Comparative phylogenetic and morphological study based on sensory structures present in larval antennae and mouthparts of lepidopteran crop pests

Seema Rana, Subbarayalu Mohankumar

Abstract


Lepidopteran crop pests like Plutella xylostella L. (Lepidoptera: Plutellidae); Chilo partellus Swinhoe (Lepidoptera: Crambidae); Spodoptera litura F. (Lepidoptera: Noctuidae) and Maruca vitrata F. (Lepidoptera: Pyralidae) are the major constraints for crop production and productivity. They are polyphagous in nature and feeds on cruciferous, millets, tobacco and leguminous crops respectively. Sensory structures and sensory genes are the key players responsible for their preference for particular crop species. Sensory genes are the chemoreceptors present in the dendritic membrane of the neuron which interpret the signal perceived by the insect nervous system that is responsible for insect behavior. In this study, we examined distribution and morphology of different sensory structures present on larval antennae and mouthparts of four lepidopteran crop pests using scanning electron microscopy (SEM). We found that the mouthparts of lepidopteran larvae posses all sensory structures and organs such as sensilla chaetica, sensilla basiconica and sensilla styloconica involved in gustatory and olfactory functions. The only difference lies in the external appearance, position, distribution and number of sensory organs. Mainly, sensilla basiconica present in antennae and apical maxillary palp involved in gustatory and olfactory functions. We correlated morphological aspect with larval feeding behavior by characterizing sensory gene i.e. Odorant receptor co-receptor (Or83b) and analyzed its phylogenetic relationship among the four lepidopteran species which revealed that the Or83b gene and olfactory organs are conserved, showing ancestral relationship among four species.

Key Words: Spodoptera litura; Chilo partellus; Plutella xylostella; Maruca vitrata; sensillum; odorant receptor co-receptor

Resumen
Las plagas lepidópteros como Spodoptera litura (F.) (Noctuidae); Chilo partellus (Swinhoe) (Crambidae); Plutella xylostella (L.) (Plutellidae) y Maruca
vitrata (F.) (Pyralidae) son las principales restricciones para la producción y productividad de los cultivos. Estas especies son polífagas y se alimentan
de tabaco, mijo, cultivos crucíferos y leguminosas, respectivamente. Las estructuras sensoriales y los genes sensoriales son los principales factores
responsables para su preferencia hacia ciertas especies de cultivos. Los genes sensoriales codifican los quimiorreceptores presentes en la membrana
dendrítica de las neuronas, que interpretan la señal percibida por el sistema nervioso del insecto que es responsable del comportamiento del insecto.
En este estudio, se examinó la distribución y la morfología de las estructuras sensoriales presentes en las antenas y partes bucales de la larva de 4
especies de plagas lepidópteros de cultivo mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Encontramos que las partes bucales de las larvas de
los lepidópteros poseen todas las estructuras sensoriales y órganos como las sensillas chaeticas, sensillas basiconicas y sensillas estiloconicas involucradas
en las funciones gustativas y olfativas. La única diferencia entre las especies radica en la apariencia externa, posición, distribución y número de órganos sensoriales. Se observaron las sensillas chaeticas solamente en el labrum y las mandíbulas, mientras que las sensillas estiloconicas y sensillas chaeticas estaban presentes en el labio. Se observaron las tres clases de sensillas en el maxilar de S. litura, C. partellus, P. xylostella y M. vitrata con números y morfología variadas. Principalmente, las sensillas basiconicas estaban presentes en las antenas y el apice de los palpos maxilares, que están implicadas en las funciones olfatoria y gustativa, respectivamente. Además, se comparó el co-receptor de receptores odorantes del gen sensorial (Or83b), que es fundamental en la recepción olfativa, entre las 4 especies de lepidópteros y se encontró que Or83b se conserva, mostrando la relación ancestral entre las 4 especies.

Palabras Clave: Spodoptera litura; Chilo partellus; Plutella xylostella; Maruca vitrata; sensilla; receptor y co-receptor de olores

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Keywords


Spodoptera litura; Chilo partellus; Plutella xylostella; Maruca vitrata; sensillum; odorant receptor coreceptor