Early subcellular responses of susceptible and resistant Vitis taxa to feeding by grape phylloxera Daktulosphaira vitifoliae

Abstract

Species, varieties, and hybrids of Vitis are differently susceptible to feeding by the aphid Daktulosphaira vitifoliae (Fitch) (Hemiptera: Phylloxeridae). The differing levels of susceptibility were examined in Vitis riparia × V. rupestris cv. C-3309, V. vinifera × V. labrusca cv. Weiβe Amerikaner, and V. vinifera cv. Portugieser Weiβherbst by characterizing early subcellular changes to aphid feeding. We examined the fifth and sixth layers of mesophyll parenchyma between 3 and 48 h after introducing neonate nymphs of D. vitifoliae on to those leaves. In the susceptible variety C-3309, activated and metaplasied cells appeared in 3–6 h of feeding by D. vitifoliae and developed into nutritive tissue in the next 24–48 h. On the contrary, cells of the resistant variety Portugieser Weiβherbst accumulated phenolic materials indicating a hypersensitive response; those of Weiβe Amerikaner showed a mixed response of developing a nutritive tissue and a concurrent accumulation of phenolic materials especially in cells away from the nutritive tissue, indicating that this hybrid could tolerate D. vitifoliae. Galls developed on the leaves of C-3309 in 21 days, whereas no gall development occurred on the leaves of Portugieser Weiβherbst and Weiβe Amerikaner. D. vitifoliae nymphs introduced on the leaves of Portugieser Weiβherbst died in 3–4 days, whereas on the leaves of Weiβe Amerikaner, nymphs lived up to 21 days. Thus early subcellular changes in leaf tissues determined the feeding activity of nymphs on leaves and the susceptibility of plants to insect feeding.

Zusammenfassung

Blätter verschiedener Rebsorten reagieren unterschiedlich auf den Befall mit der Reblaus Daktulosphaira vitifoliae (Fitch). Hier wurde die Reaktion der Sorten Vitis riparia × V. rupestris cv. C-3309, V. vinifera × V. labrusca cv. Weiβe Amerikaner und V. vinifera cv. Portugieser Weiβherbst (kurz: C-3309, Weiβe Amerikaner und Portugieser Weiβherbst) verglichen, um die unterschiedliche Empfindlichkeit zu verstehen. Dazu wurden frühe subzelluläre Veränderungen der Blattgewebe in aseptischen Dualkulturen aus Vitis und D. vitifoliae charakterisiert. Da die Stechborsten der jungen Nymphen von D. vitifoliae bis in die fünfte oder sechste Mesophyllschicht von C-3309 eindringen, wurden Zellen dieser Schichten bei allen drei Rebsorten 3–48 Stunden nach Zugabe der Nymphen beobachtet. Bei der Sorte C-3309 erfolgte eine Differenzierung von aktivierten und metaplasierten Zellen 3–6 Stunden nach dem Befall. In den folgenden 24–48 Stunden entwickelten sich diese Zellen zu einem Nährgewebe; somit erfolgte eine kompatible Reaktion. Im Gegensatz dazu zeigten die Zellen der Sorte Portugieser Weiβherbst eine hypersensitive Reaktion mit Akkumulation phenolischer Verbindungen. Zellen der Sorte Weiβe Amerikaner reagierten sowohl mit der Bildung von Nährzellen als auch mit der Akkumulation phenolischer Verbindungen ausserhalb der Nährzellen; dies ist ein Zeichen für Toleranz. Die Entwicklung typischer Gallen erfolgte in 21 Tagen ausschliesslich an den Blättern der Sorte C-3309. An Portugieser Weiβherbst starben die Nymphen innerhalb von 3–4 Tagen ab, an Blättern von Weiβe Amerikaner überlebten sie bis zum 21 Tag, ohne dass eine Gallbildung erfolgte. Die frühen subzelluläre Veränderungen der Blattgewebe bestimmten somit die Frasstätigkeit der Nymphen und die Empfindlichkeit der drei Rebsorten auf den Insektenbefall.