Bionieuws

Plant & Dier

Suiker in rijst stuurt vleugellengte hopper

Een hopper met kleine vleugels (boven) en een met lange vleugels (onder), ontstaan door respectievelijk een nutriëntrijk en -arm dieet. Foto: Xinda Lin, Jiliang University

Het suikergehalte en daarmee de kwaliteit van een rijstplant bepaalt direct de vleugellengte van de zogenaamde brown planthopper, Nilaparvata lugens. Nimfen die foerageren op kwalitatief slechte planten ontwikkelen lange vleugels en migreren als volwassene, terwijl nimfen die op kwalitatief goede planten foerageren juist korte vleugels ontwikkelen en honkvast blijven. Dat demonstreren Chinese en Amerikaanse entomologen 2 juli in PNAS. Volgens de onderzoekers biedt het aanknopingspunten om het cicade-achtige insect, die geen Nederlandse naam heeft, aan banden te leggen in Azië. Daar veroorzaakt het plaagdier jaarlijks gigantische schade aan de rijstoogst.

Het suikergehalte van een rijstplant verandert gedurende zijn leven. Jonge planten zijn rijk aan nutriënten en arm aan suikers, en daarmee een goede voedselbron voor de brown planthopper. De insecten hoeven geen nieuwe gebieden te koloniseren en investeren daarom minder in vleugellengte en meer in nakomelingen. Maar naarmate een rijstplant veroudert, neemt de hoeveelheid nutriënten af en het glucosegehalte toe. Het is voor de jonge hoppers het signaal om te migreren en dus investeren ze in vleugellengte ten koste van nageslacht. Het is een cruciale trade-off die eenmaal in het jonge leven van hoppers plaatsvindt.


Ze ontdekten e tot hun verbazing
dat ze de vleugellengte van de nimfen
rechtstreeks konden manipuleren
met glucose-injecties

Alhoewel de correlatie tussen suikergehalte en vleugellengte van N. lugens al langer bekend was, trachtten de huidige onderzoekers nu het achterliggende mechanisme bloot te leggen en daarmee causaliteit vast te stellen. Daartoe manipuleerden ze het suikergehalte van rijstkiemplanten en lieten daar nimfen van N. lugens in verschillende dichtheden op foerageren. Ook injecteerden ze nimfen direct met glucose, dienden ze een bekend diabetesmedicijn toe en onderzochten ze de rol van insulinereceptoren en de betrokkenen genen.

Glucose bleek naast nimfendichtheid direct vleugellengte te bepalen, maar dan alleen bij vrouwtjes. Ook ontdekten ze tot hun verbazing dat ze de vleugellengte van de nimfen rechtstreeks konden manipuleren met glucose-injecties. En toediening van diabetesmedicijn metformine blokkeerde de ontwikkeling van lange vleugels door de bloedsuikerspiegel laag te houden, onafhankelijk van nimfendichtheid of suikergehalte van de rijstplant. Als klap op de vuurpijl legden de entomologen het genetische pathway en de twee betrokken insulinereceptoren bloot die ten grondslag liggen aan de fenotypische plasticiteit van N. lugens.

Vraat
Brown planthoppers zijn een enorm probleem in Azië’, licht Peter de Jong toe, entomoloog aan de Wageningen Universiteit. ‘Door vraat en virusoverdracht gaat er jaarlijks veel rijst verloren; hele stukken land kleuren door afsterving van de planten bruin, een fenomeen dat bekend staat als hopper burn. Het is goed dat de hele cascade van glucosegehalte tot vleugellengte degelijk en zorgvuldig in kaart is gebracht, helemaal tot op genetisch niveau. Het is interessant dat glucose zo’n simpele manier blijkt om vleugellengtes aan te passen en de levenscyclus van het insect naar onze hand kan zetten. Toch denk ik dat het bijzonder moeilijk is om dit te implementeren in bestrijdingsmaatregelen, brown planthoppers kunnen zich bijzonder snel aanpassen.’

Dit artikel verscheen in Bionieuws 12 van 2018.