매년 국내로 비래해 오는 해충인 벼멸구는 그 기원이 중국 또는 중국 남부일 것으로 예상해왔으나, 이에 대한 유전학적 근거는 Mun et al. (1999)에 의해 제시된 세 가지 COI haplotype 비교가 유일하다. Mun et al. (1999)은 국내에 서 확인된 두 가지 haplotype 유형이 인도차이나반도 이남의 균일한 한 가지 haplotype 집단 유형과 중국에서 확인 된 또 다른 haplotype 집단 유형임을 근거로 국내 벼멸구의 기원을 중국으로 특정한 바 있다. 본 연구는 국내 및 동남아시아 5개국(부탄, 미얀마, 캄보디아, 라오스 및 태국)으로부터 직간접적으로 확보한 개체들을 대상으로 GBS (genotyping by sequencing) 및 NGS 기법을 통해 PCA를 포함한 다양한 집단유전학적 분석을 수행하였다. 그 결과 인도차이나반도의 벼멸구 집단은 크게 북부와 남부로 나뉘며, 국내 개체들은 북부에 비해 남부(캄보디 아, 태국)에 더 가깝다는 사실을 확인하였다. 따라서 벼멸구의 국내 비래는 중국으로부터의 기원 이전에 장마전 선이 형성될 무렵부터 인도차이나반도 남쪽의 고온다습한 서풍이 남남서풍으로 바뀌면서 중국 내륙을 거쳐 국내로 비래하는 경로를 따르는 것으로 보인다. 하지만 태안의 개체 중에는 인도차이나반도 집단들의 외군으로 확인되는 개체가 있었고, 이는 인도차이나반도 외의 샘플링되지 않은 다른 지역에서도 벼멸구가 국내로 비래할 수 있다는 가능성을 제시하였다. 따라서 국내로 유입되는 벼멸구의 유전적 기원을 확인하기 위해서는 인도차이 나반도 남쪽 지역에서 시작한 동아시아 여름 몬순의 바람이 한국으로 도착하는 경로에 위치한 다른 지역에서의 추가적인 샘플링 및 지속적인 관심과 추적이 필요할 것이다.

Untargeted metabolomic fingerprinting is a discovery tool for the identification of metabolites associated with the response to dietary and environmental perturbations. Direct analysis in real-time mass spectrometry (DART MS) promises to be a powerful analytical technique for high-throughput metablome analysis of insect. In this study, we used the DART MS technique to find tracers related to the origin of small brown planthopper (Laodelphax striatellus), and conducted a untargeted metabolomic fingerprinting on the wings and exoskeleton in Chinese and domestic collectives. This paper showed that DART MS metabolomic fingerprinting represents a rapid and powerful analytical strategy enabling distinguish of two different origin’s small brown planthoppers by recording metabolomic fingerprints.

Molecular diagnostic markers are necessary for establishing highthroughput screening systems to support insecticide-resistant population management. Here, we identified single amino acid substitution mutations related to carbamate resistance in Laodelphax striatellus Fallén type-1 acetylcholinesterase (Lsace1) using carbofuran-selected strains. The phenotypic resistance profiles of the final selection strain (SEL9) compared to the susceptible strain revealed a 14-fold higher resistance ratio based on topical application, 1.2-fold higher general esterase activity, and 4.3- fold higher acetylcholinesterase insensitivity based on the 50% inhibitory concentration (I50), suggesting that insensitivity of the target site could occur as a resistance factor. Comparison of the nucleotide sequences of Lsace1 of five strains (SUS, SEL0, SEL3, SEL6, and SEL9) revealed two amino acid substitutions (F330Y and F331H). To understand the roles of these mutations, we determined the allele frequency of both point mutations in the selected strains using quantitative sequencing methods. In addition, several quantitative genotypic traits (e.g., gene copy numbers and transcript levels of Lsace1, Lsace2, and LS.CarE1) were assessed. A correlation analysis of genotypic and phenotypic traits revealed strong correlations between resistance level and I50 with F331H allele frequency. Interestingly, the F331H mutation was negatively correlated with transcript levels of Lsace1, suggesting that selection pressure might result in a reduction of the target gene. Overall, the F331H mutation and reduced mRNA are important factors in the development of carbamate resistance. Furthermore, the point mutation can be used to monitor rapid carbofuran resistance in conjunction with molecular diagnostic methods such as quantitative sequencing.

One of the leading pests of rice, small brown planthopper (Laodelphax striatellus) can grow up to have either short or long wings, depending on conditions. However, under the same breeding conditions, the phenotypes of the long- and short-winged small brown planthopper observed to keep the first collected phenotype. To investigate the mechanism involved in wing dimorphism, metabolomic researches have been conducted. In this study, we observed several metabolites change, and the difference of metabolites could provide clues to the relationship between physiological changes in the small brown planthopper and ecological transport.

Development, survival, and reproduction of brown planthopper (BPH) Nilaparvata lugens Stål (Hemiptera: Delphacidae), were studied in laboratory at 25±2°C, 65±5% RH and a 16L : 8D hours photoperiodism on five rice cultivars of: Dongjin 1ho, Chungchungbyeo, Jangseongbyeo, Chinnongbyeo and Jungmo 1045. BPH nymphs successfully survived on all rice cultivars, although survival rate was lowest on Jangseongbyeo (36.0%). Developmental time of immature stages ranged from 11.7±0.59 d on Jungmo 1045 to 12.8±0.59 d on Chinnongbyeo. Reproductive period and female longevity were longest on Dongjin 1ho, Chinnongbyeo and Jungmo 1045 while highest fecundity of N. lugens being observed on these three rice cultivars. Highest and lowest net reproductive rates were calculated on rice cultivars, Jungmo 1045 and Jangseongbyeo, respectively. Mean generation time was the longest on rice cultivar Dongjin 1ho. Respective descending order of intrinsic rates of population increase were on Jungmo 1045, Chinnongbyeo, Dongjin 1ho, Chungchungbyeo and Jangseongbyeo. These population parameters showed that N. lugens can successfully survive and reproduce on Chinnongbyeo and Jungmo 1045.

멸구과(Delphacidae) 8종의 internal transcribed spacer 2 (ITS2) DNA 염기서열로 종간 차이 추정값을 비교하고 분자계통수를 추론하였다. ITS2 DNA 염기서열 길이는 종(species)마다 550 bp (흰등멸구)에서 699 bp (겨풀멸구)까지 차이를 보였다. 같은 Nilaparvata 속의 겨풀멸구와 벼멸구붙이 사이 의 염기서열 차이 추정값(d ± S.E.)은 0.001 ± 0.001로 가장 낮았으며, 사슴멸구와 일본멸구 사이는 0.579 ± 0.021로 가장 높았다. 벼멸구와 다른 멸구류들 과의 종간 염기서열 차이 추정값은 0.056 ± 0.008 (겨풀멸구)에서부터 0.548 ± 0.021 (일본멸구)로 구분되었다. 반면, Neighbor-joining 방법으로 추론된 분자계통수에서는 겨풀멸구와 벼멸구붙이를 제외하고 나머지 멸구류들은 독립된 다른 그룹으로 분지되었다. 벼멸구의 ITS2 염기서열을 참고하여 벼멸구 특이 고리매개등온증폭(loop-mediated isothermal amplification, LAMP) 프라이머 4 세트(BPH-38, BPH-38-1, BPH-207 및 BPH-92)를 제작하였다. 이들 각각을 벼멸구, 흰등멸구 및 애멸구의 게놈 DNA와 65°C에서 60분간 반응시켰을 때, 벼멸구 시료에서만 증폭 산물들이 관찰되었다. BPH-92 LAMP 프라이머 세트로 65°C에서 벼멸구 DNA의 양(0.1 ng, 1 ng, 10 ng, 100 ng)과 반응시간(20분, 30분, 40분, 60분)을 달리하여 형광반응을 관찰하였을 때, 20분과 30분 반응에서는 100 ng 까지에서도 발광여부 구별이 어려웠다. 그러나 40분 반응에서는 10 ng 이상에서, 60분 반응에서는 0.1 ng 이상에서 발광여 부가 명확히 구별되었다.

It is necessary to understand of temporal and spatial dynamics by establishing a periodical monitoring system for theproper management in small brown planthopper (SBPH). A dataset is including the number of SBPHs by location, collectionmethod [aerial collection net (AeCN) or light trap (LT)] and period (May~Aug.) for five years (2011~2015), and missingvalues were imputed using multiple imputation methods. Of the 15,848 individuals collected, approximately 47% and 52.9%were collected using the AeCN and LT methods, respectively. A high incidence of migratory SBPHs was observed duringJulian days 144-166 using the AeCN method. Generally, the migratory SBPHs from China composed 39.4% of the totalpopulations of SBPHs. These results would provide valuable information to predict the incidence period of migratory SBPHsand establish a proactive management system against SBPH.

The small brown planthopper (SBPH), Laodelphax striatellus, is one of the most serious pest insects of rice plants.Buprofezin has been used to control SBPH for more than a decade, however, the occurrence of buprofezin resistant SBPHwas reported recently. To develop an alternative pest control an alternative pest control strategy, RNA-seq of buprofezin-treatedSBPH was performed to screen the insecticidal target genes for RNA interference (RNAi). Six genes were selected fordsRNA synthesis, and applied to SBPH to assess the insecticidal efficacy. Two and three of those dsRNAs showed moderatedand substantial insecticidal activity up to 60% of mortality in one week, respectively. These results demonstrated the potentialof gene screening strategy for the development of RNAi-based pest management program.

The small brown planthopper (SBPH), Laodelphax striatellus, which transmits rice stripe virus (RSV) is one of thenotorious pests of rice plants. To investigate the factors of vector insect responding to virus introduction, the total RNAof RSV-viruliferous SBPHs was subjected to RNA-Seq to analyze the SBPH-RSV interactome. Based on the transcriptomicchanges of RSV carrying SBPHs, eight cDNA sequences possibly related to RSV replication in SBPH were selected,and dsRNAs targeting those sequences were synthesized and applied to SBPH. Three of those dsRNAs showed over 90%of substantial RSV suppression efficiency in SBPH, that demonstrated a potential of RNAi-based virus-vector managementprogram.

DC-EPG 시스템을 활용하여 애멸구(Laodelphax striatellus) 암컷 성충이 벼를 섭식하는 동안 발생되는 전기적 신호를 기록하고 분석하여, 벼멸구에서 보고된 것(Seo et al., 2009)과 같은 방식으로, np, L1, L2, L3, L4-a, L4-b, L5의 7 개 EPG 파형으로 구별하였다. 파형들의 모양과 발 생 패턴은 벼멸구(Nilaparvata lugens)와 매우 유사하였고, L4-b의 직전에는 반드시 L3와 L4-a가 연속된 순서로 나타났다. 감로는 L4-b에서 주기 적으로 분비되었다. 레이저 stylectomy 후 섭식부분의 미세절편을 관찰한 결과, 애멸구 구침의 끝이 L3와 L4-a, L4-b에서는 벼의 체관부 근처 또 는 체관부에서 관찰된 반면, L5에서는 물관부에서 관찰되었다. 레이저 stylectomy로 L4-b에서 잘려진 애멸구 구침의 절단부로부터 유일하게 벼 수액이 용출되었고, HPLC로 분석된 수액 안의 당 성분으로 식물의 체관부 탄수화물 이동태인 설탕(sucrose)만이 검출되었다. 이상의 관찰 결과 와 애멸구의 EPG 파형 전개 과정 분석을 통해, L1과 L2는 관다발 도달 전에 발생하는 구침을 찌르고 타액 분비가 동반된 구침의 이동 행동으로, L3와 L4-a는 체관부에서 섭식을 위해 사전에 준비하는 과정으로, L4-b는 체관부 수액을 흡즙하는 행동으로, 마지막으로 L5는 물관부에서 형성되 는 섭식행동으로 벼멸구와 유사하게 결론지었다.

The small brown planthopper (SBPH), Laodelphax striatellus, is one of the most serious pest insects of rice plants because it can transmit the rice stripe virus (RSV) which often causes significant reduction of yield in the field. Buprofezine is an effective insect growth regular (IGR) pesticide to control planthoppers, however, since the use of buprofezine for more than a decade, it has caused a certain resistance of SBPH. To survey the responses of SBPH to buprofezine, we exposed 4th instar SBPH to 200 ppm buprofezine by dipping method, and extracted total RNA for RNA-seq by Illumina platform. The quality filtered raw reads of cDNA obtained from experimental and control SBPH were subjected to Bowtie2 followed by eXpress computer program to compare the differential gene expression which will be important information for pest control methods using RNAi.

작물 재배 시 주요 해충 발생에 대해 한두 달 이상 앞선 계절전망이 가능하다면 농가의 해충관리 의사결정이 보다 효율적으로 이루어질 수 있을 것이다. 본 연구에서는 국내 해충 발생과 통계적으로 유의미한 원격상관관계에 있는 기후현상을 찾기 위해 Moving Window Regression (MWR) 기법을 활용하였다. 벼멸구의 발생과 비래는 장기간에 걸쳐 여러 지역에서 연속적으로 일어나는 사건이기 때문에 비슷한 시공간적 규모 를 갖는 기후현상과 통계적인 연관성을 가질 가능성이 높아 본 연구의 대상 해충으로 선택하였다. MWR 통계 분석의 반응변수로써 1983년부터 2014년까지 국내 벼멸구 발생면적 자료를 사용하였고, 10개의 기후모형에서 생산되는 10개의 기후변수를 예보 선행시간별로 추출하여 설명변 수로 사용하였다. 최종적으로 선정된 각 MWR 모형의 특정 시기와 지역의 기후변수는 연간 벼멸구 발생면적 자료와 통계적으로 유의한 상관관 계를 보였다. 결론적으로, 본 연구에서 개발한 MWR 통계 모형을 통해 국내 벼멸구 발생 위험도에 따른 선제적 대응을 위한 벼멸구 계절전망이 가능할 것으로 보인다.

A seasonal outlook for crop insect pests is most valuable when it provides accurate information for timely management decisions. In this study, we investigated the probable relationship between climatic phenomena and pest infestations in Korea using two statistical methods. Brown planthopper was selected because of its migration characteristics, which fits well with the concept of our statistical modelling – utilizing a long-term, multi-regional influence of selected climatic phenomena to predict a dominant biological event at certain time and place. The moving window regression (MWR) model showed high correlation between the national infestation trends of brown planthopper and some tempo-spatial climatic variables near its sequential migration path, while the climate index regression (CIR) model resulted in a relatively low correlation compared to the MWR model. Overall, the statistical models developed in this study showed a promising predictability for rice brown planthopper infestation in Korea, although the dynamical relationships between the infestation and selected climatic phenomena need to be further elucidated.