Методы выращивания паразитоида Ganaspis brasiliensis, перспективного агента биологического контроля для инвазивной Drosophila suzukii
Summary
Ganaspis brasiliensis – личиночный паразитоид Drosophila suzukii (глобальный инвазивный вредитель плодовых культур) – был одобрен или рассматривается для интродукции в Европу и Соединенные Штаты для биологического контроля этого вредителя. В этой статье представлены протоколы как мелкомасштабного, так и крупномасштабного выращивания этого паразитоида.
Abstract
Родом из Восточной Азии, пятнистая дрозофила, Drosophila suzukii (Matsumura) (Diptera: Drosophilidae), широко распространилась в Северной и Южной Америке, Европе и некоторых частях Африки за последнее десятилетие, став разрушительным вредителем различных мягкокожих фруктов в своих захваченных регионах. Ожидается, что биологический контроль, особенно с помощью самовоспроизводящихся и специализированных паразитоидов, станет жизнеспособным вариантом устойчивого управления этим высокомобильным и полифаговым вредителем в масштабах всего района. Ganaspis brasiliensis Ihering (Hymenoptera: Figitidae) является личиночным паразитоидом, который широко распространен в Восточной Азии и, как было установлено, является одним из самых эффективных паразитоидов D. suzukii.
После тщательной предварительной оценки его эффективности и потенциальных нецелевых рисков одна из наиболее специфических для хозяина генетических групп этого вида (G1 G. brasiliensis) была недавно одобрена для интродукции и выпуска в полевые условия в Соединенных Штатах и Италии. Другая генетическая группа (G3 G. brasiliensis), которая также обычно подвергалась нападению на D. suzukii в Восточной Азии, может быть рассмотрена для внедрения в ближайшем будущем. В настоящее время существует огромный интерес к выращиванию G. brasiliensis для исследований или в массовом производстве для полевого выпуска против D. suzukii. Этот протокол и связанная с ним видеостатья описывают эффективные методы выращивания этого паразитоида, как в небольшом масштабе для исследований, так и в больших масштабах для массового производства и выпуска в полевые условия. Эти методы могут принести пользу дальнейшим долгосрочным исследованиям и использованию этого паразитоида азиатского происхождения в качестве перспективного агента биологического контроля над этим глобальным инвазивным вредителем.
Introduction
Родом из Восточной Азии, пятнистая дрозофила, Drosophila suzukii (Matsumura) (Diptera: Drosophilidae), широко распространилась в Северной и Южной Америке, Европе и некоторых частях Африки 1,2. Муха чрезвычайно полифаговая, будучи способной использовать различные культурные и дикие плоды с мягкой и тонкой кожурой в своих родных и захваченных регионах 1,2,3. Современные стратегии борьбы с этим вредителем в значительной степени зависят от частого использования инсектицидов, которые нацелены на взрослых мух на полях сельскохозяйственных культур, когда созревают восприимчивые плоды. Часто используются повторные опрыскивания, возможно, из-за постоянного распространения популяций резервуарных мух из некультурных мест обитания и отсутствия эффективных естественных врагов, обитающих в захваченных регионах 1,4. Биологический контроль, особенно с помощью самовоспроизводящихся специализированных паразитоидов, может помочь подавить популяции мух на ландшафтном уровне и сыграть решающую роль в устойчивом управлении этим высокомобильным и полифаговым вредителем 4,5,6 в масштабах всего района.
За последнее десятилетие исследователи сосредоточили усилия на обнаружении совместно эволюционировавших паразитоидов Drosophila suzukii в родных ареалах мухи в Восточной Азии 7,8,9, а также эффективных, но недавно ассоциированных паразитоидов в захваченных регионах мухи в Северной и Южной Америке и Европе 4,5,6. В недавно захваченных регионах мухи обычно встречающиеся личинки Drosophila parasitoids, такие как Asobara c.f. tabida (Nees) (Hymenoptera: Braconidae), Leptopilina boulardi (Barbotin et al.) и L. heterotoma (Thompson) (Hymenoptera: Figitidae), не могут развиваться или иметь низкий уровень паразитизма на D. suzukii из-за сильного иммунного сопротивления мухи10. Только некоторые космополитические и универсальные паразитоиды куколки, такие как Pachycrepoideus vindemiae (Rondani) (Hymenoptera: Pteromalidae) и Trichopria drosophilae (Perkins) (Hymenoptera: Diapriidae) в Северной Америке и Европе, и Trichopria anastrephae Lima в Южной Америке, могут легко развиться из этой мухи4. Напротив, исследования в Восточной Азии обнаружили ряд личиночных паразитоидов от D. suzukii 4,5,6. Среди них Asobara japonica Belokobylskij, Ganaspis brasiliensis Ihering и Leptopilina japonica Novković & Kimura являются доминирующими личиночными паразитоидами 7,8,9,11. В частности, две фигитиды (L. japonica и G. brasiliensis) были основными паразитоидами, преимущественно встречающимися в свежих фруктах, зараженных D. suzukii и/или другими близкородственными дрозофилидами в естественной растительности 7,8,9. Эти три азиатских личиночных паразитоида были импортированы в карантинные учреждения в США и Европе и оценены по их относительной эффективности 12,13,14,15,16,17, климатической адаптивности 18, потенциальным межвидовым конкурентным взаимодействиям19 и, самое главное, специфичности хозяина 8,20,21 ,22.
Карантинные оценки показали, что Ganaspis brasiliensis был более специфичным для хозяина Drosophila suzukii, чем другие протестированные азиатские личиночные паразитоиды, хотя он, вероятно, состоит из разных биотипов или загадочных видов с различной специфичностью хозяина 8,21,22,23,24. Nomano et al.22 сгруппировали людей Ganaspis из разных географических регионов в пять генетических групп (названных G1-G5) на основе молекулярного анализа фрагмента гена митохондриальной цитохромоксидазы I. Группы G2 и G4 зарегистрированы только в нескольких тропических местах Южной Азии, а группа G5 была зарегистрирована из Азии и других регионов (например, Аргентины, Бразилии, Гавайев и Мексики) от неизвестного хозяина (Buffington, личное наблюдение). Полевые коллекции диких фруктов, зараженных D. suzukii в Южной Корее7, Китае8 и Японии 9,23,25 обнаружили G1 отдельно или смесь образцов, представляющих группы G1 и G3. Эти две группы, по-видимому, симпатричны и сосуществуют на одних и тех же растениях-хозяевах, населенных D. suzukii и другими близкородственными мухами-хозяевами. Тем не менее, между двумя группами наблюдались некоторые различия, причем G1, по-видимому, имеет более высокую степень специфичности хозяина или среды обитания для D. suzukii, чем G3, хотя они оба атакуют ряд близкородственных видов в карантинных тестах21,22. Дальнейший подробный молекулярный анализ может помочь определить видовой статус, особенно для групп G1 и G3. Это исследование называет их G1 G. brasiliensis и G3 G. brasiliensis. Некоторые ранние исследования также называли G1 G. brasiliensis как G. ср. brasiliensis 14,21,22. G1 G. brasiliensis недавно был одобрен для полевого выпуска против D. suzukii в США и Италии (несколько других европейских стран также в настоящее время рассматривают возможность его введения), в то время как G3 G. brasiliensis может быть рассмотрен для полевого выпуска в ближайшем будущем. Недавние опросы также обнаружили адвентивные популяции как L. japonica, так и G1 G. brasiliensis в Британской Колумбии, Канаде26 и штате Вашингтон, США (Beers et al., неопубликованные данные), и адвентивные популяции L. japonica в провинции Тренто, Италия27.
Учитывая значительный интерес к разработке программ биологического контроля для лечения Drosophila suzukii и значительный потенциал биологического контроля адвентивных и преднамеренных интродукций Ganaspis brasiliensis, существует необходимость в разработке эффективных методов выращивания этого паразитоида личинок для будущих долгосрочных исследований и / или полевого высвобождения. Этот протокол и связанная с ним видеостатья описывают два набора методов выращивания этого паразитоида: (1) мелкомасштабное лабораторное выращивание в колбах с использованием смеси плодов хозяина (черники) и искусственная диета для культуры D. suzukii. Методы были разработаны с использованием материала G3, первоначально собранного из Куньмина, Китай8. (2) Массовое выращивание для выпуска в поле в больших клетках с использованием плодов хозяина (черники) для культуры D. suzukii. Генетической группой, используемой для крупномасштабного выращивания, был стад G1, происходящий из Токио, Япония 9,22. Другие масштабы методов выращивания, такие как использование флаконов или небольших контейнеров для обеих групп, также кратко обсуждаются.
Protocol
Representative Results
Discussion
Долгосрочные исследования и последующие полевые выбросы агента биологического контроля зависят от наличия эффективных и экономичных методов выращивания. Описанные методы в этом исследовании оказались эффективными протоколами как для мелкомасштабного, так и для крупномасштабного в…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят Лукаса Зеехаузена и Марка Кениса (CABI, Швейцария) за любезное предоставление G1 G. brasiliensis. Финансирование в Италии было предоставлено Provincia Autonoma di Trento, Тренто, Италия, и в США Национальным институтом продовольствия и сельского хозяйства, премией USDA Specialty Crops Research Initiative (#2020-5118-32140), Службой инспекции здоровья животных и растений Министерства сельского хозяйства США (Farm Bill, фонд 14-8130-0463) и базовыми фондами USDA ARS CRIS (проект 8010-22000-033-00D). Министерство сельского хозяйства США является поставщиком равных возможностей и работодателем и не одобряет продукты, упомянутые в этой публикации.
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).
