Volatile organic compounds emitted from fungal-rotting beech (Fagus sylvatica)

Chemo-communication is an important mode of interaction within ecosystem. The living organism in the ecosystem can deliver signals to conspecifics, to co-organisms, and unintentionally to their enemies, by emitting the volatile organic compounds (VOCs) to the atmosphere. There are some insect-fungi-associations displaying interesting relationships. For example, some bark beetle species (PAINE et al. 1997) introduce fungi into the conifers during the attack process. Fungi take advantage by associating with the insect in transport to new trees and passage through the bark. Insects may get advantage by feeding on fungi and overcoming the tree defence. Questions arise how fungus vectoring insects can recognize the weakness of defense mechanism in the case to introduce the fungus to the host tree and successfully overcome the remaining defence mechanisms. The interspecific communication among insects, fungi and host trees are not completely clarified, but there was the evidence that a number of forest scolytids including species in the genera Scolytus, Dendroctonus, Hylurgops, Trypodendron and Tomicus can be attracted to the host volatile compounds (BYERS 1995).Holzzerstörende Insekten nutzen oft flüchtige Chemikalien, um geeignete Orte zum Fraß oder zur Eiablage zu finden. Diese Wechselbeziehung kann von volatilen Stoffen (volatile organic compounds, VOCs) beeinflusst werden, die nicht vom Holz selbst, sondern von holzbewohnenden Pilzen produziert werden. Die VOCs von Buchenholz (Fagus sylvatica), das mit einem der Pilze Trametes versicolor, Poria placenta oder Gloephyllum trabeum inokuliert wurde, konnten mittels SPME (85 μm Carboxen™ / PDMS StableFlex™) gesammelt und mit GC-MS analysiert werden. Hauptsächlich wurden Stoffe aus drei Gruppen von chemischen Verbindungen nachgewiesen: Aliphatische Verbindungen (C5-C8), Monoterpene und Sesquiterpene. In Proben von G. trabeum waren Sesquiterpene (insbesondere Protoillud-6-en) die am häufigsten emittierte Stoffgruppe. In geringen Mengen wurde 1-Octen-3-ol und 3-Octanon nachgewiesen. Die typischen Sesquiterpene für T. versicolor waren α- und β-Barbaten. Die C8-Verbindungen 1-Octen-3-ol, 3-Octanon und 3-Octanol wurden in hohen Mengen gefunden. Zudem konnte 3-methyl-1-butanol nachgewiesen werden. In Proben von P. placanta wurden vergleichsweise geringe Mengen von VOCs gefunden, wobei eine spezifische Emission des Sesquiterpens Daucen festgestellt wurde. Zudem wurden hohe Mengen von 1-Octen-3-ol, 3-Octanon und 3-Octanol nachgewiesen. Die C8-Verbindungen 1-Octen-3-ol, 3-Octanon und 3-Octanol, die insbesondere von T. versicolor und P. placenta emittiert werden, sind typische Pilz-Volatile. Sie können nicht nur von spezialisierten fungivoren Insekten wahrgenommen werden, sondern auch von einer Vielzahl anderer Insekten, z.B. Kartoffelkäfer und Borkenkäfer. Wahrscheinlich nutzen viele Insekten diese Stoffe, um die Anwesenheit von Pilzen zu detektieren

Mikroorganismen an Aesculus hippocastanum – olfaktorische Perspektive von Cameraria ohridella (Deschka & Dimic)

Since the 80s, the popular park- and city tree Aesculus hippocastanum has been infested with the leaf miner Cameraria ohridella (DESCHKA & DIMIC 1986). Additionally, the pathogenic fungi Guignardia aesculi causes leaf blotch disease and Erysiphe flexuosa causes powdery mildew on horse chestnuts. Often, all three diseases occur in parallel at the same leaves leading to a situation of competition. Moreover, recently some endophytic fungi were isolated from the leaf tissue of A. hippocastanum. In the present study, the volatile interaction between three trophic levels plant, insect, and fungi are discussed.Mikroorganismen an Aesculus hippocastanum – olfaktorische Perspektive von Cameraria ohridella (Deschka & Dimic) Seit den 80er Jahren wird die Gemeine Rosskastanie Aesculus hippocastanum durch den Minierer Cameraria ohridella (Lepidoptera, Gracillariidae) befallen. Außerdem wird die Rosskastanie durch den Blattbräunepilz Guignardia aesculi und den Mehltau Erysiphe flexuosa attackiert. Oft treten alle drei Organismen parallel am gleichen Blatt auf. Weiterhin konnten endophytische Pilze aus dem Blattgewebe isoliert werden. Im vorliegenden Beitrag wird die volatile Interaktion zwischen Pflanze, Mikroorganismen und Insekt diskutiert. Mit Hilfe der Gaschromatographie und gekoppelter Massenspektroskopie (GC-MS) wurden Duftproben gesunder und mit den pathogenen Pilzen G. aesculi und E. flexuosa gleichzeitig infizierter Blätter der Rosskastanie analysiert. Identifizierte Komponenten wurden elektrophysiologisch (EAG) an der Insektenantenne und in Verhaltensversuchen getestet. Mit den pathogenen Pilzen befallene Rosskastanienblätter geben 1-Octen-3-ol, 3-Octanon, ein Derivat von 2(5H)-Furanon, Nonanal und Decanal ab. C. ohridella war in der Lage, diese Substanzen zu detektieren. In Zweifachwahltests mit gesunden A. hippocastanum Zweigen reagierten Weibchen mit reduzierter Eiablage auf die Applikation von 1-Octen-3-ol, 3-Octanon, 2(5H)-Furanon und Decanal im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle. Es ist bekannt, dass 1-Octen-3-ol und 3-Octanon von Pilzen selber emittiert werden. Nonanal und Decanal werden von Zellen, die nach Penetration durch Pilzhyphen unter oxidativem Stress stehen, produziert. Die Derivate von 2(5H)-Furanon wirken antimikrobiell und können auf einen Schutzmechanismus der Pflanze oder auf einen Konkurrenzmechanismus von Mikroorganismen um denselben Lebensraum hinweisen. Eine mögliche Erklärung wäre, dass diese Substanz von Endophyten zur Verteidigung des sie umgebenden Blattgewebes gegen die pathogenen Pilze produziert wird

Der Einfluss von Blütenduftstoffen auf die Oviposition der Rosskastanienminiermotte Cameraria ohridella

The larval stages of Cameraria ohridella develop mining in leaves of the horse chestnut tree Aesculus hippocastanum. The insect establishes three generations in Central Europe. During the appearance of the first generation the horse chestnut trees bloom. Further on, parallel to the flying time of all generations other plant species bloom. The olfactory detection of flower odour compounds and the influence on oviposition of C. ohridella were examined using trace analytical and electrophysiological methods as well as bioassays.Die Larven von Cameraria ohridella (Lepidoptera, Gracillariidae) entwickeln sich als Minierer in den Blättern der gemeinen Rosskastanie, Aesculus hippocastanum. In Mitteleuropa können drei Faltergenerationen ausgebildet werden, wobei die erste während der Blütezeit der Wirtspflanze A. hippocastanum fliegt. Der Schmetterlingsstrauch Buddleja davidii blüht von Sommer bis Herbst während der Flugzeit der zweiten und dritten Generation. Die großen Blütenstände locken zahlreiche Insekten an, die den Nektar als Nahrung nutzen. Mit Hilfe von Spurenanalytischen und elektrophysiologischen Methoden (GC-MS, EAG) sowie Verhaltensversuchen wurde der Einfluss von Blütendüften auf die Oviposition der Rosskastanienminiermotte untersucht. Der Blütenduft von A. hippocastanum und B. davidii unterschied sich in der Komposition emittierter Komponenten. C. ohridella war in der Lage, Blütendüfte zu detektieren. Die untersuchten Blütenduftstoffkomponenten beeinflussten die Oviposition der Miniermotten. Benzaldehyd, Linalool und (E)-β-Caryophyllen wurden von Rosskastanienblüten emittiert und steigerten die Oviposition auf den Blättern. Benzylalkohol wurde nicht von der Rosskastanie abgegeben und reduzierte im Gegensatz zu den anderen Duftstoffkomponenten die Eiablage. Der Blütenduft der Rosskastanie kann Faltern der ersten Generation bei der Wirtspflanzensuche helfen. In Zweifachwahltests mit getopften Rosskastaniensämlingen und blühendem Sommerflieder wurden die Blätter der Wirtspflanze bei der Eiablage bevorzugt. Aber auch auf den Blättern des Sommerflieders konnten abgelegte Eier gezählt werden. Bei alleinigem Angebot (Einfachwahltest) stieg die Anzahl der abgelegten Eier auf dem blühenden Sommerflieder. Falter der dritten Generation, die im Herbst auf eine starke Blattverbräunung der Wirtspflanze A. hippocastanum durch Minierfraß treffen und dort keine grünen Blattbereiche mehr finden, suchen auf anderen Wirtspflanzen einen geeigneten Eiablageplatz. Dabei können Blütenduftstoffkomponenten die Oviposition der Motten beeinflussen

Wahrnehmung von Wirtsdüften durch Forstschädlinge : Vergleich zwischen einem Holzbrüter und einem Rindenbrüter

The blue pine wood borer (Phaenops cyanea) and the black pine sawyer beetle (Monochamus galloprovincialis) (Fig. 1) both are pests of the white pine (Pinus silvestris) and other Pinus species. Both insects have nearly the same demands regarding their breeding site. Larval development requires a fresh, unwilted inner bark. An infestation occurs on freshly cut trees or on trees suffering from stress (e.g. after dry seasons, loss of needles caused by feeding caterpillars or damage by forest fires). Phaenops cyanea detects susceptible pines by their volatile emissions (SCHÜTZ et al. 2004) and is able to infest the trees already at a low stress level. During feeding the larvae avoid the resin ducts of the tree and thus evade the oleoresin defence. The beetle is endemic in Europe and – under favourable climatic conditions – can cause substantial damage to pine forests. It is the most significant bark-breeding beetle of white pine in the lowlands of north-eastern Germany. Monochamus galloprovincialis is found in Europe and northern Africa. The larvae tend to a more copious feeding which makes them more susceptible to the oleoresin defence of the tree. Thus, M. galloprovincialis prefers trees that are weakened by a higher degree of stress. The economic damage caused by feeding of thebeetle is low. However, the beetle has gained a special attention of forest scientists because of its association with the nematode Bursaphelenchus xylophilus which is causing the pine wilt disease (PWD) in Pinus. The only outbreak of the PWD within Europe is limited to an area of 258.000 ha in Portugal. (MOTA et al. 1999).Die Forstschädlinge Phaenops cyanea (Coleoptera: Buprestidae) und Monochamus galloprovincialis (Coleoptera: Cerambycidae) befallen beide Kiefern (Pinus sylvestris), die geschwächt sind, z.B. durch Wasser-Stress. Die Larven von P. cyanea entwickeln sich in oder unter der Rinde, während Larven von M. galloprovincialis nach einem Fraß im Kambium des befallenen Baumes auch tief in das Holz eindringen. P. cyanea befällt bereits Bäume, die nur einem geringen Stress ausgesetzt waren, während M. galloprovincialis Bäume bevorzugt, die erheblich geschwächt oder bereits tot sind. Die vorliegende Studie soll anhand elektrophysiologischer Experimente untersuchen, welchen olfaktorischen Hinweisen die beiden Insekten bei ihrer Suche nach einem geeigneten Eiablageplatz folgen. Duftstoffe von Pinus sylvestris wurden auf Aktivkohle gesammelt und mit Gaschromatographie, Massenspektroskopie und Elektroantennographie untersucht (GC-MS/ EAD). Die stärksten Signale von P. cyanea traten im Retentionsindex-Bereich von 936 (α-Pinen) bis 1200 auf, wobei insbesondere bizyklische Terpene und Terpenoide wie α-Pinen, β-Pinen, 1,8-Cineol und trans- Verbenol detektiert wurden. M. galloprovincialis reagierte auf einen weiteren Bereich von Stoffen, ebenfalls beginnend mit α-Pinen, bis hin zu Stoffen mit einem Retentionsindex von ca. 1300. Es scheint eine spezifische Empfindlichkeit für monozyklische und azyklische Terpene und Terpenoide vorzuliegen, insbesondere für γ-Terpinen, Terpinolen, β-Myrcen und p-Cymen

<i>M. hippocastani</i> apical antennomere.

<p>A) Light microscopy cross section showing the dorsal (DMOS) and ventral MOS (VMOS). B) TEM cross section at the level of the dorsal MOS, showing two bundles of outer dendritic segments (ODS). C, D, F) Details of the dendritic branches (DB) filling the space below the porous cuticle (PC), pore tubules (PT) can also be observed. E) Two bundles of four dendrites taken at the level of the ODS. Bar scale: A: 50 µm; B: 10 µm; C, E: 2 µm; D: 500 nm; F: 200 nm.</p

SEM pictures of <i>M. hippocastani</i> apical and subapical antennomere.

<p>A) Lateral view of the apical and sub-apical antennomere. B–D) Dorsal, apical, and ventral view of the apical antennomere, respectively. In B and D the multiporous olfactory sensilla (MOS) can easily be observed. In C the apical part of the antennomere is shown, with the dorsal (left) and ventral (right) MOS. E) MOS on the inner surface of the lateral protrusion of the subapical segment. F) Close up view of the MOS surface, pierced by numerous tiny cuticular pores. Bar scale: A, B, D: 200 µm; C:100 µm; E: 50 µm; F: 2 µm.</p

Concentration mean values (scatter) of root VOCs consistently released by oak roots.

<p>As measured in 10 cm distance to feeding-damaged oak roots in original soil.</p><p>As measured to be released by washed oak roots (undamaged, mechanically damaged, feeding-damaged).</p><p>As lowest concentration stimulating the white grub antenna.</p><p>As measured in the center of the choice-test arena within the first hour of experiment.</p>1<p>Purity checked by gas chromatography-mass spectrometry, deviations from label given in brackets.</p>2<p>Compounds released by <i>Quercus</i> spec. roots under special circumstances.</p>a<p>passive sampling by SPME (n = 3).</p>b<p>active sampling by TDS (n = 5).</p>c<p>active sampling by CLSA (n = 9).</p>d<p>calculated from vapour pressure based on Yaws CL (2007) The Yaws Handbook of Vapor Pressure. Houston: Gulf Publishing Company and based on SciFinder® database <a href="https://scifinder.cas.org" target="_blank">https://scifinder.cas.org</a>.</p><p>°Racemic Mixture;</p><p>n.d. not detected</p><p>Different letters indicate significant differences,</p>*<p>:P<0.05,</p>**<p>:P<0.01,</p>***<p>:P<0.001.</p

Odoriferous Defensive Stink Gland Transcriptome to Identify Novel Genes Necessary for Quinone Synthesis in the Red Flour Beetle, <i>Tribolium castaneum</i>

<div><p>Chemical defense is one of the most important traits, which endow insects the ability to conquer a most diverse set of ecological environments. Chemical secretions are used for defense against anything from vertebrate or invertebrate predators to prokaryotic or eukaryotic parasites or food competitors. Tenebrionid beetles are especially prolific in this category, producing several varieties of substituted benzoquinone compounds. In order to get a better understanding of the genetic and molecular basis of defensive secretions, we performed RNA sequencing in a newly emerging insect model, the red flour beetle <i>Tribolium castaneum</i> (Coleoptera: Tenebrionidae). To detect genes that are highly and specifically expressed in the odoriferous gland tissues that secret defensive chemical compounds, we compared them to a control tissue, the anterior abdomen. 511 genes were identified in different subtraction groups. Of these, 77 genes were functionally analyzed by RNA interference (RNAi) to recognize induced gland alterations morphologically or changes in gland volatiles by gas chromatography-mass spectrometry. 29 genes (38%) presented strong visible phenotypes, while 67 genes (87%) showed alterations of at least one gland content. Three of these genes showing quinone-less (ql) phenotypes – <i>Tcas-ql VTGl</i>; <i>Tcas-ql ARSB</i>; <i>Tcas-ql MRP</i> – were isolated, molecularly characterized, their expression identified in both types of the secretory glandular cells, and their function determined by quantification of all main components after RNAi. In addition, microbe inhibition assays revealed that a quinone-free status is unable to impede bacterial or fungal growth. Phylogenetic analyses of these three genes indicate that they have evolved independently and specifically for chemical defense in beetles.</p></div