Insects are among the most important abiotic and biotic constraints to rice production. National rice research programs are in various stages in the development and implementation of integrated pest management (IPM) stratagies for rice insect control. Among the various control tactics, insect resistant cultivars are sought as the major tactic in rice IPM. Through the activities of interdisciplinary teams of scientists significant progress has been made in the development and release of insect resistant cultivars to farmers. Because of its compatibility with other control tactics insect resistance has proven to fit well into the IPM approach to rice insect control agents and minimize the need for insecticide applications. The development of biotypes which overcome the resistance in rice plants has been a significant constraint in the breeding of rice for resistance to insects. Most notable examples in Asia are the green leafhopper, Nephotettix virescens, brown planthopper, Nilaparvata lygens and the Asian rice gall midge, Orseolia oryzae. The current breeding stratege is to develop rice cultivars with durable resistance on which virulent biotypes cannot adapt. In spite of the significant progress made in the breeding of insect resistant cultivars there are still numerous important rice insect species for which host plant resistance as a control tactic has not been fully utilized. Advances in biotechnology provide promise of solving some of the problems that have limited the use of host plant resistance as a major tactic in the integrated management of rice insect pests.
The technique of plant transformation has started to show off its great power in the area of plant breeding by commercially successful introduction of transgenic varieties such as herbicide tolerant soybean and insect resistant corn in USA with an unimaginable speed. However, in contrast with the great success in the commercialization of herbicide tolerance and insect resistance, the transformation works on disease resistance has not yet reached the stage of full commercialization. This review surveys the current status of molecular breeding for plant disease resistance and their limits and problems. Some novel ideas and approaches in molecular breeding for disease resistance are introduced.
Kim, Me-Sun;Ouk, Sothea;Jung, Kuk-Hyun;Song, Yoohan;Le, Van Trang;Yang, Ju-Young;Cho, Yong-Gu
Plant Breeding and Biotechnology
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제7권3호
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pp.272-286
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2019
Developing elite hybrid rice varieties is one important objective of rice breeding programs. Several genes related to male sterilities, restores, and pollinators have been identified through map-based gene cloning within natural variations of rice. These identified genes are good targets for introducing genetic traits in molecular breeding. This study was conducted to breed elite hybrid lines with major genes related to hybrid traits and disease/insect resistance in 240 genetic resources and F1 hybrid combinations of rice. Molecular markers were reset for three major hybrid genes (S5, Rf3, Rf4) and thirteen disease/insect resistant genes (rice bacterial blight resistance genes Xa3, Xa4, xa5, Xa7, xa13, Xa21; blast resistance genes Pita, Pib, Pi5, Pii; brown planthopper resistant genes Bph18(t) and tungro virus resistance gene tsv1). Genotypes were then analyzed using molecular marker-assisted selection (MAS). Biological assay was then performed at the Red River Delta region in Vietnam using eleven F1 hybrid combinations and two control vatieties. Results showed that nine F1 hybrid combinations were highly resistant to rice bacterial blight and blast. Finally, eight F1 hybrid rice varieties with resistance to disease/insect were selected from eleven F1 hybrid combinations. Their characteristics such as agricultural traits and yields were then investigated. These F1 hybrid rice varieties developed with major genes related to hybrid traits and disease/insect resistant genes could be useful for hybrid breeding programs to achieve high yield with biotic and abiotic resistance.
The rapid increase in cases of insect resistance to insecticides indicates that the contribution of present chemical control practices inevitably leads to exhaustion of available insecticide resources against key insect species. Now the problem of insecticide resistance exists worldwide among insects and mites affecting field crops and animals including human beings, ranging from minimal or absent in some developing countries, where use of insecticides has been low, to extremely severe in many developed countries. Since the occurrence of insect resistance to insecticides was firstly recognized in 1908, the increase in recent decades has been almost linear and now the number of species of insects and acarines in which resistant strains have evolved have been increased to a total of 432. Of these, $261(60\%)$ are agricultural importance and $171(40\%)$ of medical/veterinary importance. The phenomenon of insecticide resistance is asserting itself as the greatest challenge to effective chemical control of many important insect pests. Resistance of insects to insecticides has a history of nearly 80 years, but its greatest increase and its strongest impact have occurred during the last 40 years following the discovery and extensive use of synthetic organic insecticides and acaricides. The impact of resistance should be considered not only in terms of greater cost of pest control due to increased dosages and number of applications but also in terms of the ecological disruption of pest-beneficial species density relationships, the loss of investment in the development of the insecticides concerned, and socio-economic disruption in agricultural communities. Despite its grave economic consequences, the phenomenon of insecticide resistance has received surprisingly little attention in Korea. Since the study of insecticides started firstly in 1963, many entomologists have been concerned with this study. According to their results, some of the rice pests and some of the mites on orchard trees, for example, have developed worrisome level of resistance in several areas of this peninsula. With many arthropods, considerable advances in the developed countries have been made in the study of the biochemical and physiological mechanisms of resistance. Progress involves the biochemical characteristics of specific defense mechanisms, their genetics, interactions, and their quantitative and qualitative contribution to resistance. But their studies arc still inadequately known and relatively little have been contributed in terms of unique schemes of population management in achieving satisfactory pest control. It is apparent that there is no easy solution to resistance as a general phenomenon. For future challenging to effective control of insect pests which are resistant to the insecticides concerned, new insecticide groups with distinctly novel mode of action are urgently needed. It is clear, however, that a great understanding of the factors which govern the intensity of selection of field population for resistance could lead to far more permanently successive use of chemicals within the framework of integrated pest management than heretofore practiced.
Non-heading Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. chinensis) is a popular vegetable in Asian countries. The diamondback moth (DBM), Plutella xylostella (L.), an insect with worldwide distribution, is a main pest of Brassicaceae crops and causes enormous crop losses. Transfer of the anti-insect gene into the plant genome by transgenic technology and subsequent breeding of insect-resistant varieties will be an effective approach to reducing the damage caused by this pest. We have produced transgenic non-heading Chinese cabbage plants expressing the potato proteinase inhibitor II gene (pinII) and tested the pest resistance of these transgenic plants. Non-heading Chinese cabbages grown for 45 days on which buds had formed were used as experimental materials for Agrobacterium-mediated vacuum infiltration transformation. Forty-one resistant plants were selected from 1166 g of seed harvested from the infiltrated plants based on the resistance of the young seedlings to the herbicide Basta. The transgenic traits were further confirmed by the Chlorophenol red test, PCR, and genomic Southern blotting. The results showed that the bar and pinII genes were co-integrated into the resistant plant genome. A bioassay of insect resistance in the second generation of individual lines of the transgenic plants showed that DBM larvae fed on transgenic leaves were severely stunted and had a higher mortality than those fed on the wild-type leaves.
Souza, Velci Queiroz de;Pereira, Arione da Silva;Silva, Giovani Olegario da;Carvalho, Fernando Iraja Felix de;Oliveira, Antonio Costa de
Journal of Crop Science and Biotechnology
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제11권1호
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pp.69-74
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2008
This work aimed to evaluate 11 potato families for insect resistance horticultural traits. The families were derived from crosses between introduced insect resistant and adapted genotypes. A randomized complete block design, with three replications was used. The plot consisted of 25 genotypes of a family, summing up to 75 genotypes tested per family. Two susceptible cultivars were included in the experiment as checks. The genotypes were evaluated for insect resistance, tuber yield traits, tuber appearance and tuber skin smoothness. The genetic value for the intensity of insect attack in the leaves and in the tubers was lower(higher resistance) in the 11 families than in the checks. For yield traits, there was no predominant effect among the families regarding the origin of the resistant donor species(Solanum berthaultii and/or S. chacoense). However, there was a large contribution of the C-1485-16-87 recurrent parent in crosses with resistant genotypes for tuber yield and tuber number. In relation to tuber appearance, only the family derived form the C-1485-16-87/ ND140(S. berthaultii) cross did not differ from the checks. had genetic value tuber skin smoothness, it was identified that families derived from S. berthaultii resistant parents showed higher genetic values than the check cultivars. For tuber skin smoothness, the genetic values of the families neither differed significantly from each other nor from the checks.
Yield losses due to diseases and insect pests were mentioned and emphasized the efficiency of resistant cultivars in curving the yield losses and increasing chemical efficiency. Present status of resistance breeding for blast, bacterial leaf blight viruses, brown planthopper and white backed planthopper were introduced and the resistance sources for those are discussed. Breeding strategies for above items were presented. Specially for the blast resistance, discussions were made in some detail. With brief future prospects of resistance breeding in Korea, a suggestion was made for pathologists to make clear about whether the blast spores will be brought from mainland China as we see with Bph and Wbph or not.
외래 저항성 유전자, Proteinase inhibitor II가 형질전환된 3계통의 벨기에 포플러를 대상으로 딱정벌레에 대한 유전자 발현정도가 기내에서 조사되었다. 포플러 계통은 선발 유전자로서 Nos-promoter와 Neomycin phosphotransferase gene에 의하여 조절되고 곤충에 대한 저항성 유전자로서 CaMV-35S와 Pin2(Proteinase inhibitor II)에 의한 형질전환체이다. 특히, 형질전환된 포플러의 내충성 저항력을 조기검정하기 위하여, 조직배양을 응용한 새로운 방법으로서 곤충의 알을 표면 살균하여 기내의 조직배양묘와 배양하는 동시배양 방법이 이용되었다. 형질전환된 포플러의 저항성은 기내에서 유충에 의해 섭취된 잎면적, 잎 섭취에 의한 유충의 무게 증감, 유충의 성장단계 등에 의하여 조사되었다. 특히, 잎면적은 각각의 LPI(Leaf plastochron index)별로 측정되었고, 잎면적, 유충의 무게, 곤충의 성장 속도는 형질전환체와 비형질전환체 간에 큰 차이를 보였다. 기내에서 무병상태로 배양된 알들이 부화된 후, 유충의 잎 섭취도는 LPI 4와 5사이에서 가장 높았다. 본 실험의 기내 배양법은 외래유전자를 삽입한 이후에 곧바로 발현을 빠른 시간내에 조기검정 할 수 있는 새로운 방법의 개발이라 할 수 있다.
현재 우리나라 주요 벼 해충은 벼멸구(Nilaparvata lugens), 애멸구(Laodelphax striatellus), 끝동매미충 (Nephotetix cincticeps) 등 멸구류와 벼물바구미(Lissorhoptrus oryzophilus) 등이며, 약제에 대한 위 해충들의 약제 감수성을 모니터링한 결과 이미다클로프리드에 대해서만 일부 지역에서 68배의 높은 저항성을 보이고 있으며, 다른 약제에 대해서는 1979년 이래 지역에 따라 $0{\sim}20$배 정도의 같은 감수성을 보이고 있어 저항성의 계속적인 발달은 없었다. 끝동매미충은 기존 carbamates, organophosphorus, pyrethroid 계통의 살충제에 대해서는 1976년 이래 감수성 저하가 없어 저항성 발달을 인정할 수 없었으나, 벼물바구미의 대표적 약제인 fipronil 과 imidacloprid에 대해서는 두드러진 감수성 저하를 보였다. 벼물바구미는 1999년에서는 조사지역에서 높은 감수성을 보여 carbofuran, ethofenprox, fipronil, imidacloprid 등 시험약제 모두는 지역 계통에 관계없이 기준 약량의 4분의1 농도에서도 높은 살충력을 보였으나, 2002년에는 수원지역 계통이 carbofuran에 대해 현저한 감수성 저하 현상을 보였다.
Insect pests can be controlled through direct application of insecticides. Insect control by residual protectants is relatively inexpensive and has an advantage of destroying all stages of infestations. The efficacy of control is largely determined by the concentration of insecticides to which the pest species is exposed. A reduction in the period of control in the field afforded by a specific level of a protectant indicates that resistance has developed. An increase in the level of protectant is required to maintain control, and the efficacy of currently used insecticides has been severely reduced by insecticide resistance in pest species. Development of resistance to particular insecticide varies with species because insecticide resistance is often correlated with increased levels of certain enzymes, which are cytochrome P450-dependent monooxygenases, glutathione S-transferases and esterases. Some sections of insecticide molecules can be modified by one or more of these primary enzymes. A reduction in the sensitivity of the action site of a xenobiotic also constitutes a mechanism of resistance. Acetylcholinesterase is a major target site for insecticide action, as are axonal sodium ion channels and ${\gamma}$-aminobutyric acid receptors. Development of reduced sensitivity of these target sites to insecticides usually occurs. This review not only may contribute to a better understanding of insecticide resistance, but also illustrates the gaps still present for a full biochemical understanding of the resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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