Methoden voor het fokken van de parasitoïde Ganaspis brasiliensis, een veelbelovend biologisch bestrijdingsmiddel voor de invasieve Drosophila suzukii
Summary
Ganaspis brasiliensis – een larvale parasitoïde van Drosophila suzukii (een wereldwijde invasieve fruitgewasplaag) – is goedgekeurd of wordt overwogen voor introductie in Europa en de Verenigde Staten voor biologische bestrijding van deze plaag. Dit artikel geeft protocollen voor zowel kleinschalige als grootschalige opfok van deze parasitoïde.
Abstract
Inheems in Oost-Azië, heeft de gevlekte vleugel drosophila, Drosophila suzukii (Matsumura) (Diptera: Drosophilidae), zich het afgelopen decennium op grote schaal gevestigd in Noord- en Zuid-Amerika, Europa en delen van Afrika, en is het een verwoestende plaag geworden van verschillende zachthuidige vruchten in de binnengevallen regio’s. Biologische bestrijding, vooral door middel van zichzelf in stand houdende en gespecialiseerde parasitoïden, zal naar verwachting een haalbare optie zijn voor duurzaam gebiedsbreed beheer van deze zeer mobiele en polyfagote plaag. Ganaspis brasiliensis Ihering (Hymenoptera: Figitidae) is een larvale parasitoïde die wijd verspreid is in Oost-Azië en een van de meest effectieve parasitoïden van D. suzukii is gebleken.
Na rigoureuze pre-introductie evaluaties van de werkzaamheid en potentiële niet-doelrisico’s, is een van de meer gastheerspecifieke genetische groepen van deze soort (G1 G. brasiliensis) onlangs goedgekeurd voor introductie en veldintroductie in de Verenigde Staten en Italië. Een andere genetische groep (G3 G. brasiliensis), die ook vaak werd gevonden om D. suzukii in Oost-Azië aan te vallen, kan in de nabije toekomst worden overwogen voor introductie. Er is momenteel een enorme belangstelling voor het fokken van G. brasiliensis voor onderzoek of in massaproductie voor veldintroductie tegen D. suzukii. Dit protocol en het bijbehorende videoartikel beschrijven effectieve opfokmethoden voor deze parasitoïde, zowel op kleine schaal voor onderzoek als op grote schaal voor massaproductie en veldafgifte. Deze methoden kunnen profiteren van verder langetermijnonderzoek en gebruik van deze Aziatische parasitoïde als een veelbelovend biologisch bestrijdingsmiddel voor deze wereldwijde invasieve plaag.
Introduction
Inheems in Oost-Azië, heeft de gevlekte vleugel drosophila, Drosophila suzukii (Matsumura) (Diptera: Drosophilidae), zich op grote schaal gevestigd in Amerika, Europa en delen van Afrika 1,2. De vlieg is extreem polyfaag en kan verschillende gekweekte en wilde vruchten met zachte en dunne schil gebruiken in zijn inheemse en binnengevallen regio’s 1,2,3. De huidige managementstrategieën voor deze plaag zijn sterk afhankelijk van het frequente gebruik van insecticiden die zich richten op volwassen vliegen in akkers wanneer gevoelige vruchten rijpen. Herhaalde sprays worden vaak gebruikt, mogelijk als gevolg van consistente overloop van reservoirvliegpopulaties van niet-gewashabitats en gebrek aan effectieve natuurlijke vijanden die in de binnengevallen regio’s wonen 1,4. Biologische bestrijding, vooral door middel van zichzelf in stand houdende gespecialiseerde parasitoïden, kan helpen bij het onderdrukken van vliegpopulaties op landschapsniveau en een cruciale rol spelen voor duurzaam gebiedsbreed beheer van deze zeer mobiele en polyfagote plaag 4,5,6.
In het afgelopen decennium hebben onderzoekers hun inspanningen gericht op het ontdekken van co-geëvolueerde parasitoïden van Drosophila suzukii in de inheemse bereiken van de vlieg in Oost-Azië 7,8,9, evenals effectieve maar nieuw geassocieerde parasitoïden in de binnengevallen gebieden van de vlieg in Noord- en Zuid-Amerika en Europa 4,5,6. In de nieuw binnengevallen gebieden van de vlieg zijn vaak voorkomende larvale Drosophila-parasitoïden, zoals Asobara c.f. tabida (Nees) (Hymenoptera: Braconidae), Leptopilina boulardi (Barbotin et al.) en L. heterotoma (Thompson) (Hymenoptera: Figitidae), niet in staat om zich te ontwikkelen uit of lage parasitismeniveaus op D. suzukii te hebben vanwege de sterke immuunresistentie van de vlieg10. Alleen enkele kosmopolitische en generalistische popparasitoïden zoals Pachycrepoideus vindemiae (Rondani) (Hymenoptera: Pteromalidae) en Trichopria drosophilae (Perkins) (Hymenoptera: Diapriidae) in Noord-Amerika en Europa, en Trichopria anastrephae Lima in Zuid-Amerika kunnen zich gemakkelijk ontwikkelen uit deze vlieg4. Verkenningen in Oost-Azië hebben daarentegen een aantal larvale parasitoïden van D. suzukii 4,5,6 ontdekt. Onder hen, Asobara japonica Belokobylskij, Ganaspis brasiliensis Ihering en Leptopilina japonica Novković & Kimura zijn de dominante larvale parasitoïden 7,8,9,11. In het bijzonder waren de twee figitiden (L. japonica en G. brasiliensis) de belangrijkste parasitoïden die voornamelijk werden aangetroffen in vers fruit besmet met D. suzukii en/of andere nauw verwante drosofiiden in natuurlijke vegetatie 7,8,9. Deze drie Aziatische larvale parasitoïden werden geïmporteerd in quarantainefaciliteiten in de VS en Europa en geëvalueerd op hun relatieve efficiëntie 12,13,14,15,16,17, klimatologisch aanpassingsvermogen 18, potentiële interspecifieke competitieve interacties 19 en, belangrijker nog, gastheerspecificiteit 8,20,21 ,22.
Quarantaine-evaluaties toonden aan dat Ganaspis brasiliensis meer gastheerspecifiek was voor Drosophila suzukii dan andere geteste Aziatische larvale parasitoïden, hoewel het waarschijnlijk bestaat uit verschillende biotypen of cryptische soorten met variërende gastheerspecificiteit 8,21,22,23,24. Nomano et al.22 groepeerden Ganaspis-individuen uit verschillende geografische regio’s in vijf genetische groepen (genaamd G1-G5) op basis van moleculaire analyses van het mitochondriale cytochroomoxidase I-genfragment. De G2- en G4-groepen worden alleen gerapporteerd vanaf een paar Zuid-Aziatische tropische locaties, en de G5-groep werd gerapporteerd vanuit Azië en andere regio’s (bijv. Argentinië, Brazilië, Hawaï en Mexico) van onbekende gastheer (en) (Buffington, persoonlijke observatie). Veldcollecties van wilde vruchten besmet door D. suzukii in Zuid-Korea7, China8 en Japan 9,23,25 vonden alleen G1 of een mengsel van exemplaren die de groepen G1 en G3 vertegenwoordigen. De twee groepen lijken sympatrisch te zijn en bestaan naast elkaar op dezelfde waardplanten die worden bewoond door D. suzukii en andere nauw verwante gastheervliegen. Niettemin zijn er enkele verschillen waargenomen tussen de twee groepen, waarbij G1 schijnbaar een hogere mate van gastheer- of gastheer-habitat-specificiteit heeft dan D. suzukii dan G3, hoewel ze beide een aantal nauw verwante soorten aanvallen in de quarantainetests21,22. Verdere gedetailleerde moleculaire analyses kunnen helpen bij het bepalen van de soortstatus, vooral voor de G1- en G3-groepen. Deze studie verwijst naar hen als G1 G. brasiliensis en G3 G. brasiliensis. Sommige vroege studies noemden de G1 G. brasiliensis ook als G. cf. brasiliensis 14,21,22. De G1 G. brasiliensis is onlangs goedgekeurd voor veldintroductie tegen D. suzukii in de VS en Italië (verschillende andere Europese landen overwegen momenteel ook de introductie ervan), terwijl de G3 G. brasiliensis in de nabije toekomst in aanmerking kan komen voor veldintroductie. Recente enquêtes vonden ook adventieve populaties van zowel L. japonica als G1 G. brasiliensis in British Columbia, Canada26, en Washington State, VS (Beers et al., ongepubliceerde gegevens), en adventieve L. japonica-populaties in de provincie Trento, Italië27.
Gezien de grote belangstelling voor de ontwikkeling van biologische bestrijdingsprogramma’s voor drosophila suzukii-beheer en het aanzienlijke biologische bestrijdingspotentieel van avontuurlijke en opzettelijke introducties van Ganaspis brasiliensis, is er behoefte aan efficiënte kweekmethoden voor deze larvale parasitoïde voor toekomstig langetermijnonderzoek en / of veldintroductie. Dit protocol en het bijbehorende videoartikel beschrijven twee sets opfokmethoden voor deze parasitoïde: (1) kleinschalige laboratoriumopfok in kolven met behulp van een mengsel van gastheerfruit (bosbes) en kunstmatig dieet voor de cultuur van D. suzukii. De methoden werden ontwikkeld met behulp van G3-materiaal dat oorspronkelijk was verzameld in Kunming, China8. (2) Massale opfok voor het uitzetten in het veld in grote kooien met gastheervruchten (blauwe bessen) voor de cultuur van D. suzukii. De genetische groep die werd gebruikt voor de grootschalige opfok was G1-stam afkomstig uit Tokio, Japan 9,22. Andere schalen van kweekmethoden, zoals het gebruik van flacons of kleine containers voor beide groepen, worden ook kort besproken.
Protocol
Representative Results
Discussion
Langetermijnonderzoek en daaropvolgende veldintroducties van een biologisch bestrijdingsmiddel zijn afhankelijk van de beschikbaarheid van effectieve en economische opfoktechnieken. De beschreven methoden in deze studie hebben bewezen efficiënte protocollen te zijn voor zowel kleinschalige als grootschalige opfok van Ganaspis brasiliensis. Het kleinschalige opfokprotocol is in de loop van meerdere jaren ontwikkeld om de hoeveelheid arbeid te optimaliseren en gespecialiseerde apparatuur te verminderen die nodig …
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs bedanken Lukas Seehausen en Marc Kenis (CABI, Zwitserland) voor het vriendelijk verstrekken van G1 G. brasiliensis. Financiering in Italië werd verstrekt door Provincia Autonoma di Trento, Trento, Italië, en in de VS door het National Institute of Food and Agriculture, USDA Specialty Crops Research Initiative award (# 2020-5118-32140), USDA Animal and Plant Health Inspection Service (Farm Bill, fonds 14-8130-0463) en USDA ARS CRIS-basisfondsen (project 8010-22000-033-00D). De USDA is een aanbieder van gelijke kansen en werkgever en onderschrijft geen producten die in deze publicatie worden genoemd.
Materials
| Active dry yeast | Fleischmanns Yeast, Cincinatti, OH, USA | None | Used to cover fruit to reduce mold growth and enhance the frui attraction to the flies |
| Bacteriological agar | Merk Life Science S.r.l., Milan, Italy | A1296 – 5KG | Used to prepare the Standard Drosophila Medium |
| Bleach solution | Clorox Company, Oakland, CA, USA | None | Used to disinfect flesh fruit |
| Blue stopper | Azer Scientific, Morgantown, PA, USA | ES3837 | Used for sealing the tube while allowing ventilation for insects |
| Blueberries | Grocery Store, Newark, DE, USA | None | Provided as host fruit for the flies (various other fruit can also be used) |
| BugDorm insect rearing cage (W24.5 x D24.5 x H63.0 cm) | Mega View Science Co. Ltd., Taichung, Taiwan | 4E3030 | Used for rearing parasitoids (parasitism cage) |
| BugDorm insect rearing cage (W32.5 x D32.5 x H32.5 cm) | Mega View Science Co. Ltd., Taichung, Taiwan | 4E4590 | Used for rearing flies |
| BugDorm insect rearing cage (W32.5 x D32.5 x H32.5 cm) | Mega View Science Co. Ltd., Taichung, Taiwan | 4E4545 | Used for rearing parasitoids (eclosion cage) |
| Chicken wire (0.64 cm, 19 gauge) | Everbilt, OH, USA | 308231EB | Used to lift up the fruit to allow maximum parasitoid oviposition |
| Cornmeal | Grocery Store, Trento, TN, Italy | None | Used to prepare the Standard Drosophila Medium |
| Dental cotton roll (1 x 3.8 cm) | Gima S.p.A., Gessate, MI, Italy | 35000 | Used for providing water to the parasitoids within the storage container |
| Drosophila diet | Frontier Scientific, Newark, DE, USA | TF1003 | Custom diet used to rear flies |
| Drosophila vial narrow, Polystirene (2.5 x 9.5 cm) | VWR International, LLC., Radnor, PA, US | 75813-160 | Used for providing water to the parasitoids within the cage |
| Drosophila vial plugs, Cellulose acetate (2.5 cm) | VWR International, LLC., Radnor, PA, US | 89168-886 | Used for providing water to the parasitoids within the cage |
| Erlenmeyer flask (250 mL) | Carolina Biological, Burlington, NC, USA | 731029 | Used for rearing flies and parasitoids |
| Falcon-style centrifuge tube (50 mL) | VWR International, LLC., Radnor, PA, US | VWRI525-0611 | Modified to ship adult parasitoids |
| Foam stopper | Jaece Industries, North Tanawanda, NY, USA | L800-C | Used for sealing the flasks while allowing ventilation for insects |
| Honey | Grocery Store, Newark, DE, USA | None | Provided as food for parasitoids |
| Identi-Plug plastic foam stopper | Fisher Scientific Company, L.L.C., Pittsburg, PA, US | 14-127-40E | Used as feeder for parasitoids and to seal the storage container |
| Industrial paper towel | Grocery Store, Newark, DE, USA | None | Provided as a pupation substrate for pupae and mitigated moisture |
| Micron mesh fabric (250 mL) | Industrial Netting, Maple Grove, MN, USA | WN0250-72 | Used to make ventilation lid for insects |
| Nutritional yeast (flakes) | Grocery Store, Trento, TN, Italy | None | Used to prepare the Standard Drosophila Medium |
| Paper coaster (10.2 cm) | Hoffmaster, WI, USA | 35NG26 | Porvided as pupation substrate for flies and parsitized pupae |
| Plastic cup (Ø 13.3 cm, 800 mL) | Berry Superfos, Taastrup, Denmark | Unipak 5134 | Modified to store adult parasitoids |
| Plastic lid (Ø 13.3 cm) | Berry Superfos, Taastrup, Denmark | PP 2830 | Modified to store adult parasitoids |
| Propionic acid | Merk Life Science S.r.l., Milan, Italy | P1386 – 1L | Used to prepare the Standard Drosophila Medium |
| Saccharose | Grocery Store, Trento, TN, Italy | None | Used to prepare the Standard Drosophila Medium |
| Soup cup with lid (475 mL) | StackMan, Vietnam | DC1648 | Used for parasitized larvae to pupate |
| Soybean flour | Grocery Store, Trento, TN, Italy | None | Used to prepare the Standard Drosophila Medium |
| White felt washer (0.64 cm thick, 5 mm ID x 20 mm OD) | Quiklok, Lincoln, NH, US | WFW/.25 x 5 x 20 mm | Used as feeding ring for parasitoids |
Referenzen
- Asplen, M. K., et al. Invasion biology of spotted wing drosophila (Drosophila suzukii): a global perspective and future priorities. Journal of Pest Science. 88 (3), 469-494 (2015).
- Tait, G., et al. Drosophila suzukii (Diptera: Drosophilidae): A decade of research towards a sustainable integrated pest management program. Journal of Economic Entomology. 114 (5), 1950-1974 (2021).
- Kirschbaum, D. S., Funes, C. F., Buonocore-Biancheri, M. J., Suárez, L., Ovruski, S. M., Garcia, F. R. M. The biology and ecology of Drosophila suzukii (Diptera: Drosophilidae). Drosophila suzukii management. , 41-92 (2020).
- Wang, X. G., Lee, J. C., Daane, K. M., Buffington, M. L., Hoelmer, K. A. Biological control of Drosophila suzukii. CAB Reviews. 15, 054 (2020).
- Lee, J. C., et al. Biological control of spotted-wing drosophila (Diptera: Drosophilidae): Current and pending tactics. Journal of Integreated Pest Management. 10 (1), 13 (2019).
- Wang, X. G., Lee, J. C., Daane, K. M., Hoelmer, K. A., Garcia, F. R. M. Biological control of spotted-wing drosophila: An update on promising agents. Drosophilia suzukii management. , 143-167 (2020).
- Daane, K. M., et al. First exploration of parasitoids of Drosophila suzukii in South Korea as potential classical biological agents. Journal of Pest Science. 89 (3), 823-835 (2016).
- Giorgini, M., et al. Exploration for native parasitoids of Drosophila suzukii in China reveals a diversity of parasitoid species and narrow host range of the dominant parasitoid. Journal of Pest Science. 92 (2), 509-522 (2019).
- Girod, P., et al. The parasitoid complex of D. suzukii and other fruit feeding Drosophila species in Asia. Scientific Reports. 8 (1), 11839 (2018).
- Kacsoh, B. Z., Schlenke, T. A. High hemocyte load is associated with increased resistance against parasitoids in Drosophila suzukii, a relative of D. melanogaster. PLoS ONE. 7 (4), 34721 (2012).
- Buffington, M. L., Forshage, M. Redescription of Ganaspis brasiliensis (Ihering, 1905), new combination (Hymenoptera: Figitidae), a natural enemy of the invasive Drosophila suzukii (Matsumura, 1931)(Diptera: Drosophilidae). Procedings of the Entomoogical Society of Washington. 118 (1), 1-13 (2016).
- Biondi, A., et al. Innate olfactory responses of Asobara japonica (Hymenoptera: Braconidae)towards fruits infested by the invasive spotted wing drosophila. Journal of Insect Behavior. 30 (5), 495-506 (2017).
- Biondi, A., Wang, X. G., Daane, K. M. Host preference of three Asian larval parasitoids to closely related Drosophila species: implications for biological control of Drosophila suzukii. Journal of Pest Science. 94 (2), 273-283 (2021).
- Girod, P., Rossignaud, L., Haye, T., Turlings, T. C. J., Kenis, M. Development of Asian parasitoids in larvae of Drosophila suzukii feeding on blueberry and artificial diet. Journal of Applied Entomology. 142 (5), 483-494 (2018).
- Wang, X. G., Nance, A. H., Jones, J. M. L., Hoelmer, K. A., Daane, K. M. Aspects of the biology and reproductive strategy of two Asian larval parasitoids evaluated for classical biological control of Drosophila suzukii. Biological Control. 121, 58-65 (2018).
- Wang, X. G., Biondi, A., Daane, K. M. Functional responses of three candidate Asian larval parasitoids evaluated for classical biological control of Drosophila suzukii. Journal of Economic Entomology. 113 (1), 73-80 (2020).
- Wang, X. G., et al. Assessment of Asobara japonica as a potential biological control agent for the spotted wing drosophila, Drosophila suzukii. Entomologia Generalis. 41, 1-12 (2021).
- Hougardy, E., Hogg, B. N., Wang, X. G., Daane, K. M. Comparison of thermal performances of two Asian larval parasitoids of Drosophila suzukii. Biological Control. 136, 104000 (2019).
- Wang, X. G., Hogg, B. N., Hougardy, E., Nance, A. H., Daane, K. M. Potential competitive outcomes among three solitary larval endoparasitoids as candidate agents for classical biological control of Drosophila suzukii. Biological Control. 130, 18-26 (2019).
- Daane, K. M., Biondi, A., Wang, X. G., Hogg, B. A. Potential host ranges of three Asian larval parasitoids of Drosophila suzukii. Journal of Pest Science. 94 (4), 1171-1182 (2021).
- Girod, P., et al. Host specificity of Asian parasitoids for potential classical biological control of Drosophila suzukii. Journal of Pest Science. 91 (4), 1241-1250 (2018).
- Seehausen, M. L., et al. Evidence for a cryptic parasitoid species reveals its suitability as a biological control agent. Scientific Reports. 10 (1), 19096 (2020).
- Nomano, F. Y., et al. Genetic differentiation of Ganaspis brasiliensis (Hymenoptera: Figitidae) from East and Southeast Asia. Applied Entomology and Zoology. 52 (3), 429-437 (2017).
- Kasuya, N., Mitsui, H., Ideo, S., Watada, M., Kimura, M. T. Ecological, morphological and molecular studies on Ganaspis individuals (Hymenoptera: Figitidae) attacking Drosophila suzukii (Diptera: Drosophilidae). Applied Entomology and Zoology. 48 (1), 87-92 (2013).
- Matsuura, A., Mitsui, H., Kimura, M. T. A preliminary study on distributions and oviposition sites of Drosophila suzukii (Diptera: Drosophilidae) and its parasitoids on wild cherry tree in Tokyo, central Japan. Applied Entomology and Zoology. 53 (1), 47-53 (2018).
- Abram, P. K., et al. New records of Leptopilina, Ganaspis, and Asobara species associated with Drosophila suzukii in North America, including detections of L. japonica and G. brasiliensis. Journal of Hymenoptera Research. 78, 1-17 (2020).
- Puppato, S., Grassi, A., Pedrazzoli, F., De Cristofaro, A., Ioriatti, C. First report of Leptopilina japonica in Europe. Insects. 11 (9), 611 (2020).
- Dalton, D. T., et al. Laboratory survival of Drosophila suzukii under simulated winter conditions of the Pacific Northwest and seasonal field trapping in five primary regions of small and stone fruit production in the United States. Pest Managagement Science. 67 (11), 1368-1374 (2011).
