본 연구는 국내 금지급 과실파리인 오리엔탈과실파리(Bactrocera dorsalis)에 대한 유전적 변이를 분석하였다. 이를 위해 오리엔탈과실파리 가 자생하는 대만 지역을 대상으로 2019년 동일한 시기(3일간: 7월 30일~8월 1일)에 서로 다른 세 지역(타이페이, 타이중, 카오슝)에서 과실파리류를 채집하여 나이 변이 및 미토콘드리아 서열 변이를 각각 비교하였다. 세 지역에서 채집된 오리엔탈과실파리는 1,085마리로서 메틸유제놀 유인제에 모두 유인되었으며, 큐루어 유인제에는 30마리의 오이과실파리(Zeugodacus cucurbitae) 및 1마리의 타우과실파리(Bactrocera tau)만 채집 되었다. 단백질먹이 유인제에는 총 6마리가 포획되었으며 이 가운데 오리엔탈과실파리는 1마리가 포함되었으며 나머지는 오이과실파리였다. 오리 엔탈과실파리 수컷의 머리에는 테린이 포함되었으며 나이가 증가함에 따라 각 머리에는 32 μg에서 59 μg까지 테린 함량이 증가하였다. 대만 세 지역의 수컷 집단들은 테린 양에 차이를 나타냈으며, 카오슝 집단이 타이페이와 타이중 집단에 비해 적은 테린 양을 보유하였다. 이들 세 지역 사이에 유전적 거리가 RAPD (random amplified polymorphic DNA)를 이용하여 분석되었으며 타이페이 집단이 타이중 및 카오슝 집단들과 차이를 나타내는 것으로 나타났다. 유전적 변이는 미토콘드리아의 cytochrome oxidase I (CO-I)과 NADH dehydrogenase I (ND-I)을 각각 비교 하였다. CO-I 영역 가운데 360개 염기서열을 비교한 결과 7.8%의 염기서열 변이를 나타냈다. ND-I 영역을 비교한 결과 213개 염기서열 가운데 6.6%의 염기서열 변이를 보였다. 이들 변이 서열을 대만 지역에 발생하는 오리엔탈과실파리의 특이적 SNP (single nucleotide polymorphism) 마커로 개발하는 데 추천한다.

곤충병원선충인 Steinernema longicaudum에 공생하는 Xenorhabdus ehlersii KSY 세균은 나방류에 대한 높은 병원력을 발휘한다. 본 연구에서 이 세균의 병원력이 아이코사노이드 생합성을 억제하여 기주 곤충의 면역 저하를 유발한다는 것을 확인하였다. 그러나 이 세균의 병원력은 혈강 주입에 의해 야기된다. 섭식을 통해 이 세균을 혈강으로 전달하기 위해 곤충의 중장벽을 파괴하여 병원력을 발휘하는 Bacillus thuringiensis (Bt)와 혼합하여 처리하였다. 배추좀나방(Plutella xylostella) 유충에 대해서 X. ehlersii 세균 배양액의 혼합 처리는 Bt 살충력을 현격하게 증가시켰다. 이러한 살충효과는 또 다른 나비목 해충인 콩명나방에 대해서도 확인되었다. 제형화를 위해 X. ehlersii 세균 배양액을 동결건조하여 Bt 수 화제와 혼합하였다. 이를 기반으로 간이 포장실험을 수행하였다. Bt 단독으로 처리한 결과 약 80%의 방제 효과를 보인 반면 X. ehlersii 혼합제는 95% 이상의 방제효과를 나타냈다. 본 연구는 곤충병원세균 X. ehlersii가 새로운 해충 방제제로 개발될 가능성을 제시하고 있다.

Prostaglandin E2(PGE2) is an autocrine and paracrine signal in insects and other animals. Its signal pathways in target cells are well understood in mammalian system but not in insects. Here, we assessed PGE2 signaling in hemocytes of Spodoptera exigua through knocking-down of signal component genes by RNA interference (RNAi) and knocking-out (KO) of PGE2 receptor using CRISPR-Cas9. From S. exigua transcriptome, we selected hemocyte signaling components and analyzed their functions in cellular immune responses through RNAi. KO mutant against PGE2 receptor exhibited severely hampered larval development and adult fecundity.

Insulin/IGF signaling (IIS) regulates multiple physiological processes such as larval growth, reproduction, and life span in many organisms including legume pod borer, Maruca vitrata (Lepidoptera: Crambidae). RNA interference of IIS components, insulin receptor (InR) and Forkhead Box O (FOXO), impaired larval growth and female reproduction. To further validate the physiological roles of InR and FOXO, we generated knock-out (KO) mutants using CRISPR/Cas9-mediated genome-editing technology. Both KO mutants exhibited delayed larval growth and reduced pupal and adult body sizes. In conclusion, these results demonstrated the critical role of insulin signaling (IIS) pathway to control M. vitrata growth and development.

A specific serotonin receptor (Se-5HTR) has been identified in the beet armyworm, Spodoptera exigua and classified into 5-HT7 type. Se-5HTR expression was up-regulated in hemocytes and fat body in response to immune challenge. As being a GPCR, this receptor is presumably coupled with intracellular trimeric Gαs protein activating cAMP-dependent protein kinase (PKA) pathway to regulate several cellular functions. RNA interference (RNAi) of Se-5HTR as well as its downstream signal proteins exhibited significant suppression in cellular immune responses including nodulation and phagocytosis. Application of inhibitors to the signaling cascade suppressed the immune responses as well. To validate the Se-5HTR involvement in mediating cellular immunity, 5-HTR knock-out mutants were developed using CRISPR-Cas9 technique and suffered significant developmental anomalies.

교미교란(mating disruption, MD) 기술이 사과에 피해를 주는 복숭아순나방(Grapholita molesta) 방제에 널리 사용되고 있다. 복숭아순 나방과 복숭아순나방붙이를 동시에 교미교란(simultaneous MD, SMD)하는 기술이 최근에 개발되었다. 본 연구는 이 SMD 기술을 현장에 접목하는 데 필요한 요인들을 결정하기 위해 수행되었다. SMD 처리 농도를 결정하기 위해 각 처리 지점에 10 mg의 성페로몬을 여러 가지 밀도로 사과나무에 처리하였다. 처리된 세 농도 가운데 두 나무마다 하나의 SMD 처리가 비교적 안정적으로 MD 효과를 유지하였다. 이러한 SMD 효과는 왁스 및 polyethylene 제형 모두에서 나타났다. 두 사과나무마다 하나의 SMD 처리 농도로 3월 말에 1회 처리한 경우 수확기까지 복숭아순 나방과 복숭아순나방붙이에 대해 효과적 교미교란을 유지시켰다. 인근 무처리 과수원에서 SMD 처리 과수원으로 이주하여 들어오는 교미된 암컷의 이입을 막기 위해 울타리 처리 기술이 적용되었다. 암컷 유인제를 개발하기 위해 6종류의 사과 과실 추출물에 포함된 화합물 가운데 terpinyl acetate (TA)가 선발되었다. 서로 다른 TA 농도 처리에서 0.05%가 성충 유인에 가장 효과적이었다. TA와 설탕을 혼합한 것을 암컷유살제(female attract-to-kill technique, FAKT)라 명명하였다. 사과 과수원 가장자리를 따라 6 m 간격으로 FAKT를 설치한 울타리 처리는 교 미된 암컷을 포획하였고, 이들은 난황형성과정을 진행하고 있는 난모세포를 지니고 있었다. FAKT가 가미된 SMD 처리는 높은 MD 효율을 유지하는 것은 물론이고 SMD 단독 처리에 비해 신초 피해를 현격하게 줄였다.

외래 과실파리에 대한 모니터링은 검역에 필수적이다. 과실파리 유인물질을 왁스 재질로 제형화하여 비교적 장기간 모니터링 할 수 있는 기술이 금지급 과실파리 모니터링에 유효하였다. 본 연구는 이 왁스 제형의 유용성을 확장시키기 위해 금지급 과실파리가 자생하고 있는 태국 현지에 적용하였다. 포획된 개체들을 분자 동정한 결과 기존에 유인력이 입증된 오리엔탈과실파리(Bactrocera dorsalis)와 오이과실파리(Zeugodacus cucurbitae)는 물론이고 Zeugodacus caudata의 검역 과실파리가 유인된다는 것을 밝혔다.

국내 호박에 피해를 주는 두 과실파리 해충은 호박과실파리(Bactrocera depressa)와 호박꽃과실파리(B. scutellata)이다. 두 해충의 미성숙 시기는 기주 그리고 땅 속에 존재하여 대기에 노출된 성충 시기가 방제의 대상이 된다. 이들 과실파리 성충을 대상으로 본 연구는 암컷유살제를 개 발하는 연구의 목적을 두었다. 현재 다른 과실파리에 대해서 사용되고 있는 상용 유살제는 이들 호박과실파리류에 대해서 유인력이 낮았다. 본 연구는 단백질 기반에 terpinyl acetate (TA)를 가미하여 유인력을 증가시킨 유살제를 개발하였다. 이 TA-단백질 유살제는 두 종의 호박과실파리 류 모두를 유인하였다. 또한 암수 모두를 유인하지만, 암컷이 수컷에 비해 더 많이(60~70%) 유인되었다. TA-단백질 유살제는 이들 호박과실파 리류의 방제는 물론이고 특이한 유인제가 없는 호박과실파리에 대해서 모니터링 소재로 응용될 수 있다.

국내에 서식하는 곤충병원선충 유래 공생세균에 대한 라이브러리 사업이 진행되고 있다. 이 과정 중에 현재까지 4 분류군의 공생세균이 감염된 곤충의 혈림프로 부터 분리되었다. 생화학 특성 분석 결과 이들 세균은 모두 장내세균의 특징을 지니고 있었다. 이들 모두는 파밤나방에 대한 높은 살충력을 지녔으며 Xenorhabdus 속의 균주 특성을 지니고 있었다. 이들의 종 동정은 16S rDNA 서열을 바탕으로 확인하였고, 이러한 동정 결과는 이들 세균의 성장에 이용되는 탄소원 특성으로 뒷받침하였다. 현재까지 동정 결과는 X. bovienii 한 종이 이들 공생세균에 포함되어 있다.

현재 국내에 서식하는 곤충병원선충에 대한 라이브러리 사업이 계획되고 있다. 이 과정 중에 현재까지 Steinernema와 Heterorhabditis 속에 속한 12 분류군을 정리하고 있다. 이 가운데 7 분류군이 증식되었고 4 분류군이 선충과 공생세균의 동정이 실시되고 있다. 이들 4 분류군은 모두 Steinernema 속한 종으로 판단된다. 이들 Steinernema 선충의 감염태는 파밤나방(Spodoptera exigua) 5 령 유충에 대해서 차등성있는 살충력을 나타내어 유전적 차이를 암시하였다.

Insulin/IGF signaling (IIS) regulates different physiological processes such as metabolism, trehalose level, growth, and reproduction. Four IIS components are identified from the bean pod borer, Maruca vitrata (Lepidoptera: Crambidae). RNA interference (RNAi) of insulin receptor (InR), Forkhead Box O (FOXO), Target of Rapamycin (TOR) or Akt led to ovary dysfunction. Especially, the RNAi treatment significantly reduced the stem cell division in the germarium. However, an addition of a porcine insulin stimulated the cell division. Immature diets significantly influenced on the ovarian stem cell development.

Eicosanoids play crucial roles in mediating insect immune responses. PLA2 releases arachidonic acid (AA) from phospholipids (PLs) and AA is usually used for biosynthesis of eicosanoids. However, AA is little (less than 0.05%) detected in insect PLs. In contrast, insect PLs have a lot of other C18 PUFAs (linoleic acid and linolenic acid). A new hypothesis is that AA is synthesized from C18 precursor by subsequent desaturation and elongation reactions. We predicted several fatty acyl desaturases (DESs) from Spodoptera exigua. Some specific DES inhibitors inhibited eicosanoid-mediated immune responses. Subsequent AA precursor analysis suggests that AA may be synthesized from linolenic acid via the omega-6 pathway.

The entomopathogenic bacteria Xenorhabdus/Photorhabdus inhibit insect immune responses by inhibiting eicosanoid biosynthesis. Especially, the bacterial secondary metabolites inhibit PLA2 that release eicosanoid biosynthesis precursors. Some organic extracts of the bacteria-cultured broth possessed PLA2 inhibitory activity. This study used butanol to extract the metabolites and showed that the extract possessed potent inhibitory activity against insect immunity. The inhibition was reversed by the addition of eicosanoid biosynthesis precursor, suggesting PLA2 inhibition. Furthermore, sub-fractionation of the butanol extract separated the secondary metabolites and the fractions exhibited differential PLA2 inhibition. The active fractions appeared to contain novel compounds that are not known in PLA2 inhibition of these bacteria.

Phospholipase A2 (PLA2) hydrolyzes fatty acids from phospholipids at sn-2 position. Two immune-associated PLA2s are known in Spodoptera exigua. Both are calcium-independent cellular PLA2 (iPLA2A and iPLA2B). These iPLA2s are inducible to immune challenge using different epitopes such as virus, Gram+, Gram- bacteria, and fungi. However, their expression profiles are different between these two iPLA2s. Especially, immune challenge with Gram+ bacteria and fungi significantly up-regulated these iPLA2 expression, suggesting their expression under Toll signal pathway. RNA interferences of Toll or IMD signal components are being investigated.

A prostaglandin (PG), PGE2, mediates both cellular and humoral immune responses of insects. Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae) biosynthesizes PGE2 by an unknown enzyme. This study predicted the enzyme, which is a novel membrane-bound prostaglandin E synthase-2 (mPGES-2). The transcriptional expression analysis showed the mPGES-2 is inducible to immune challenge. After RNA interference (RNAi), the hemocyte nodulation and expression of eleven antimicrobial peptides were significantly impaired. The RNAi effect was rescued by addition of PGE2 suggesting that mPGES-2 is crucial for immune responses mediated by PGE2.

Double-stranded RNA (dsRNA) has been applied to control insect pests due to its induction of RNA interference (RNAi) of a specific target gene expression. Bacterial expression and formulation of dsRNA led to minimizing dsRNA degradation. In our studies overexpression of dsRNA specific to chymotrypsin, essential protease for the survival of the beet armyworm, Sopodoptera exigua, (SeCHY2) in Escherichia coli HT115 (DE3), was toxic to larvae after oral administration. In the other view, silencing of the transformer2 (tra-2) gene that seems to performance as the genetic modification generate female development in several dipteran species including the striped fruit fly, Baetrocera scutellata can used to development for male-only release technique to control of this pest.

과실파리류는 국내 60종의 검역 해충 가운데 42종을 차지하고 있다. 이들 대부분은 자연계 산물인 methyl eugenol (ME) 또는 raspberry ketone에 특이적으로 유인된다. 이들 유인물질을 파라핀 왁스를 이용하여 제형화하였고, 이를 대만에서 야외 유인 효과를 검증하였다. 이들 왁스 제형은 모두 델타트랩에 설치하고 8월 말경에 모니터링 한 결과 ME 왁스 제형은 오리엔탈과실파리(Bactrocera dorsalis)를 매일 60-80 마리 포획하 였다. 반면에 Cuelure 왁스제형은 오이과실파리(Bactrocera cucurbitae)와 B. tau를 유인하였다. 이러한 결과는 본 왁스제형이 이들 검역 해충에 대 한 국내 모니터링에 응용될 수 있다는 것을 제시하고 있다.

Nitiric oxide (NO) and eicosanoids function as crucial immune mediators in insects. This study focuses on cross-talkbetween two immune mediators in term of humoral immune response in Spodoptera exigua. Up-regulation of eight differentanti-microbial peptides (AMP) was observed against bacterial challenge. In contrast, injection of E. coli along with L-NAMEsignificantly down regulation the AMP production whereas D-NAME was not effective. The injection of E. coli withdexamethasone or SNAP also decreased AMP production whereas arachidonic acid (AA) compensated the dexamethasoneeffects. RNA inerferece against SeNOS showed the down-regulation of defensin mRNA level, whereas dsNOS injectionswith AA reversed the gene regulation.