Metoder for oppdrett av parasitoid ganaspis brasiliensis, et lovende biologisk kontrollmiddel for invasiv Drosophila suzukii
Summary
Ganaspis brasiliensis – en larve parasitoid av Drosophila suzukii (en global invasiv fruktavling) – har blitt godkjent eller vurderes for innføring i Europa og USA for biologisk kontroll av dette. Denne artikkelen gir protokoller for både småskala og storskala oppdrett av denne parasitoide.
Abstract
Native til Øst-Asia, har spotted-wing drosophila, Drosophila suzukii (Matsumura) (Diptera: Drosophilidae), etablert seg mye i Amerika, Europa og deler av Afrika i løpet av det siste tiåret, og blitt et ødeleggende av ulike mykhudede frukter i sine invaderte regioner. Biologisk bekjempelse, spesielt ved hjelp av selvopprettholdende og spesialiserte parasitoider, forventes å være et levedyktig alternativ for bærekraftig arealomfattende forvaltning av dette svært mobile og polyfage. Ganaspis brasiliensis Ihering (Hymenoptera: Figitidae) er en larveparasitoid som er utbredt i Øst-Asia, og har vist seg å være en av de mest effektive parasitoider av D. suzukii.
Etter grundige pre-introduksjonsevalueringer av dens effekt og potensielle ikke-målrisikoer, har en av de mer vertsspesifikke genetiske gruppene av denne arten (G1 G. brasiliensis) nylig blitt godkjent for introduksjon og feltutgivelse i USA og Italia. En annen genetisk gruppe (G3 G. brasiliensis), som også ofte ble funnet å angripe D. suzukii i Øst-Asia, kan vurderes for introduksjon i nær fremtid. Det er for tiden enorm interesse for oppdrett av G. brasiliensis for forskning eller i masseproduksjon for feltutløsning mot D. suzukii. Denne protokollen og tilhørende videoartikkel beskriver effektive oppdrettsmetoder for denne parasitoide, både i liten skala for forskning og i stor skala for masseproduksjon og feltutgivelse. Disse metodene kan være til nytte for videre langsiktig forskning og bruk av denne asiatisk-innfødte parasitoide som et lovende biologisk kontrollmiddel for dette globale invasive.
Introduction
Native til Øst-Asia, den flekkete vinge drosophila, Drosophila suzukii (Matsumura) (Diptera: Drosophilidae), har etablert seg mye i Amerika, Europa og deler av Afrika 1,2. Fluen er ekstremt polyfag, og er i stand til å utnytte ulike dyrkede og ville frukter med myke og tynne skinn i sine opprinnelige og invaderte regioner 1,2,3. Nåværende styringsstrategier for dette er sterkt avhengig av hyppig bruk av insektmidler som retter seg mot voksne fluer i avlinger når mottakelig frukt modnes. Gjentatte sprøyter brukes ofte, muligens på grunn av konsekvent spillover av reservoarfluepopulasjoner fra ikke-avlingshabitater og mangel på effektive naturlige fiender bosatt i de invaderte regionene 1,4. Biologisk bekjempelse, spesielt ved hjelp av selvopprettholdende spesialiserte parasitoider, kan bidra til å undertrykke fluepopulasjoner på landskapsnivå og spille en kritisk rolle for bærekraftig arealomfattende forvaltning av dette svært mobile og polyfage 4,5,6.
I løpet av det siste tiåret har forskere fokusert innsats for å oppdage co-utviklede parasitoider av Drosophila suzukii i fluens opprinnelige områder i Øst-Asia 7,8,9, samt effektive, men nylig assosierte parasitoider i fluens invaderte regioner i Amerika og Europa 4,5,6. I fluens nylig invaderte regioner er vanlig forekommende larve Drosophila parasitoider, som Asobara c.f. tabida (Nees) (Hymenoptera: Braconidae), Leptopilina boulardi (Barbotin et al.), og L. heterotoma (Thompson) (Hymenoptera: Figitidae), ikke i stand til å utvikle seg fra eller har lave parasittnivåer på D. suzukii på grunn av fluens sterke immunresistens10. Bare noen kosmopolitiske og generalistiske puppeparasitoider som Pachycrepoideus vindemiae (Rondani) (Hymenoptera: Pteromalidae) og Trichopria drosophilae (Perkins) (Hymenoptera: Diapriidae) i Nord-Amerika og Europa, og Trichopria anastrephae Lima i Sør-Amerika kan lett utvikle seg fra denne fluen4. I motsetning til dette har undersøkelser i Øst-Asia oppdaget en rekke larveparasitoider fra D. suzukii 4,5,6. Blant dem er Asobara japonica Belokobylskij, Ganaspis brasiliensis Ihering og Leptopilina japonica Novković &Kimura de dominerende larveparasitoider 7,8,9,11. Spesielt var de to figitidene (L. japonica og G. brasiliensis) de store parasitoider som hovedsakelig finnes i frisk frukt infisert av D. suzukii og/eller andre nært beslektede drosofilider i naturlig vegetasjon 7,8,9. Disse tre asiatiske larveparasittoidene ble importert til karanteneanlegg i USA og Europa, og evaluert for deres relative effektivitet 12,13,14,15,16,17, klimatilpasningsevne 18, potensielle interspesifikke konkurranseinteraksjoner19, og viktigst av alt, vertsspesifisitet 8,20,21 ,22.
Karanteneevalueringer viste at Ganaspis brasiliensis var mer vertsspesifikk for Drosophila suzukii enn andre testede asiatiske larveparasitoider, selv om den sannsynligvis består av forskjellige biotyper eller kryptiske arter med varierende vertsspesifisitet 8,21,22,23,24. Nomano et al.22 grupperte Ganaspis-individer fra forskjellige geografiske regioner i fem genetiske grupper (kalt G1-G5) basert på molekylære analyser av mitokondrielle cytokromoksidase I-genfragmentet. G2- og G4-gruppene rapporteres bare fra noen få tropiske steder i Sør-Asia, og G5-gruppen ble rapportert fra Asia og andre regioner (f.eks. Argentina, Brasil, Hawaii og Mexico) fra ukjente verter (Buffington, personlig observasjon). Feltsamlinger av vill frukt infisert av D. suzukii i Sør-Korea7, Kina8 og Japan 9,23,25 fant G1 alene eller en blanding av prøver som representerer gruppe G1 og G3. De to gruppene ser ut til å være sympatriske og sameksistere på de samme vertsplantene bebodd av D. suzukii og andre nært beslektede vertsfluer. Ikke desto mindre er det observert noen forskjeller mellom de to gruppene, med G1 som tilsynelatende har en høyere grad av verts- eller vertshabitat-spesifisitet til D. suzukii enn G3, selv om de begge angriper en rekke nært beslektede arter i karantenetestene21,22. Ytterligere detaljerte molekylære analyser kan bidra til å bestemme artens status, spesielt for G1- og G3-gruppene. Denne studien omtaler dem som G1 G. brasiliensis og G3 G. brasiliensis. Noen tidlige studier kalte også G1 G. brasiliensis som G. jf. brasiliensis 14,21,22. G1 G. brasiliensis er nylig godkjent for feltutgivelse mot D. suzukii i USA og Italia (flere andre europeiske land vurderer også å innføre den), mens G3 G. brasiliensis kan bli vurdert for feltutgivelse i nær fremtid. Nylige undersøkelser fant også adventive populasjoner av både L. japonica og G1 G. brasiliensis i British Columbia, Canada26 og Washington State, USA (Beers et al., upubliserte data) og adventive L. japonica-populasjoner i Trento-provinsen, Italia27.
Gitt den betydelige interessen for utvikling av biologiske kontrollprogrammer for Drosophila suzukii-ledelse og det betydelige biologiske kontrollpotensialet for adventive og bevisste introduksjoner av Ganaspis brasiliensis, er det behov for å utvikle effektive oppdrettsmetoder for denne larven parasitoid for fremtidig langsiktig forskning og / eller feltutgivelse. Denne protokollen og tilhørende videoartikkel beskriver to sett med oppdrettsmetoder for denne parasitoide: (1) småskala laboratorieoppdrett i flasker ved hjelp av en blanding av vertsfrukt (blåbær) og kunstig diett for kulturen til D. suzukii. Metodene ble utviklet ved hjelp av G3-materiale opprinnelig samlet inn fra Kunming, Kina8. (2) Masseoppdrett for feltutløsning i store bur ved bruk av vertsfrukt (blåbær) for kulturen til D. suzukii. Den genetiske gruppen som ble brukt til storskala oppdrett var G1-bestanden med opprinnelse i Tokyo, Japan 9,22. Andre skalaer av oppdrettsmetoder, for eksempel bruk av hetteglass eller små beholdere for begge grupper, diskuteres også kort.
Protocol
Representative Results
Discussion
Langsiktig forskning og påfølgende feltutgivelser av et biologisk kontrollmiddel avhenger av tilgjengeligheten av effektive og økonomiske oppdrettsteknikker. De beskrevne metodene i denne studien har vist seg å være effektive protokoller for både småskala og storskala oppdrett av Ganaspis brasiliensis. Den småskala oppdrettsprotokollen er utviklet over flere år for å optimalisere mengden arbeidskraft og redusere spesialisert utstyr som trengs for å opprettholde parasitoide og vertskolonier samtidig. D…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Lukas Seehausen og Marc Kenis (CABI, Sveits) for vennlig å gi G1 G. brasiliensis. Finansiering i Italia ble gitt av Provincia Autonoma di Trento, Trento, Italia, og i USA av National Institute of Food and Agriculture, USDA Specialty Crops Research Initiative Award (# 2020-5118-32140), USDA Animal and Plant Health Inspection Service (Farm Bill, fond 14-8130-0463) og USDA ARS CRIS basisfond (prosjekt 8010-22000-033-00D). USDA er en likeverdig leverandør og arbeidsgiver og støtter ikke produkter som er nevnt i denne publikasjonen.
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 |
References
- 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).
