본 연구는 경상북도 안동시 북후면에 위치한 사과원에서 채집한 복숭아순나방(Grapholita molesta)의 새로운 알 기생봉을 형태 및 분자적 방 법으로 동정하여 보고한다. 기생봉의 촉각 및 날개 구조를 통해 명충알벌(Trichogramma chilonis)과 가장 유사하였으며, 이는 cytochrome oxidase I 염기서열 분석을 통해 뒷받침되었다.

과거 약 50년간 국내에서는 화학농약 기반의 병해충 방제가 지속적으로 농업 생산량을 안정적으로 유지시켜 왔다. 그러나 무분별한 화학 농약 사용은 병해충의 약제저항성 발달을 유발하였으며, 이는 기존의 방제효과를 얻기 위해 고농도 살포가 불가피하였으며, 또한 막대한 개발 비용이 필요한 신규 작용점 살충제 개발로 고비용의 방제기술로 전락하게 되었다. 여기에 대부분의 살충제가 신경계에 작용하여 인축 및 비표적 생물계에 영향을 주어 광범위한 사용에 제한을 받게 되었다. 대체 방제기술로 천적과 미생물에 의존하는 생물농약은 방제효율에 서 대부분 화학약제의 수준을 따르지 못해 농민의 절대적 호응을 받지 못하였다. 이 가운데 새로운 패러다임의 생물농약으로 살포용 dsRNA 농약이 화학농약의 방제 효과와 버금가는 시험 농가 반응으로 2023년 12월에 미국 EPA 등록을 받게 되었다. 향후 살포용 dsRNA는 살충제는 물론이고 살균제 및 제초제에 이르기까지 작물보호제 시장 전체에 영향을 미치게 된다. 이에 국내에서도 dsRNA를 실험실 단계에서 산업계 적용 기술 개발 단계로 전환하여야 할 시점에 이르게 되었다.

Behavioral modulation by genetic changes garners a special attention nowadays as an effective means of revealing genetic function on the one hand and broadening the scope of in situ monitoring on the other hand. The cGMP-dependent protein kinase was treated to the western flower thrips, Frankliniella occidentalis. Automatic recognition techniques and computational methods were utilized to investigate behavioral changes across photo- and scoto-phases. Movement behaviors are objectively expressed according to parameter extraction and data structure visualization in different light phases. By comapring with the individuals without treatment, activities of treated thrips were changed including decrease in circadian rhythm. Usefulness of automatic monitoring of insect movement in different genetic strains is further discussed for providing useful information on monitoring and diagnosing natural and unntatural genetic disturbances.

Although insects lack the adaptive immunity characteristic of vertebrates, certain species exhibit enhanced subsequent immune responses upon re-encountering a pathogen, a phenomenon known as immune priming. The underlying mechanism of this phenomenon is still elusive. This study evaluated the immune priming of the diamondback moth, Plutella xylostella, induced by a nonpathogenic and commensal bacterium, Bacillus subtilis. Prior exposure of P. xylostella to B. subtilis significantly increased survival against a pathogenic bacterium, Bacillus thuringiensis, compared to larvae without pre-exposure. To extend the effect of the microbial commensals, two antibiotics, ampicillin and kanamycin, were treated to suppress their populations. In the axenic-like condition in the gut, cellular and humoral immune responses were significantly suppressed. An addition of B. subtilis to the diet of P. xylostella significantly enhanced the immune responses. Apolipoprotein D, known as a lipid carrier, acts like a vertebrate lipocalin in the immune priming of the other insect, Spodoptera exigua. The ortholog of this gene has been identified in P. xylostella, and its expression was induced upon B. subtilis treatment. This study sheds light on the potential role of commensal gut microbes, including B. subtilis, in the immune priming of these insects.

RNA interference (RNAi) has been applied to control insect pests using gene silencing machinery in which small interfering RNA derived from dsRNA specifically degrades target mRNA. This study optimized dsRNA insecticide specific to thrips infecting hot peppers. Among potent candidate target genes, vATPase B was chosen because its RNAi was highly efficient as much as Snf7, a well-known RNAi target gene. Although RNAi specific vATPase B is lethal to Frankliniella occidentalis, it was not much effective to control other thrips species such as F. intonsa and Thrips tabaci. To expand its target spectrum, we devised a mixture treatment of dsRNA specific to individual species. As expected, each dsRNA was highly efficient in a species-specific manner. This supported the hypothesis of 21mer identity for the efficient RNAi. However, the dsRNA mixture efficiently killed the three thrips species in a crop field. To further expand its spectrum to the whitefly, Bemisia tabaci, we applied virus-induced gene silencing (VIGS) to produce dsRNA in the hot peppers using Tobacco Rattle Virus. VIGS successfully suppressed control gene. dsRNA produced by VIGS gave significnat mortality to B. tabaci in addition to the thrips. These results suggest a technique to expand dsRNA insecticide spectrum using a mixture treatment and VIGS in insect pest control_.

Xenorhabdus와 Photorhabdus 속은 각각 곤충병원성 선충인 Steinernema와 Heterorhabditis에 공생하는 공생세 균이다. 감염성 선충의 유충은 공생세균을 표적 곤충의 혈강에 전달하고, 여기서 세균이 증식하여 숙주 선충의 발달을 돕는다. 이러한 선충과 세균 복합체의 성공적 공생관계는 세균의 이차대사산물을 통한 숙주의 면역억제 에 달려져 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 서로 다른 살충력을 보이는 6종의 Xenorhabdus를 확보하고 이러한 차이가 세균의 성장속도와 NRPS (Non ribosomal peptide synthease)에 의해 생성되는 세균의 이차대사산물 발현에 서 기원한다는 것을 확인하였다. 서로 다른 균주들은 콩명나방 (Tenebrio molitor)에 대한 살충력에 차이를 가지고 있었다. 이러한 세균들은 TSB 배지에서는 세균 성장 속도에 차이가 존재하지 않았지만 콩명나방 혈강 내에서는 세균의 성장 속도에 차이가 존재하는 것으로 나타났다. 또한 각 세균의 이차대사산물 추출물을 통한 곤충의 면역 억제 실험 결과 PLA2 활성 억제, 세포독성 능력들이 살충력과 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 이러한 이차대 사산물의 경우 많은 물질이NRPS (Non ribosomal peptide synthease)에 의해 생성되므로 각 세균 별 NRPS의 유전자 발현을 보았을 때 흥미롭게도 살충력이 더 높은 스트레인의 세균이 일부 NRPS 유전자의 발현이 더 높은 것으로 나타났다. NRPS에 의해 합성되는 물질을 포함한 세균의 이차대사산물의 차이를 서로 비교하기 위하여 이차대사 산물 추출액을 GC-MS/MS를 이용하여 분석하였다. 본 연구를 통해 곤충병원세균에 살충력의 기원이 NRPS를 통해 합성되는 이차대사산물에 있다는 것을 확인하였으며 이를 이용한 다양한 NRPS 유래 물질 연구는 신규 살충 물질 개발에 들어가는 비용과 시간을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

Upon immune challenge, recognition signals trigger insect immunity to remove the pathogens through cellular and humoral responses. Various immune mediators propagate the immune signals to nearby tissues, in which polyunsaturated fatty acid (PUFA) derivatives play crucial roles. However, little was known on how the insects terminate the activated immune responses after pathogen neutralization. Interestingly, C20 PUFA was detected at the early infection stage and later C18 PUFAs were induced in a lepidopteran insect, Spodoptera exigua. This study showed the role of epoxyoctadecamonoenoic acids (EpOMEs) in the immune resolution at the late infection stage to quench the excessive and unnecessary immune responses. In contrast, dihydroxy-octadecamonoenoates (DiHOMEs) were the hydrolyzed and inactive forms of EpOMEs. The hydrolysis is catalyzed by soluble epoxide hydrolase (sEH). Inhibitors specific to sEH mimicked the immunosuppression induced by EpOMEs. Furthermore, the inhibitor treatments significantly enhanced the bacterial virulence of Bacillus thuringiensis against S. exigua. This study proposes a negative control of the immune responses using EpOME/DiHOME in insects.

노지에서 재배되는 고추(Capsicum annuum)에 총채벌레가 발생하여 심각한 경제적 피해를 주고 있다. 본 연구는 고추 주산지인 안동을 중 심으로 상이한 세 지역의 재배지에서 고추 정식에서 수확 시기까지 총채벌레의 연중 발생을 보고한다. 총채벌레의 최대 발생기는 6월과 9월을 중 심으로 나타났다. 이 가운데 두 주요 총채벌레는 꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis)와 대만총채벌레(F. intonsa)였으며, 전체 총채벌레 발 생의 87% 이상을 차지하였다. 기타 총채벌레는 이상의 두 우점종의 발생 패턴과는 상이하였다. 토마토반점위조바이러스(Tomato spotted wilt virus: TSWV)가 이들 우점종 개체들에서 검출되었으며, 바이러스 보독율은 대만총체벌레에서 높았다. 이들 지역에서 재배되는 고추가 TSWV 에 내병성 품종들이지만, 일부 고추 개체들에서는 이 바이러스 감염에 따른 전형적인 병징을 보였다. 이에 보독충에서 TSWV를 분리하여 이 바 이러스 S RNA 게놈에 존재하는 비구조단백질 일종을 암호화하는 NSs 유전자의 염기서열을 분석하였다. 기존에 알려진 저항성붕괴(resistance breaking: RB) 계통의 서열에 비해 안동에서 발생한 보독충에서 분리된 TSWV의 서열과는 상이하여, 이 지역에서는 RB 돌연변이체가 존재하 지 않는 것으로 판명되었다.

대파(Allium fistulosum) 정식부터 수확기까지 성페로몬을 이용하여 재배지에 발생한 파좀나방(Acrolepiopsis sapporensis)을 모니터링하였 다. 이 시기에 발생한 파좀나방은 월동세대 이후 6월 초와 7월 말에 각각 발생 최성기를 보였다. 그러나 발생량은 연도와 재배 환경에 따라 다르게 나타났다. 파좀나방을 효과적으로 방제하기 위한 미생물제제로서 Bacillus thuringiensis 균주를 스크리닝하였고, 이들 가운데 B. thuringiensis kurstaki (BtK)가 선발되었다. 선발된 BtK의 살충력을 높이기 위해 다른 곤충병원세균인 Photorhabdus temperata temperata (Ptt) 세균 배양액 추 출물을 추가하였다. 이들 두 세균을 혼합한 ‘비티플러스’는 BtK 단독 보다 현격하게 높은 살충력을 나타냈다. 이러한 살충력 제고 원인은 Ptt 추 출물에 포함된 대사물질에 의해 기인되었다. 이들 대사물질은 파좀나방의 세포성 및 체액성 면역반응을 억제하여 BtK의 살충력을 제고시킨 것으 로 나타났다. 이상의 결과는 국내 대파 재배지에서 파좀나방이 지속적으로 발생하며, 이 해충에 의한 경제적 피해를 줄이기 위한 비티플러스의 효 과적 방제 가능성을 제시하였다.

대량유살 기술을 통한 총채벌레 방제 기술이 시설 고추재배지를 중심으로 개발되었다. 이 기술의 핵심 요인은 효과적 유인제 개발에 있다. 집합페로몬에 의존하였던 유인전략은 노지 재배지에서는 뚜렷한 효과를 보이지 않았다. 따라서 본 연구는 노지 고추재배지에서 총채벌레의 대량 유살을 위해 새로운 유인물질의 추가가 필요하였다. 또한 노지재배지에서 집합페로몬의 유인력 감소 원인을 규명할 필요가 있었다. 새로운 유인 물질로서 methyl isonicotinate (MIN)이 제시되었고, 이 물질이 실내 유인행동분석을 통해 총채벌레에 대한 자체 유인력은 물론이고 집합페로 몬과 협력효과를 보였다. 이를 바탕으로 집합페로몬과 혼합물 형태로 노지 고추재배지에서 분석한 결과 총채벌레의 포획밀도를 증가시켰다. 특 히 이러한 증가는 꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis)에서 뚜렷하게 나타났다. 유인트랩에 집합페로몬의 함량 증가는 노지 고추재배지에 서 꽃노랑총채벌레는 물론이고 다른 총채벌레류의 포획밀도를 뚜렷하게 증가시켰다. 본 연구는 집합페로몬 유인력이 시설재배지와 노지재배지 사이에서 차이가 있으며, 노지 재배지의 경우 효과적 유인력을 발휘하기 위해서는 더욱 많은 집합페로몬 함량을 요구한다는 것을 밝혔다. 또한 본 연구는 집합페로몬에 MIN을 추가하여 꽃노랑총채벌레에 대한 고효율 유인제를 개발할 수 있는 기술을 제시한다.

꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis)는 고추를 가해하는 주요 병해충 가운데 하나이다. 유충과 성충이 긁어빠는 구기로 잎과 열매에 가해하는 직접피해는 물론이고 일명 칼라병이라 일컬어지는 토마토반점위조바 이러스를 전파하는 간접피해를 주고 있다. 다양한 바이러스 내병성 품종이 농가에서 재배되고 있으나, 칼라병의 발병은 해를 거듭하며 증가하고 있다. 놀라운 사실은 일부 내병성 품종에 대해서 총채벌레의 유인력이 감수성 품종에 비해 높다는 사실이다. 본 연구는 꽃노랑총채벌레에 대한 고추의 항객성 기작을 분석하였다. 총채벌레에 이미 피해를 받은 고추는 다른 총채벌레의 접근을 억제하는 것은 물론이고 천적인 미끌애꽃노린재를 유인하였 다. 이 고추 내부에는 자스모닉산 생합성 관여 유전자의 발현이 증가하였다. 고추가 생산하는 향기성분을 SPME 방식으로 모아 분석한 결과 Green leaf volatile과 terpene류의 증가를 보였다. 시판되는 10개의 고추 품종을 대상으 로 항객성 생물 검정과 향기성분 분석을 실시한 결과 이상의 항객성 기작을 뒷받침하였다. 또한 근권세균 가운데 일부는 고추로 하여금 이러한 항객성을 유도하였다.

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.

The western flower thrips, Frankliniella occidentalis, is a significant economic pest among thysanopterans because of its massive feeding damage and ability to spread tospovirus to hundreds of plant species worldwide. To control this pest, chemical insecticides have been used but become unsatisfactory in the control efficacy due to the rapid resistance development of F. occidentalis. The cost-effective chitosan-based nanoparticle (NP) formulations as dsRNA insecticide gave > 80% mortalities in 7 days in the field condition. Nevertheless, the usage of NP-based dsRNA is hindered by the conflict between the excessive expense of producing dsRNA and the massive quantity of materials required for field application. Many research reports have demonstrated microbial-based dsRNA production using the L4440 vector and HT115 (DE3) Escherichia coli for application to vertebrate and invertebrate systems. In this study, we aimed to compare chitosan NP and bacterial formulation-based dsRNA control tactics against F. occidentalis using RNAi against the vacuolartype ATPase (vATPase) gene.

The soluble epoxide hydrolase (sEH) plays a crucial role in insect immunity and development by metabolizing oxylipins such as EpOMEs and EETs. This study investigates sEH's involvement in insect antiviral response against Autographacalifornicanuclear polyhedrosis virus (AcNPV) infection. Viral infection assays were performed on Plutellaxylostellaand Marucavitrata, utilizing occlusion bodies (OB, via feeding) and budded virus (BV, through injection). Insect mortality was monitored every 12 h for up to 7 days. Our findings demonstrated a dose-dependent impact of both virus forms (OB and BV) on insects. Additionally, the sEH inhibitor, AUDA (12-(3-adamantan-1-yl-ureido) dodecanoic acid), was employed alongside the virus. The results indicated that combining AUDA with the virus increased insect mortality. Furthermore, fluorescence assays revealed the gradual movement of the virus from the gut to hemolymph and fat body. AUDA was observed to expedite virus infection. Moreover, sEH expression rapidly increased along with the viral infection in Spodoptera exigua. RNA interference of sEH expression enhanced the viral virulence against S.exigua. These suggest that EpOMEs play crucial roles in immune resolution against viral infection in insects.

Eicosanoids represent a category of oxygenated C20 polyunsaturated fatty acids that play a crucial role in regulating various physiological functions in insects. These compounds are synthesized from phospholipids through the enzymatic activity of phospholipaseA2 (PLA2). In this study, we investigated four PLA2 genes encoded in the western flower thrips, Frankliniella occidentalis, with a focus on understanding their specific functions through a variety of experimental approaches. Among the four PLA2s identified, Fo-PLA2A and Fo-PLA2B fall under the category of Ca2+-independent cellular PLA2 (iPLA2), while Fo-PLA2C and Fo-PLA2D are classified a secretory PLA2 (sPLA2). Enzyme activity assays showed that all developmental stages of the thrips exhibited significant activity against both types of PLA2 substrates (arachidonic acid (AA) and non-AA), albeit with variations in enzyme kinetics across different developmental stages. Further examination revealed that all four PLA2 genes were expressed in every developmental stage. Fo-PLA2B and Fo-PLA2C displayed higher expression levels in larvae, while Fo-PLA2A and Fo-PLA2D were predominantly expressed in female and male adults, respectively. These findings support the hypothesis that PLA2s likely serve specific functions during distinct developmental stages. Our results indicated that PLA2s play pivotal roles in mediating various physiological processes such as immunity, development, and reproduction. So, the differential expression of certain PLA2s in various stages suggests that each PLA2 may have a specific role during different stages. Additionally we conducted flouorescens in situ hybridization (FISH) analysis to localize PLA2 transcripts in different tissues, shedding light on their specific functions within these tissues. In summary, the four identified PLA2s are associated with distinct catalytic activities and exhibit differential expressions across developmental stages and tissues, collectively contributing to various physiological processes.

Two bacterial genera, Xenorhabdus and Photorhabdus, are mutually symbiotic to the entomopathogenic nematodes, Steinernema and Heterorhabditis, respectively. Success parasitism of the nematode-bacterial complex depends on the host immunosuppression by the bacteria via their secondary metabolites. Lrp (Leucine-responsive regulatory protein) is a global transcriptional factor of the bacteria and play a crucial role in the parasitism. However, its regulatory targets to suppress the insect immunity were not clearly determined. This study investigated the regulatory target genes and subsequent secondary metabolites by Lrp in Xenorhabdus hominickii. Lrp expression occurred at the early infection stage in a target insect, Spodoptera exigua. Among eight non-ribosomal peptide synthetase (NRPS1-NRPS8) genes, six gene (NRPS3-NRPS8) expressions were positively correlated with Lrp expression in the infected larvae of S. exigua. Exchange of the Lrp promoter with an inducible promoter altered the production of the secondary metabolites along with alteration of the NRPS expression levels. The immunosuppressive activities of X. hominickii depended on the Lrp expression level. The metabolites produced by Lrp expression possessed the eicosanoid-biosynthesis inhibitors and hemolytic factors. A cyclic dipeptide (= cPF) was produced under Lrp control and identified to inhibit phospholipase A2 activity of S. exigua in a competitive inhibitory manner. These results suggest that Lrp is a global transcriptional factor of X. hominickii and plays crucial role in insect immunosuppression by modulating NRPS expressions.

소형 곤충으로 좁은 틈새에 있는 총채벌레는 종종 살충제 살포에 노출되기 어렵다. 이에 접촉페로몬을 처리하여 은둔행동을 막으려는 행동 교란 방제 전략을 세웠다. 꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis)에서 밝혀진 접촉페로몬은 7-methyltricosane (7TM)으로 본 연구에서는 먹이에 이 물질을 처리하여 행동 교란 유무를 생물검정하였다. 이 접촉페로몬은 유충에게 영향을 주지 않았지만 수컷 성충으로 하여금 처리된 먹 이로부터 회피하려는 행동을 유발하였다. 반면에 암컷 성충에게는 오히려 7TM이 처리된 지역으로 이동하는 행동을 유발하였다. 동일한 접촉페 로몬에 대해서 대만총채벌레(Frankliniella intonsa)에서도 유사한 행동 변화가 관찰되었다. 이러한 7TM에 기인한 총채벌레의 행동 변화를 살충 제 처리와 연결하여 고추를 가해하는 총채벌레류를 대상으로 방제효과를 검정하였다. 스피네토람 살충제 단독 처리에 비해 7TM과 혼합하여 처 리하면 총채벌레류 방제효율이 증가하였다. 흥미로운 점은 7TM 단독 처리로도 대만총채벌레 밀도에 일부 감소 효과를 보여 이 물질이 총채벌레 의 행동교란을 주는 것을 뒤받침하였다. 본 연구는 접촉페로몬 처리로 총채벌레의 살충제 회피 행동을 줄여 방제효과를 높인 새로운 해충방제기 술을 제시한다.