Susceptibility of tuta absoluta to insecticites, identification of resistance mutations and biological control with two generalist predators

Abstract

Ο υπονομευτής της τομάτας, Tuta absοluta, είναι ένας από τους πιο σοβαρούς εχθρούς της τομάτας και κατάγεται από τη Ν. Αμερική. To έντομο εισέβαλε και εγκαταστάθηκε στην Ισπανία το 2006, που ήταν και η πρώτη αναφορά εκτός Ν. Αμερικής. Από την Ισπανία εισέβαλε σε γειτονικές χώρες και το 2010 αναφέρθηκε για πρώτη φορά στην Κύπρο. Λόγω της ικανότητας των ανήλικων σταδίων του να τρέφονται με όλα τα υπέργεια μέρη των φυτών τομάτας, οι απώλειες που προκαλεί μπορεί να φτάσουν μέχρι και την πλήρη καταστροφή της καλλιέργειας αν δεν παρθούν οποιαδήποτε μέτρα εναντίον του. Εκτός από την τομάτα μπορεί και προσβάλλει όλα τα καλλιεργούμενα και αυτοφυή φυτά της οικογένειας Solanaceae. Το κύριο μέτρο όμως της καταπολέμησής του υπονομευτή της τομάτας είναι η χημική καταπολέμηση με διάφορα εντομοκτόνα σκευάσματα. Ωστόσο, η αλόγιστη χρήση εντομοκτόνων σκευασμάτων από τους παραγωγούς τομάτας μπορεί να προκαλέσει ανθεκτικότητα του T. absoluta στα εντομοκτόνα που χρησιμοποιούνται εναντίον του. Έχουν αναφερθεί πάρα πολλά παραδείγματα ανάπτυξης ανθεκτικότητας σε χώρες όπου υπάρχει ο εχθρός αυτός και αρκετά φυτοπροστατευτικά προϊόντα δεν είναι πλέον αποτελεσματικά για την αντιμετώπιση του. Το πρώτο μέρος της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελέτησε την ευαισθησία των Κυπριακών πληθυσμών του υπονομευτή της τομάτας στις τέσσερις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες δραστικές ουσίες για την καταπολέμησή του: Μελέτες στο εργαστήριο έδειξαν ότι ο υπονομευτής της τομάτας ανέπτυξε ανθεκτικότητα στα chlonathraniliprole και indoxacarb 188 και 28 φορές περισσότερο σε σχέση με τον ευαίσθητο πληθυσμό αντίστοιχα, ενώ δεν εντοπίστηκε ανθεκτικότητα στα ememactin benzoate και spinosad. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής διερευνήσαμε περαιτέρω την ανθεκτικότητα στα εντομοκτόνα chlorantraniliprole και indoxacarb. Πραγματοποιήθηκαν μοριακές αναλύσεις για να ανιχνευθούν τυχόν μεταλλαγές στις δύο διαμεμβρανικές πρωτεΐνες όπου δρουν τα εντομοκτόνα αυτά. Εντοπίστηκαν οι μεταλλαγές F1845Y και V1848I στους διαύλους ιόντων Na+/K- στο νευρικό σύστημα των εντόμων όπου δρα το indoxacarb. Επιπλέον, βρέθηκαν οι μεταλλαγές G4903V και I4746M στους υποδοχείς της ρυανοδίνης στο μυϊκό σύστημα του T. absoluta όπου δρα το chlorantraniliprole. Οι μεταλλαγές αυτές βρέθηκαν προηγουμένως σε ανθεκτικούς ελληνικούς, ιταλικούς και ισπανικούς πληθυσμούς του T. abosluta. Tο τρίτο και τελευταίο μέρος της εργασίας αυτής αφορά δύο πολυφάγα έντομα της οικογένειας Miridae, τα Macrolophus pygmaeus και Nesidiocoris tenuis τα οποία χρησιμοποιούνται κυρίως σε θερμοκηπιακές καλλιέργειες για καταπολέμηση διάφορων εχθρών όπως αλευρώδεις, λεπιδόπτερα, ακάρεα κ.ά. Έχουν γίνει κάποιες μελέτες για την ικανότητα των δύο αυτών θηρευτών να τρέφονται με το T. absoluta όμως χρειάζεται περαιτέρω έρευνα για την αποτελεσματικότητά τους. Η δική μας μελέτη εστίασε στα δύο αρπακτικά αυτά όταν τρέφονταν με τα αυγά του T. absoluta. Συγκεκριμένα, βρέθηκε Τύπος ΙΙΙ λειτουργικής απόκρισης και για τους δύο θηρευτές. Επιπλέον εντοπίστηκε ότι το N. tenuis είναι πιο αποτελεσματικός θηρευτής των αυγών του T. absoluta από το M. pygmaeus καθώς καταναλώνει μεγαλύτερη ποσότητα αυγών σε υψηλές πυκνότητές τους. Όσον αφορά τις διαειδικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δύο θηρευτών, παρατηρήθηκε ανταγωνισμός σε μικρές πυκνότητες λείας και συνεργιστική κατανάλωση στη μεγαλύτερη πυκνότητα λείας. Στην περίπτωση των ενδοειδικών αλληλεπιδράσεων, άτομα του N. tenuis θα δώσουν καλύτερη καταστολή της λείας στις μικρές πυκνότητές της σε σχέση με άτομα του M. pygmaeus.

Tuta absoluta, known as the South American tomato pinworm, is one of the most disastrous pests of tomato cultivation worldwide. In 2006, T. absoluta invaded Spain from South America. Since then, it has spread rapidly to most European, African and Asian countries. Although tomato is the main host, the pest infests other cultivated and wild Solanaceae species. The S. American tomato pinworm is controlled mostly by chemical insecticides, and failure to control in an increasingly common phenomenon. The increase in pesticide use to control the pest increases production costs for farmers and impacts negatively the environment and non-target organisms. Several examples of insecticide resistance for T. absoluta have been reported from different countries in the last 20 years. In order to develop a successful Insecticide Resistance Management (IRM) strategy for any major pest, one needs to identify the baseline toxicity to insecticides and then monitor susceptibility levels. In Cyprus, the current status of susceptibility levels to the main insecticides that are used to control T. absoluta has never been studied before. Our first aim in the current work was to investigate the susceptibility levels of Cypriot T. absoluta populations against the four most commonly used insecticides (chlorantraniliprole, indoxacarb, emamectin benzoate, spinosad). More precisely, we found that the insecticides chlorantraniliprole and indoxacarb were not effective in controlling T. absoluta populations, where their resistance ratios found to fluctuate between 28 – 188 and 3 – 23, respectively. However, the insecticides emamectin benzoate and spinosad are still very effective against the pest. To identify the mechanisms driving the development of resistance to indoxacarb and chlorantraniliprole we conducted molecular analyses to find out if there were any mutations at the transmembrane protein coding genes where the two insecticides act. Two point mutations for each gene were detected: The F1845Y and V1848I target-site mutations for indoxacarb; and the G4903V and I4746M mutations for chlorantraniliprole. A sustainable method for pest control in modern agriculture is the use of natural enemies in Integrated Pest Management (IPM) programs. In the last part of this thesis we conducted a research with two generalist predators, Nesidiocoris tenuis and Macrolophus pygmaeus (Hemiptera: Miridae) to find out if they are effective predators of T. absoluta eggs. Specifically, their functional response and the intraspecific and interspecific interactions when preyed on T. absoluta eggs were tested. We concluded that these two predators could not only control this pest, but also they suppressed high densities of T. absoluta eggs. Egg consumption increased with increasing egg density and the two predators exhibited a Type III functional response. Predation rates were strongly affected by prey density. Using the MRM, we found risk reduction at intraspecific treatments at high prey density. Applying the substitutive model, we detect risk enhancement at interspecific treatments at the highest egg density.