Immune priming is an increased immunity after prior exposure to a specific pathogen as a kind of adaptive immunity and occurs in insects. However, its underlying mechanism is elusive in insects. Immune priming was detected in a lepidopteran insect, Spodoptera exigua. Prior infection with a heat-killed pathogenic bacterium, Xenorhabdus hominickii, increased survival upon the second infection of the live bacteria compared to larvae without pre-exposure. Plasma collected from larvae with the prior infection significantly up-regulated cellular and humoral immune responses compared to the similar treatment without prior exposure. However, when the active plasma exhibiting immune priming was heat-treated, it lost the priming activity, suggesting a presence of protein factor(s) in the immune priming. Lipocalin is a lipid carrier protein and is well known in vertebrates for diverse physiological functions including immunity. An apolipoprotein D3 (ApoD3) is known to be a lipocalin functioning in immune priming in a mosquito, Anopheles gambiae. A homologous ApoD3 (Se-ApoD3) was identified in S. exigua. Se-ApoD3 was expressed in all developmental stages and larvae, it was highly expressed in hemocytes. RNA interference (RNAi) of Se-ApoD3 expression was performed by injecting its specific dsRNA. The larvae treated with the RNAi were impaired in cellular and humoral immune responses. Furthermore, the plasma collected from RNAi-treated larvae lost the immune priming even at the prior exposure. These suggest that Se-ApoD3 mediates the immune priming in S. exigua.

시설재배지를 대상으로 고추 정식 이후 황색 끈끈이트랩으로 총채벌레 발생을 모니터링하였다. 아울러 토마토반점위조바이러스(Tomato spotted wilt virus: TSWV)가 유발하는 고추 칼라병을 유관으로 조사하였다. 고추 정식 직후(3월 말) 낮은 밀도로 대만총채벌레(Frankliniella intonsa)가 트랩에 포획되었으며 4월 중순부터는 꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis)도 발견되었다. 이후 5월부터는 두 종이 전체 총채 벌레의 98% 이상을 차지하였고, 이 가운데 대만총채벌레가 꽃노랑총채벌레보다 다소 많은 발생 밀도를 보였다. 전체 총채벌레의 발생 피크를 보면 5월 중순에 낮은 피크를 기점으로 6-7월에 발생 최성기를 보였다. 이후 총채벌레의 발생은 급격하게 감소하였다. 포획된 꽃노랑총채벌레의 암수 비율이 일정하지 않았는데 이는 이 곤충의 특이적 단성생식 가능성으로 이에 대한 실험적 증거를 제공하였다. 지역간 꽃노랑총채벌레의 유전적 거리를 COI 서열로 비교한 결과 원거리에서 채집한 꽃노랑총채벌레 집단과는 차이를 보였지만 안동지역 내에서 발생한 꽃노랑총채벌레는 COI 서열에서 높은 유사성을 보였다. 이들 주요 두 종의 총채벌레가 전파할 것으로 추정되는 고추 칼라병이 일부 시설재배지를 중심으로 발견되었으며 항혈청 및 분자진단을 통해 확인되었다. 더불어 감염 고추에서 채집된 꽃노랑총채벌레에서도 분자진단을 통해 TSWV를 검출하였다. 감 염 TSWV의 게놈 구조를 비교하기 위해 기능성 단백질을 갖는 NSS, N, NSM의 유전자 서열을 분석하였다. 서로 다른 지역별 이들 유전자는 다수의 점돌연변이가 존재하였고 이들 가운데는 아미노산 서열 차이를 초래하는 오류 돌연변이를 포함하였다. 추출된 TSWV를 비보독충 꽃노랑 총채벌레에 섭식 처리한 유충과 성충 모두에서 감염으로 일어났으나, 유충에게서만 바이러스 증식이 일어나는 것을 확인하였다.

안동지역 농가 주변의 정수에서 두 종의 모기가 채집되었다. 형태적 특징을 바탕으로 이들이 한국숲모기(Aedes koreicus)와 줄다리집모기 (Culex vagans)로 각각 동정되었다. 또한, DNA 바코드 서열을 분석한 결과 이러한 동정 결과를 뒷받침하였다. 이들 모기류 유충에 대해 곤충병 원세균인 Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (BtI)가 살충효과를 보였으며 유사한 B. thuringiensis subsp. kurstaki에 비해 우수하였다. 한편 곤충의 면역억제를 유발하여 B. thuringiensis의 병원력을 높인다고 알려진 Xenorhabdus 세균류의 배양액을 BtI에 첨가하여 이들 모기류에 대한 살충력 증가 효과 유무를 확인하였다. 분석에 이용된 3 종류의 Xenorhabdus 세균배양액 가운데 X. ehlersii (Xe)의 배양액이 비교적 다른 세균배 양액에 비해 두 종의 모기류에 대해서 BtI의 살충력을 높이는 것으로 나타났다. 이를 바탕으로 Xe 세균배양액으로부터 유기용매 추출물의 생물 활성을 분석한 결과 모기의 혈구 활착행동을 뚜렷이 억제시키는 면역억제자가 존재한다는 것을 확인하였다. 본 연구는 BtI와 Xe의 두 세균을 혼합한 비티플러스 미생물제제가 한국숲모기와 줄다리집모기의 방제에 효과적이라는 것을 제시한다.

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.

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.