Advancing the biological control of the cosmopolitan pest Drosophila suzukii with parasitoid wasps

Titelangaben

Häussling, Benedikt J. M.:
Advancing the biological control of the cosmopolitan pest Drosophila suzukii with parasitoid wasps.
Bayreuth , 2024 . - 96 S.
( Dissertation, 2024 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

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Abstract

Biological pest control has gained prominence as an essential component of sustainable food production. Its growing popularity is due to the advantages it offers over commonly used chemical pest control methods, such as reduced biodiversity loss. A pest of global concern is the invasive fruit fly Drosophila suzukii (spotted wing drosophila) as it can severely damage fruit crops. There is, therefore, a strong demand for biological pest control of this particular pest. The pest’s ability to lay eggs in ripe fruit makes biological control a more appealing alternative as growers are reluctant to use insecticides shortly before the harvest due to the risk of chemical residues on the fruit. Another drawback of most available insecticides is that they are non-selective and thus can cause harm to a wide range of non-target organisms, in turn reducing biodiversity in orchards. Overall, there is a need for alternative biological methods. A commonly used and successful approach for biological pest control is to use parasitoids from the native range of the pest or resident parasitoids from the invaded regions to control the pest. Unfortunately, many of these parasitoids are unable to successfully parasitise the invasive pest. This inability is presumably due to a pest’s strong immune response. However, pupal parasitoids indigenous to the invaded areas and larval parasitoids from the native range of D. suzukii’s show potential in managing this pest. To improve the utility of parasitoids for biological pest control of D. suzukii, I chose to study the pupal parasitoid Trichopria drosophilae and the Asian larval parasitoid Asobara japonica. Specifically, I focused on the specificity of the pupal parasitoid for D. suzukii over the common fruit fly, D. melanogaster. This specificity remains consistent even with variations in host pupal size. When the parasitoid is released as a biocontrol method, its specificity for the pest should result in a reduced risk of parasitisation of non-target species in infested crops. Interestingly, contrary to expectations, D. suzukii does not use the fruit as its primary pupation site but instead usually chooses the soil. However, I have found that the ability of T. drosophilae to parasitise in the soil is limited. This lack of soil parasitism can be exploited in the field, as a layer of sandy soil or plastic mulch around fruit plants can disrupt the movement of D. suzukii larvae, thereby increasing their susceptibility to desiccation, and exposing them to additional parasitoid threats. A central aspect of my research focuses on the immunity of the two seasonal phenotypes of D. suzukii, the summer and winter phenotypes. In northern temperate regions, the winter phenotype typically predominates for the majority of the year. Unfortunately, the immune status of this phenotype, as well as its immune response to parasitisation, remains unknown. Given this gap in knowledge, my research primarily investigated the immunity of D. suzukii, examining differences in immune responses between the two phenotypes across their various life stages. The study of the pest’s immunity showed variations between its winter and summer phenotypes throughout its life stages. However, the efficiency of the parasitoids remains virtually unaffected, despite the different levels of immunity observed in the two phenotypes. A different result was obtained when examining the pupal stage, where the pupal parasitoid T. drosophilae was found to have an increased parasitisation success rate on pupae of winter phenotype of D. suzukii. This difference highlights that a favourable time to release the pupal parasitoid is in early spring, when the winter phenotype is still most prevalent in the northern temperate regions. This dissertation provides a comprehensive strategy to improve the biological control of D. suzukii using parasitoids, particularly T. drosophilae. By merging insights into parasitoid preferences and immunity mechanisms, along with considering the seasonal variations and parasitisation of the pest in different soil types, I could formulate a more cohesive and effective approach to improving biological pest control efforts.

Abstract in weiterer Sprache

Die biologische Schädlingsbekämpfung gewinnt als wichtiges Element einer nachhaltigen Lebensmittelproduktion zunehmend an Bedeutung. Ihre wachsende Beliebtheit ist auf die Vorteile zurückzuführen, die sie im Vergleich zum herkömmlichen chemischen Pflanzenschutz bietet, wie etwa der geringere Verlust an biologischer Vielfalt. Ein weltweit bedeutsamer Schädling ist die invasive Fruchtfliege Drosophila suzukii (Kirschessigfliege), die reifende Früchte massiv schädigen kann. Aus diesem Grund besteht eine hohe Nachfrage nach biologischer Schädlingsbekämpfung. Die Fähigkeit des Schädlings, seine Eier in reifende Früchten abzulegen, macht die biologische Schädlingsbekämpfung zu einer attraktiven Alternative, da Landwirte den Einsatz von Insektiziden kurz vor der Ernte aufgrund des Risikos von möglichen Rückständen auf den Früchten vermeiden wollen. Ein weiterer Nachteil vieler verfügbarer Insektizide besteht darin, dass sie nicht selektiv wirken und somit eine Vielzahl von Nichtzielorganismen beeinträchtigen können. Das wiederum kann zur Verringerung der Artenvielfalt führen, z.B. in Obstplantagen. Insgesamt besteht also dringender Bedarf an biologischen Methoden zur Schädlingsbekämpfung. Ein erfolgversprechender und häufiger Ansatz zur biologischen Schädlingsbekämpfung ist der Einsatz von Parasitoiden aus dem natürlichen Verbreitungsgebiet des Schädlings oder von einheimischen Parasitoiden im invasiven Verbreitungsgebiet. Allerdings sind viele dieser Parasitoiden nicht in der Lage, den invasiven Schädling wirksam zu parasitieren, vermutlich aufgrund seiner starken Immunreaktion. Einheimische Puppenparasitoide aus dem invasiven Verbreitungsgebiet und Larvenparasitoide aus dem heimischen Verbreitungsgebiet von D. suzukii zeigen jedoch Potenzial zur Bekämpfung dieses Schädlings. Um den Nutzen von Parasitoiden in der biologischen Schädlingsbekämpfung zu optimieren, wurden der Puppenparasitoid Trichopria drosophilae und der asiatische Larvenparasitoid Asobara japonica untersucht. Insbesondere wurde die Spezifität des Puppenparasitoids für D. suzukii im Vergleich zur weit verbreiteten Fruchtfliege D. melanogaster untersucht. Es wurde festgestellt, dass eine klare Präferenz für D. suzukii besteht, welche auch bei der Variation der Größe der Wirtspuppen erhalten bleibt. Interessanterweise nutzt D. suzukii entgegen der Erwartung die Frucht nicht als primären Verpuppungsort, sondern wählt stattdessen meistens den Boden aus. Die Ergebnisse diese Dissertation zeigen jedoch, dass die Fähigkeiten von T. drosophilae, im Boden zu parasitieren, sehr beschränkt sind. Das Wissen um diese Einschränkung kann jedoch in der Praxis genutzt werden, indem eine Schicht aus Sandboden oder Mulchfolie um die Pflanze gelegt wird. Dadurch wird die Fortbewegung der Larven von D. suzukii gestört, wodurch sie anfälliger für Austrocknung werden und zusätzlichen Parasitoiden ausgesetzt sind. Ein zentraler Aspekt dieser Forschungsarbeit konzentriert sich auf die Immunität der beiden saisonalen Phänotypen von D. suzukii, nämlich des Sommer- und des Winterphänotyps. In den nördlichen gemäßigten Breiten dominiert üblicherweise, die meiste Zeit des Jahres, der Winterphänotyp. Allerdings ist der Immunstatus dieses Phänotyps und seine Immunantwort auf die Parasitierung nach wie vor unbekannt. Angesichts dieser Wissenslücke wurde in dieser Forschungsarbeit vor allem die Immunität von D. suzukii untersucht, indem die Unterschiede in den Immunreaktionen der beiden Phänotypen in den verschiedenen Entwicklungsstadien der Fliege untersucht wurden. Diese Studie über die Immunität des Schädlings zeigt, dass es in allen Entwicklungsstadien Unterschiede zwischen den Winter- und Sommerphänotypen gibt. Der Parasitierungserfolg der Parasitoiden bleibt jedoch trotz der unterschiedlichen Immunität der beiden Phänotypen nahezu unverändert. Ein anderes Ergebnis ergab sich aus der Untersuchung der Parasitierung von Puppen durch den Puppenparasitoid T. drosophilae. Dieser Parasitoid hatte eine höhere Erfolgsrate bei der Parasitierung von Puppen des Winterphänotyps von D. suzukii. Dies zeigt, dass ein günstiger Zeitpunkt für die Freisetzung des Puppenparasitoide das zeitige Frühjahr ist, wenn der Winterphänotyp in den nördlichen gemäßigten Regionen noch am weitesten verbreitet ist. Zusammenfassend präsentiert diese Dissertation eine umfassende Strategie zur Verbesserung der biologischen Bekämpfung von D. suzukii mithilfe von Parasitoiden, insbesondere T. drosophilae. Durch die Verknüpfung von Erkenntnissen über die Präferenzen und Immunitätsmechanismen der Parasitoiden sowie der Berücksichtigung der saisonalen Variationen der Phänotypen und der Parasitierung des Schädlings in verschiedenen Bodentypen wurde ein kohärenter und wirksamer Ansatz zur Verbesserung der biologischen Schädlingsbekämpfung formuliert.