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한국응용곤충학회 학술대회논문집

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2018년 작물보호분야 공동 국제학술대회 (2018년 10월) 380

High School Student Competition for Insect Study Ⅱ

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본 조사는 도심 중앙부와 외곽지역에 서식하는 곤충의 종류에는 어떤 차이점이 있는지를 알아 보고자 하였다. 대전시에서 중앙부는 대전천 한남대교, 외곽지역은 갑천 원천교에서 50m 구간을 포충망을 이용하여 쓸어잡기로 3회 조사하였다. 그 결과 한남대교 지역은 3목 13과 27종이, 원천교는 4목 20과 39종이 조사되었다. 도심 중앙부는 하상도로와 자전거도로가 개설되어 있고 외곽지역은 자전거도로만 있어 상대적으로 환경의 교란상태가 적은 외곽에서 많은 곤충이 서식하고 있는 것으로 나타났다. 중앙부에서 우점종은 시골가시허리노린재와 더듬이긴노린재, 외곽지역은 운계방패멸구와 꽃매미로 나타나 두 지역의 우점종 모두는 환경이 교란된 지역에 서식하는 종들이다. 도심 중앙부에 많은 인공시설들은 곤충이 서식하기에는 부적합한 것으로 나타났다.
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소나무재선충은 소나무에이즈라고 불리는 소나무해충으로서 전국적으로 큰 피해를 끼치고 있다. 최근 소나무재선충 피해는 경북지역의 경주 및 포항지역에 많이 발생하고 있다. 특히 경주지역에는 역사적인 유적지 및 고분공원이 많은데 이 지역의 소나무 숲에 재선충 피해가 확산되고 있어서 역사적 가치뿐만 아니라 관광산업에 큰 피해가 예상된다. 재선충 피해를 줄이기 위하여 재선충 감염목에 대한 신속한 제거작업이 필요한데 이에 대한 진단이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 LAMP-PCR 진단키트를 이용하여 경주 고적지 지역의 재선충 감염이 의심되는 소나무를 진단하였다. 경주남산 및 불국사부근 7개 지역에서 재선충 감염 의심목으로부터 시료를 채취하여 조사해 본 결과 약 50%의 소나무에서 양성반응을 나타내었다. 본 연구를 통하여 경주 고적지의 재선충 감염여부를 신속하게 진단할 수 있었고 경주 유적지의 재선충 피해를 억제하는데 기여할 수 있을 것으로 판단한다.
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과일이나 농작물의 부패 및 발효 환경에서는 Methanol, Ethanol, Acetic acid을 비롯한 다양한 화학물질들이 생산된다. Drosophila melanogaster는 이러한 발효·부패 환경에 서식하면서 일정 농도 이상의 다양한 화학물질에 지속적으로 노출되어 생존하도록 적응되어온 것으로 생각된다. 다양한 화학물질이 포함한 환경에 안정적으로 서식하기 위해서는 D. melanogaster는 화학물질에 능동적으로 반응하여 해독 유전자나 대사 관련 유전자의 발현량을 변화 시킴으로써 발효·부패 환경에서 생성되는 화학물질에 대한 높은 내성을 가지고 있을 것으로 판단된다. 현재까지 유전자의 발현량 측정을 위해 real-time PCR를 이용하여 reference gene의 발현량을 기준으로 정량화하는 방법이 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 조직별, 환경별, 발달단계를 비롯한 다양한 조건에서 안정적으로 발현되는 reference 유전자 선정이 필수적으로 선행되어야 하므로 본 연구에서는 발효·부패 환경에서 생산되는 두 화학물질인 Methanol과 Ethyl Acetate에 노출된 D. melanogaster에서 안정적으로 발현되는 reference gene을 찾는 연구를 실시하였다. 본 연구에서는 다양한 농도의 Methanol과 Ethyl Acetate을 D. melanogaster에 노출시킨 후 RNA 추출과 cDNA 합성을 실시였고, 5가지 후보 reference gene (hsp22, nd, rpL18, tbp and ef-1b)의 안정적 발현 여부를 qRT-PCR을 통해 조사하였으며, 유전자 발현의 안정성을 측정하는 3가지 프로그램(geNorm, NormFinder, BestKeeper)을 이용해 비교·분석하였다. 본 학회에서는 연구의 과정과 그 결과를 발표하고자 한다.
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This summer, Korea had to deal with extreme heat wave. In this research, fruit flies (Drosophila) were used to analyze the behavior of insects at a high temperature. For the experiment, three male and female fruit flies were put in each of 4 media vials. One vial was incubated at 25°C, the average temperature in August. In three vials, fruit flies were incubated in each 28°C, 30°C, and 32°C for the experiment. The breeding coefficient and death rate were calculated by counting the number of imago fruit flies in each vial and how many of them died. Also, we observed various behavioral differences. The air speed velocity of fruit flies was measured to compare the difference in behavior of fruit flies. Finally, size of them were observed by dissecting microscope. From this research, we can realize the correlation between global warming and the ecosystem of insects.
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Insecticidal and repellent effects of herb extracts were tested against Aedes albopictus and Ochlerotatus togoi that are common among mosquitoes which inhabit Korea. Herb extracts from Mentha×piperita, Ocimum basilicum, and Nepeta cataria were extracted using distilled water and 70% ethanol respectively. Both kinds of mosquitoes were raised in environment control rearing system with air temperature of 25℃, humidity of 70%, and light condition of 14:10(L:D). Insecticidal effect was verified by feeding extracts to mosquitoes(Park et al., 2016.); repellent effect, by measuring their radial distance from extract by time. N. cataria extract using distilled water as a solvent is predominant in insecticidal effect; O. basilicum, using 70% ethanol. In particular, N. cataria has the most outstanding repellent effect.
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쓰름매미의 진동막와 복부 중 어떤 기관이 유인음의 주파수를 결정하는지 확인하였다. 쓰름매미는 유인음 발생시 복부의 모양을 변화시켜 주파수를 변조하는 것으로 관찰되었다. 안동하회마을에 Songmeter를 설치하여 24시간동안 녹음하여 우는 시간을 분석하였다. 양쪽 진동막에서 나온 비명음을 프로브마이크로폰으로 녹음하였다. 비명음 발생시 진동막의 진동을 초고속카메라로 촬영(20,000 fps)하여 평균진동수±불확도를 분석하였다. 연구결과, 쓰름매미는 일출시각이 05:39이었던 날에 05:13부터 울기 시작하여, 일몰시각이 19:23 이후인 19:55까지 울어, 말매미·애매미·참매미와의 경쟁에서 가장 긴 시간동안 울었다. 유인음의 FFT 결과, 중심주파수는 약 6,000Hz인 고주파임을 알 수 있었다. 두 진동막은 비동시적으로 진동하였는데, 진동 주기는 5.45ms이며, 지속시간은 4.75ms으로 양쪽진동막 소리 사이 공백이 0.7ms로 중첩은 없었다. 2,061Hz의 진동은 계속 유지되고 중간에 11,111Hz의 고주파가 합성되었다. 진동막은 3가지 모드로 진동하였고, 1st 모드의 평균진동수±불확도는 1,904±78Hz, 2nd 1,644±49Hz, 3rd 1,019±39Hz로, 불확도 99% 신뢰수준에서 세 가지 모드 모두에서 양쪽 진동막의 진동수는 다르다고 할 수 없으며 또한, 모드별로 같다고 할 수 없는 것으로 나타났다. 결론적으로, 복부 공명 효과가 배제된 진동막의 진동수 범위는 2,000 Hz 미만임에도 유인음과 비명음에서 모두 6,000 Hz 이상의 소리가 관찰되는 것으로 보아 진동막은 비교적 낮은 주파수의 소리 발생하지만 복부의 부피와 모양을 변화시켜 높은 주파수의 소리를 발생하는 것으로 판단된다.

General & Global Symposia (Oral Presentation in Korean or English)

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Pear psyllids belong to the most serious pests of pear. They damage pear trees by excessive removal of phloem sap, by soiling the fruits with honeydew which, in turn, provides a substrate for sooty mold, and by transmission of Candidatus Phytoplasma, the causal agents of the pear decline disease. The morphological similarity, the presence of seasonal dimorphism that affect adult colour, size and wing characters, and uncritical use of species names, led much confusion in the taxonomy of pear psyllid species. As a result, pear psyllids have been frequently misidentified. Here we analysed DNA barcodes of eleven pear psyllid species from eastern Asia, Europe and Iran using four mitochondrial gene fragments. The efficiency of identification was notably high and considerable barcoding gaps were observed in all markers. Our results confirm the synonymies of the seasonal forms. Previous misidentifications are also corrected. There is no evidence for the presence of European pear psyllid species in East Asia.
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The Japanese pine bast scale, Matsucoccus matsumurae (Kuwana, 1905), is a destructive pest of pine trees in America, East Asia and Northern Europe. The spread of damage to black pine trees, Pinus thunbergii, of M. matsumurae was reported from all southern, and some eastern and west costal regions in Korea, under the name of M. thunbergianae which was newly described by Miller & Park (1987) as a new species. Historically, M. thunbergianae was synonymized with M. matsumurae by Booth & Gullan (2006), on the basis of molecular sequence data. However, the supporting data for the synonym is unavailable in any DNA database, such as GenBank and BOLD. Moreover, M. thunbergianae have been still used to the resent scientific studies in Korea. Here, we performed morphological and molecular comparison to review the result of Booth & Gullan (2006), using M. matsumurae from Fukuoka, Japan and topotype materials of M. thunbergianae from Goheung, Korea. Our data supported the opinion of Booth & Gullan (2006) following results: The morphological features of adult female and male of M. thunbergianae are identical to those of M. matsumurae. Also, DNA sequences (COI, 18S rDNA and 28S rDNA) of M. thunbergianae showed identical or very low genetic distances with those of M. matsumurae. From the regional sampling in Korea, M. matsumurae was newly found in Jeju and Seoul.
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Deltocephalinae (Hemiptera: Auchenorrhyncha: Cicadellidae) is the largest subfamily of Cicadellidae, and caused direct damage on their host plants by feeding and spawning, or as vectors of plant pathogens such as viruses, phytoplasmas, and bacteria. It contains majority of cicadellid vector species of economically important plant disease. Despite of economical pests, Deltocephalinae is difficult to identify due to morphological similarities and variations, yet, their biological information like host plants and taxonomical characters has not been constructed for accurate diagnosis of species. In this study, we build a database of integrated biological information such as host plants, distributional records and dorsal habitus of specimens, male genitalia, and DNA barcoding data with illustrations and photographs.
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Correlated evolution of biology and morphology of related organs of insects is an intriguing yet poorly understood topic. Gigantic member of phytophagan, the subfamily Cerambycinae provide us a unique opportunity to understand the topic because they have wide range of host plants, oviposition strategies and various forms of ovipositors. The evolutionary pathway of these traits is totally unknown because no robust internal phylogeny has been studied. Here we construct a multilocus phylogeny of Cerambycinae (134 taxa, 9 gene regions, 5211bp) focusing on wide range of oviposition strategies, host plant and ovipositor length. Ancestral state reconstruction analyses show that shortened ovipositor in Cerambycinae evolved at least four times independently; host plant use evolved from stressed hosts to dead and living host, broad leaved trees to conifer and herbaceus plants. Continuous mapping of ancestral state reconstruction shows extremely shortened ovipositor evolved independently at least four times. The correlated evolution test revealed the only correlation is between the ovipositor length and the oviposition strategy. This study unveiled the complex evolutionary history of ovipositor, oviposition strategy, host plant usage and their correlation within Cerambycinae for the first time.
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Family Pentatomidae has a worldwide distribution, and is considered as one of the largest groups within the Heteroptera. The family is subdivided into 10 different morphological lineages (subfamilies): Aphylinae, Asopinae, Cyrtocorinae, Discocephalinae, Edessinae, Pentatominae, Phyllocephalinae, Podopinae, Serbaninae and Stirotarsinae, however the internal phylogeny and subfamily level relationships of the group remain unstudied. In this talk, molecular markers COI, 16S RNA, 28S RNA and 18S RNA with more than 200 species have been used to test their monophylies and relationships. Based on the results, reclassification and reinterpretation of the characters and groupings should be necessary to understand the evolutionary lineages that make up the Pentatomidae family.
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The subfamily Mirinae is the most diverse group in Heteroptera, composed of at least 4,100 described species worldwide. This subfamily is also one of the most important groups in agriculture and in forestry, containing many well-known pests and predators which can be used as a biological control agent. However, the monophyly and generic relationships of each group within this subfamily have been unclear due to the lack of phylogenetic analysis. In this talk, the first comprehensive phylogenetic analyses of this subfamily are presented based on total evidence data. Major questions on the basis of the results are discussed, including the monophyly and relationships among the tribes and main genera, and the evolution of important characters in each group.
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In general, hemipteran insects transmit either obligate or facultative symbionts to their offspring using various transmission mechanisms. Riptortus pedestris (Hemiptera: Alydidae) also have facultative symbiosis with Burkholderia sp. which is acquired from the soil every generation especially during 2nd instar nymphal period. This environmental symbiont transmission makes R. pedestris face a great risk of missing their symbionts, however, previous studies showed that they have intimate associations with their symbionts. Therefore, we suspected that R. pedestris 2nd instar nymphs may have a preference toward Burkholderia sp. to achieve an efficient symbiont acquisition during the limited time of window. In order to identify the preference of 2nd instar nymph, we first conducted dual-choice experiments varying with the number of 2nd instar nymphs (a nymph and 100 nymphs) in plastic cages. Furthermore, Y-tube olfactometer experiments varying with the presence of soil as medium of Burkholderia sp. were performed to determine if the insects respond to bacterial volatile induced from the symbiont. Based on our results, we observed that R. pedestris 2nd instar nymphs may not show any specific behavioral preference or response to chemical volatile from Burkholderia sp. in laboratory conditions (P >0.24). Therefore, we will further conduct a dual-choice experiment in a semi-field condition to investigate if such patterns can be detected in a larger arena simulating a more natural environment.
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The green peach aphid, Myzus persicae Sülzer, is an important sap-sucking pest of many plants, including Chinese cabbage. The objective of this study was therefore (1) to determine the effects of sublethal concentrations of afidopyropen, sulfoxaflor, and spirotetramat on adult longevity and the fecundity of M. persicae, and (2) to study the feeding behavior of M. persicae on Chinese cabbage leaves treated with various concentrations of these three insecticides. Longevity and total fecundity of M. persicae adults were decreased at concentrations higher than LC30. Feeding behavior analyses using an electrical penetration graph showed that sublethal concentrations of afidopyropen, sulfoxaflor, and spirotetramat had significant effects on the duration of phloem ingestion.
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꽃매미(Lycorma delicatula White, 1845)는 노린재목 꽃매미과에 위치한 곤충으로 중국 남부와 동남아시아의 아열대 지역이 원산지이며, 식물을 흡즙하여 광합성 저해와 배설물로 인한 그을음병을 유발시켜 과수 및 농작물 등에 피해를 주는 해충이다. 한국에서는 2006년에 대발생하여 문제가 되었으며 매 년 분포와 밀도가 증가하여 포도농장을 중심으로 피해가 확산되고 있다. 본 연구에서는 종분포모델 중 하나인 MaxEnt 를 이용하여 꽃매미의 잠재 분포지역을 예측하고 분포에 영향을 미치는 요인을 분석하였다. 출현정보는 현장조사와 문헌조사를 통해 수집하였고 환경변수데이터는 기상청에서 제공하는 기후데이터로 19개의 Bioclimatic variables 를 만들어 사용하였다. 추가로 인간영향 요인을 확인하기 위해 Socioeconomic data and applications center (SEDAC)에서 제공하는 Population density 와 Global human footprint 를 다운받아 인간 영향 변수데이터로 사용하였다. 각 변수간의 Correation 을 고려하여 Model set 를 만들어 Model selection 을 수행하였다. 가장 적절한 모델은 Bio4, Bio6, Bio10, Human footprint 이었으며 분포 예측에 대한 기여도가 가장 높은 환경변수는 Human footprint 이었다. 예측한 잠재 분포지역은 경기도, 충청도, 전라도, 경상남도와 대구 인근지역이 높은 서식확률이 예측되었고, 강원도 지역과 같은 고산지역은 분포확률이 낮았다.
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국내에서 다양한 작물에 지속적으로 피해를 주고 있는 미국선녀벌레는 나무 표피에서 알 상태로 월동하고, 부화한 약충은 이동하여 주로 초본 식물을 가해한다. 이번 연구에서는 미국선녀벌레 약충의 부화시기를 예측하기 위해 4지역(서울, 연천, 수원, 예산)에서 월동난이 있는 가지에서 부화하는 약충을 정기적으로 조사하여 부화 모델을 개발하였고, 각 조사 지역에 투명끈끈이트랩을 설치하여 떨어지는 약충의 수를 조사하여 그 경향을 분석하였다. 미국선녀벌레의 월동난 부화 모델은 약충의 부화시기를 잘 설명하였고(r2=0.98), 5월말에서 6월 초에 50%정도의 부화가 완료되는 것으로 확인되었다. 부화한 약충의 지표면으로의 이동은 부화 직후 1령 시기에 가장 활발한 것으로 나타났다. 이번 연구 결과들은 미국선녀벌레의 부화시기와 기주를 찾아 이동하는 시기를 바탕으로 한 방제 전략을 구축하는데 기여할 수 있을 것으로 생각된다.
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Deimatic display 는 평상시에는 위장으로 자신을 보호하는 동물들이 포식자에게 위협당하였을 때에만 일시적으로 화려한 경고색을 보여줌으로써 포식자를 놀라게 하여 자신을 보호하는 방어전략이다. 본 연구에서는 3가지의 서로 다른 연구 방법을 이용하여 이 방어전략의 진화에 대해 연구하였으며, 연구의 모델로는 태극나방과 (Erebidae)의 나방을 이용하였다. 첫 번째로 deimatic display 전략이 어떤 종에서 진화하였으며, 이 전략이 동물의 몸 크기와 함께 진화하였는지를 계통수 분석을 이용한 방법으로 연구하였다. 연구 결과 deimatic display 는 몸 크기가 상대적으로 큰 곤충에서 선택적으로 진화하였다는 사실을 발견하였다. 두 번째로 deimatic display 전략이 왜 body size 가 큰 종에서 진화하였는지를 이론적으로 검증하기 위하여 수학적 모델링을 활용, deimatic display 와 몸 크기와의 이론적인 관계를 연구하였다. 이론적 모델링이 시사하는 바는 1) 몸 크기가 클수록 위장이 실패할 확률이 높으며, 2) 몸 크기가 클수록 deimatic display 가 포식자를 위협하는 효과가 클수록 이러한 진화적인 관계가 생성될 수 있다는 점을 발견하였다. 마지막으로 수학적 모델링에서 도출된 결과를 실험적으로 검증하기 위하여 로보틱스 기술을 활용, deimatic display 행동을 보이는 인공나방로봇을 제작하였다. 제작된 인공나방 로봇의 날개크기와 날개색채를 변화시켜가며 나방의 크기가 커질수록 deimatic display 전략이 포식자(조류)를 위협하는데 더 효과적인지를 테스트하였으며, 실험 결과 deimatic display 전략은 나방의 사이즈가 클수록 더 효과적이라는 사실을 입증하였다. 추가 연구 결과 이러한 큰 크기 – 숨겨진 화려한 색채의 관계는 태극나방과 뿐만이 아니라 메뚜기목, 대벌레목, 사마귀목, 그리고 누에나방과(나비목)에서도 발견됨을 확인하였다. 본 연구의 결과는 deimatic display 전략이 큰 크기와 공진화하였음을 보여주며, 이러한 크기-색채 공진화는 deimatic display 전략의 효용성과 밀접한 관련을 가지며 이루어졌다는 사실을 보여준다.
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2017년 국내 육성 사과 ‘아리수’ 품종에서 노린재류에 의한 피해와 유사한 반점 증상이 확인되었다. 사과 과실 전면에 발생하는 이 반점 증상은 크기가 2∼4 mm이며 진한 갈색, 짙은 고동색으로 반점 중심부가 약간 함몰되는 형태를 가진다. 이 연구는 이러한 반점증상의 원인이 노린재에 의한 피해인지 여부를 알기 위해 수행하였다. 노린재류는 접종 전 채집하였고, 6월 초순부터 ‘아리수’ 사과에 약 15일 간격으로 썩덩나무노린재와 갈색날개노린재를 각각 접종하였다. ‘아리수’ 사과의 수확기인 9월 초순까지 총 5회(6월 상순, 7월 상순, 7월 중순, 8월 상순, 8월 중순) 접종하였으며, 접종후 접종시기별로 피해 양상을 확인하였다. 6월 상순에 노린재에 의해 가해 받은 과실은 비대하지 못하거나 낙과하였다. 다른 시기에 노린재에 의해 가해 받은 접종 1~2일후 흡즙구멍을 확인할 수 있었고, 5일 후부터는 가해 받은 부위 주변이 붉게 착색되는 halo 증상이 나타났다. 노린재류에 의한 ‘아리수’ 사과의 피해양상은, 기 보고된 ‘후지’ 품종에서의 피해양상과 거의 유사하였다. 실험결과 2017년 ‘아리수’ 사과에 발생한 반점증상은 노린재에 의한 것이 아님을 확인할 수 있었다.
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밤 재배단지에서 갈색날개매미충은 밤바구미, 복숭아명나방, 붉은매미나방과 주요 해충으로 경제적으로 피해를 야기하고 있다. 이에 밤 재배단지에서 2년 동안 갈색날개매미충의 공간적 이동 양상을 분석하기 위해 실험을 수행하였다. 실험은 부여에 위치한 한 밤 재배단지에서 대략 30m 간격으로 임의로 밤나무를 선정, 표지한 후 GPS를 이용 좌표를 구하고 나무당 50cm 가지 2개에 존재하는 갈색날개매미충 알, 약충, 성충의 밀도를 육안 조사하였다. 조사된 결과를 SADIE를 이용해 공간적 상호관계를 분석해 본 결과 알, 약충, 성충 2년 동안 지속적으로 양의 공간적 상호관계를 보였고, 약충 시기를 제외하고는 통계적으로 유의하였다(p < 0.025). 이는 넓은 밤 재배단지에서 갈색날개매미충이 발육단계에 상관없이 특정 지역에서만 집중적으로 발생하고 있다는 것을 의미하며 특정 지역에 집중적인 방제가 필요하다는 것이다. 이러한 결과를 바탕으로 연구된 밤 재배단지에서 갈색날개매미충의 방제 전략이 제안되었다.
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Frankliniella occidentalis is a notorious polyphagous crop pest causing tremendous economic loss. It damages flowers and leaves of host plants and also carries severe plant viruses. During last few decades, it has spread to all continents via transport of plant materials. Following extensive use of insecticides to control F. occidentalis, it has developed high level of resistance due to its short life cycle and high reproductive potential. In this study, RNA interference (RNAi)-based bioassay system was developed to find an alternative control measure for insecticide-resistant population of F. occidentalis. A variety of genes involved in various physiological mechanisms were selected for the test of dsRNA potency (tubulin, v-ATPase, amylase, aquaporin etc.). Each bioassay unit made by 3D printing has a leaf disc placed on 150 ㎕ of 50 ng/ul dsRNA solution and 20 thrips. The mortality was checked, and the dsRNA and leaf disc were replaced every 24 h for 72 h. Of the 20 genes tesetd, tubulin, v-ATPase, and aquaporin showed 31, 38, 38 and 45% of corrected mortality at 72 h post-treatment, respectively. This result suggests the potential of these genes as candidate lethal genes for RNAi-based F. occidentalis control system.
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