low diapause lines. Heritability of the diapause is quite high (ca. 70%) in some species. Epistasis, sex-linkage, pleiotropism, and other nongenetic components also affect diapause inheritance. Most physiological studies have been focused on control mechanisms of the juvenile hormone (JH) synthesis in corpora allata (CA) because JH level in hemolymph of teneral adults is critical to decide a later developmental mode. Allatostatin, an antagonizer of JH synthesis, has been believed to be a potent brain message to CA for adult diapause induction.
Proceedings of the Korean Society of Sericultural Science Conference
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1997.06a
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pp.51-72
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1997
Diapause hormone (DH) is a neuropeptide hormone which is secreted from the suboesophageal ganglion (SG) and is responsible for induction of embryonic diapause of the silkworm, Bombyx mori. DH is isolated from SGs and determined to be a 24 amino acid peptide amide. The cDNA encodes the polyprotein precursor from which DH, pheromone biosynthesis activating neuropeptide (PBAN) and three other neuropeptides are released and become matured. The C-terminal FXPRL-NH2 sequence of DH is essential but not sufficient for expression of full activity. Recently, we have isolated a unique hydrohobic peptide (VAP peptide) with a slight diapause egg induceing activity from organic solvent extracts of the male adult heads of the silkworm. The VAP peptide itself has no diapause inducing activity, but enhances DH activity through reducing ED50 value and the threshold concentration of DH. The DH-PBAN gene is composed of 6 exons interrupted by 5 introns and is expressed in 12 neurosecretory cells of the SG. The incubation of eggs at 25$^{\circ}C$, which induces embryonic diapause in the progeny, caused DH-PBAN mRNA content to increase at 5 different stages in the life cycle. By contrast, a 15$^{\circ}C$ incubation only induced expression of the gene at the late phrase adult stage. The temperature-controlled expression of DH-PBAN gene is closely correlated to the incidence of diapause, indicating that DH-PBAN gene expression is the initial event leading to diapause induction. DH acts to stimulate trehalase activity in developing ovary to bring about hyprglycogenism in mature eggs, a prerequisite metabolism for diapause initiation. Using in vivo and in vitro systems, DH is clearly shown to induce trehalase gene expression in developing ovaries. New protein synthesis is not needed for this process, but a Ca2+-dependent proteinkinase seems to be involved. Quite recently, we have sucessfully applied a new and potent trehalase inhibitor (Trehazoline) to reudce glycogen content in developing ovaries. The eggs deficient in glycogen were also able to enter diapause as the natural eggs do, so that we could provide the new egg system to reconsider the diapause associated metabolism other than the glycogen-sorbitol metabolic system.
Studies were carried out to elucidate the efficacy of exogeneous 20-hydroxyecdysone treatment on terminating pupal diapause in the fall webworm. Hyphantria cunea Drury. And the difference was also investigated between normal adult development and post-diapause development after 20-hydroxyecdysone treatment. In the diapause termination rate of pupae treated with 20-hydroxyecdysone after storage for various periods at 16L:8D and $25\pm$$1^{\circ}C$, at the highest rate was observed from the group stored for the longest period and the lowest rate from those stored for 1.5 months. The time needed for adult emergence was inversely proportional to the chilling (at $0\pm$$1^{\circ}C$) period, and the longer its exposure period at low temperature, the higher its sensitivity to 20-hydroxyecdysone treatment. Pupal diapause duration was almost the same, regardless of storage period in the total darkness or at the photoperiod of 16L:8D, and also they successfully emerged to adult even without any experience at low temperature. The oxygen consumption rate in normally developing pupae showed nearly a typical U-form. But, that of diapausing pupae treated with 20-hydroxyecdysone slowly increased and jumped 14 days after the treatment. Pupal diapause began before formation of adult tissues, an a timing of adult tissue formation coincided with ascending timing of the metabolic rate in both normally developing pupae and diapausing pupae treated with 20-hydroxyecdysone. The diapausing pupae treated with 20-hydroxyecdysone was similar to normally developing pupae in band patterns of proteins from haemolymph or fat body.
Laboratory and field studies were conducted to investigate the initiation and termination factors for pupal diapause in the Oriental tabacco budworm, Heliothis assulta Guenee. Diapause induction was dependent of photoperiod and temperature experienced by 4th and 5th instar larve. One hundred percent of pupal diapause was obtained when larvae were grown at 10L/14D or shorter and $20^{\circ}C$. But at $25^{\circ}C$ the maximum rate of diapause was only about 85% at 8L/16D, the shortest photoperiod tested in this experiment. Adults, eggs or pupae did not respond to diapause-inducing environmental conditions. The critical photoperiod was 12-12.5 hr at $25^{\circ}C$and 14-14.5 hr at $20^{\circ}C$. In the field-collected sample 100% of diapuse rate was observed on Sept. 20 and thereafter in Suwon and middle part of Korea. Cold temperature treatment was not necessary in the termination of pupal diapause, but accelerated adult development.
Studies were carried out to investigate effects of temperature and photoperiod on diapause induction and of juvenile hormone III and 20-hydroxyecdysone treatment on diapausing adults of the alder leaf beetle, Agelastica coerulea Baly(Chrγsomelidae: Coleoptera). Its life cycle and ovarian development in adults were also observed. The beetle had one year life cycle with egg, larval, pupal and adult periods being 7-10, 19-21, 14-15 days and about 10 months, r respectively. All adults showed a diapause syndrome when the larvae were reared at $20^{\circ}C$ or $25^{\circ}C$ in combination of photoperiods of 16L/8D, 12L/12D, or 8L/16D. Their ovarioles did not s show any development of vitellogenesis before or during diapause and even when exposed at $15^{\circ}C$ after overwintering. When diapausing adults were treated with JH III they resumed feeding and laid several eggs and broke diapause condition temporally. But diapausing adults treated with 20-hydroxyecdysone did not show any response.
The aphidophagous lady beetle, Harmonia axyridis, is induced to undergo reproductive diapause by low temperature treatment. The diapause of the adult beetle can be maintained without supplying the diet up to 5 months at $4^{\circ}C$. The diapause can be induced any time including during the summer, allowing the beetle to be supplied to the field for the control of aphids through the year. Fecundity and longevity after the reproductive diapause is though to be satisfactory enough for the control of aphids in the field, Methoprene, an analog of reproductive hormone of JH, increases the early fecundity of the beetle.
Studies were carried out to investigate the diapause-sensitive stage, the effect of 20-hydroxye- cdysone on diapausing pupae and the changes in pupal proteins of the fitll webworm, HYPha¬ntria cunea Drury. The stage sensitive to diapause-inducing photoperiod lies between 5th and 15th day of the larval development. And the oxygen consumption rate of diapausebound pupae decreased to a mean level of $30mu$l $O_{2}$/g/hr. The 20-hydroxyecdysone was effective in raising the respiratory acivity of 2.5% homogenate of the diapausing fall webworm pupae and in causing a normal adult development of the diapause-bound pupae. The soluble protein content rapidly declined in normally-developing pupae, but in diapause-bound pupae it was more or less static with much higher quantity. And protein bands separated from fat body of diapause¬bound pupae were different from those of nondiapausing pupae.
We analyzed the effects of temperature on the survival, development, and reproduction of the non-diapause Asian corn borer, Ostrinia furnacalis (Lepidoptera: Crambidae). A 16:8 h light:dark photoperiod was supplied to the non-diapause stages of O. furnacalis. The insects were raised on an artificial diet at seven constant temperatures between 15 and 35℃ for immature stages, and eight temperatures between 13 and 33℃ for the adult stage. The survival rate of eggs exceeded 70% at all temperatures, whereas survival of larvae was as low as 7.4% at 15℃. The developmental periods of the immature stages decreased with increasing temperature, but the larval period did not decrease further at 35℃. The pupal weight increased with increasing temperature, but the female weight decreased at 35℃. Variations with different last larval instars within the colonies at different temperatures were observed. Adults produced offspring at all tested temperatures. Adult longevity and the pre-oviposition and oviposition periods decreased with increasing temperature, but the pre-oviposition period increased at 33℃. Total fecundity exceeded 400 viable eggs at 22℃ and 31℃. The mean daily fecundity during the oviposition period and the mean daily fecundity on the day of oviposition increased with increasing temperature, but decreased at 33℃. Daily fecundity sharply increased at earlier adult ages and slowly decreased thereafter. The simulated oviposition frequency was greatest at 22℃. The lower developmental threshold temperatures were estimated to be the lowest at 9.7℃ for the first instar larva and the highest at 14.7℃ for the 5th to last instar larval stage, using a linear model.
Kim, Eun Young;Kim, I Hyeon;Seo, Bo Yoon;Kim, Yonggyun;Park, Chang-Gyu;Jung, Jin Kyo
Korean journal of applied entomology
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v.59
no.3
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pp.185-202
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2020
The diapause induction season in Ostrinia furnacalis (Lepidoptera: Crambidae) was estimated in Suwon. Three batches of adult generations were observed, the first one from early May to early July, the second from early or mid-July to early or mid-August, and the third from mid-August to October. In outdoor larval rearing, colony rearing occurring from mid-July to mid-August produced both non-overwintering and overwintering larvae, whereas late-reared colonies produced only overwintering larvae. Larvae collected during July and August in maize fields produced both non-overwintering and overwintering larvae, whereas late-collected larvae produced only overwintering larvae. The results indicated that O. furnacalis has a bi- or trivoltine complex life cycle in this area. In the laboratory, when larvae of all instars within 9 h after molting were first treated to a diapause induction condition (11:13 h = light:dark photoperiod and 20℃), almost all larvae were induced to diapause. However, when similar treatments were conducted age-specifically for the 5th instar larvae, diapause induction rates in 3- and 4-day-old larvae of the 5th instar decreased. In contrast, when larvae were subjected to the diapause induction treatment only during the periods from the hatching stage to the 2nd, 3rd, and 4th instar, almost all larvae were not induced to diapause. The results suggest that the early age of the 5th larval instar is the last stage for sensitivity to diapause induction stimuli. In the diapause-induced larvae, hemolymph trehalose content increased and body supercooling points dropped, compared with those in non-diapause larvae.
Chan-Ouk Kim;Sangmin Ji;Gyu-Dong Chang;So-Yun Kim;Jeong-Hun Song
Journal of Environmental Science International
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v.33
no.1
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pp.97-102
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2024
We introduce a method for preserving yellow mealworm (Tenebrio molitor Linnaeus) larvae for an extended period and show that a high percentage of larvae can survive in good health under low-temperature storage conditions combined with specific diapause termination conditions. Our study revealed that we can regulate important development stages such as pupation, emergence, and larval duration by adjusting these termination conditions. When storing larvae aged 6-8 weeks for 140 days, the storage temperature can be varied based on our goals, giving us control over yellow mealworm production to meet specific demands. To produce adult beetles, storing larvae at 15 ℃ with wheat bran and ending diapause at 30 ℃ resulted in 90% pupation rate, with 60% becoming adults in 21 days. If our aim is larvae production, storing them at 10-12 ℃ with wheat bran and ending diapause at 25-30 ℃ allows the larvae to reach a suitable weight for processing. This straightforward approach ensures long-term storage of yellow mealworm larvae and provides a practical way to control their development, allowing efficient mass production tailored to market demands.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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