Effects of thermoregulation on the control of Mediterranean or Moroccan locust Dociostaurus maroccanus (Thunberg) (Orthoptera: Acrididae) outbreaks by entomopathogenic ascomycetes

Autor: Valverde García, Pablo
Přispěvatelé: Quesada-Moraga, Enrique
Rok vydání: 2019
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Zdroj: Helvia. Repositorio Institucional de la Universidad de Córdoba
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Popis: El control preventivo de la langosta marroquí o mediterránea Dociostaurus maroccanus (Thunberg) (Orthoptera: Acrididae) ha evolucionado en los últimos 70 años desde el uso de insecticidas químicos de amplio espectro, hacia medidas más adaptadas a los criterios de la agricultura sostenible. Entre estas medidas, destaca el control microbiano por medio de ascomicetos mitospóricos entomopatógenos (AMEs). Los AMEs presentan ventajas tanto por su modo de acción por contacto, como por su presencia natural en las poblaciones de acrídidos. La cepa EABb 90/2-Dm de Beauveria bassiana, obtenida a partir de poblaciones de D. maroccanus de La Serena (Badajoz) y la cepa IMI 330189 de Metarhizium acridum, han mostrado eficacia para el control de la langosta mediterránea o marroquí en condiciones de laboratorio y campo. Sin embargo, el estudio de la adaptación ambiental de estas dos cepas para expresar su máxima virulencia en las condiciones de temperatura prevalentes en las áreas de reserva, así como su relación con la condición ectotérmica de estos acrídidos -expresada en su capacidad para termorregular, e incluso la existencia de fiebre comportamental- se ha convertido en el principal objetivo de esta Tesis Doctoral. En el Capítulo II, experimentos in vitro para evaluar la germinación de los conidios y el crecimiento fúngico, en condiciones de temperaturas constantes y fluctuantes (simulando condiciones de termorregulación), indicaron que la cepa IMI 330189 tuvo mejor adaptación a temperaturas por encima de 27 °C y la cepa EABb 90/2-Dm estuvo mejor adaptada a temperaturas en el rango 10–25 °C. Estos efectos fueron análogos a los obtenidos in vivo, donde la termorregulación de los insectos causó una importante pérdida de virulencia de la cepa EABb 90/2-Dm, frente a la obtenida en condiciones de no termorregulación [dosis: 1 × 104 conidios por insecto; el tiempo medio de supervivencia (TMS) aumentó 2.6 veces; la mortalidad se redujo 23.6%], pero solo una moderada reducción de la virulencia de la cepa IMI 330189 [dosis: 1 × 104 conidios por insecto; el tiempo medio de supervivencia (TMS) aumentó 1.8 veces; no hubo reducción de la mortalidad]. Los experimentos en gradiente de temperatura revelaron la inducción de fiebre comportamental en D. maroccanus causada por la cepa IMI 330189 de M. acridum, con una preferencia por temperaturas aproximadamente 4 °C superior en los insectos tratados en comparación a los insectos del testigo, aunque solo causó una ligera reducción de la virulencia. La cepa EABb 90/2-Dm de B. bassiana no indujo dicha repuesta comportamental de manera significativa. Debido a la termorregulación comportamental de D. maroccanus, se ha propuesto la co-formulación de cepas para optar por un solape de actividad en un rango mayor de condiciones de temperatura. La compatibilidad de las dos cepas seleccionadas en esta Tesis Doctoral (EABb 90/2-Dm e IMI 330189) en tratamientos conjuntos y su repercusión sobre el proceso infectivo en condiciones de termorregulación se han abordado en los Capítulos III y IV de la misma. En el Capítulo III, los resultados de las infecciones mixtas con la cepa IMI 330189 de M. acridum y dos cepas autóctonas de B. bassiana -aisladas de ortópteros del área de reserva de La Serena (Badajoz)- en el hospedante modelo Schistocerca gregaria, ponen de manifiesto que la eficacia insecticida de un patógeno virulento puede verse modificada por la interacción con otros patógenos, incluso aunque estos sean avirulentos, dependiendo de las condiciones ambientales, especialmente temperatura ambiental y termorregulación, y del orden de infección. Estas interacciones podrían contribuir a una variabilidad inesperada en la eficacia de un agente de control, dependiendo de la naturaleza de la comunidad microbiana autóctona de la zona. En el Capítulo IV, se ha evaluado el efecto de la infecciones individuales y mixtas con las cepas EABb 90/2-Dm de B. bassiana y IMI 330189 de M. acridum sobre la supervivencia, alimentación y fecundidad de D. maroccanus en condiciones de termorregulación. Las langostas fueron tratadas con dosis reducidas de ambas cepas individualmente y en mezcla (dosis totales para las cepas individuales y su mezcla: 1×102 y 1×103 conidios por insecto). Aunque las condiciones de temperatura (termorregulación, no termorregulación) tuvieron un efecto significativo en los resultados del experimento, la interacción entre ambas cepas fue aditiva para los efectos letales. Además, se detectaron efectos subletales como un 32–51% de reducción de la alimentación per capita, un 21-53% de reducción en el número de ootecas por hembra y una reducción del 30-65% en el número de huevos fértiles por hembra. La fecundidad (número de ootecas por hembra) y la alimentación per capita estuvieron positivamente correlacionadas (r = 0.783) Los resultados de esta Tesis Doctoral ponen de manifiesto que, aunque la cepa IMI 330189 de M. acridum se adapta mejor a las altas temperaturas durante la termorregulación comportamental, su co-formulación con la cepa EABb 90/2-Dm de B. bassiana podría permitir un solape de actividad de acuerdo a las condiciones de temperatura existentes. Los efectos subletales (alimentación y reproducción) deben ser considerados y añadidos a la mortalidad de los insectos para la evaluación del efecto global de los tratamientos fúngicos. En las áreas de reserva de la Península Ibérica, donde la temperatura muestra gran variación durante el día en los meses de primavera y verano, con el uso de esta co-formulación, la cepa de M. acridum proporcionaría un mejor control a las horas del día con temperaturas más altas (por encima de 27 °C) y B. bassiana sería más efectivo en las horas más templadas (10-25 °C). No obstante, estudios adicionales, incluyendo aplicaciones en campo, son necesarios para evaluar el impacto ecológico de esta combinación de cepas en las áreas de reserva de D. maroccanus. The preventive control of the Moroccan or Mediterranean locust Dociostaurus maroccanus (Thunberg) (Orthoptera: Acrididae) has evolved in the last 70 years from the use of broad-spectrum insecticides to other measures better adapted to sustainable agriculture. Among those measures, the use of microbial control with entomopathogenic mitosporic ascomycetes (EMAs) can be highlighted. EMAs have the advantage of their contact mode of action and natural occurrence in acridids populations. Strain Beauveria bassiana EABb 90/2-Dm, isolated from Mediterranean locust populations in La Serena (Badajoz), and strain Metarhizium acridum IMI 330189 have proven acceptable efficacy against the Moroccan or Mediterranean locust in laboratory bioassays and field applications. However, the assessment of the environmental fitness of these two strains to express their maximum virulence in the temperature conditions of the breeding areas and their interaction with the ectothermic condition of these acridids -expressed through thermoregulation and behavioral fever- has been the main objective of this Doctoral Thesis. In Chapter II, in vitro experiments measuring conidial germination and hyphal growth either at constant or at fluctuating temperatures simulating thermoregulatory conditions, indicated that strain IMI 330189 had greater fitness at temperatures above 27 °C and the strain EABb 90/2-Dm was better adapted to the temperature range of 10–25 °C. These effects were mirrored in vivo, where locust thermoregulation caused a marked reduction in the virulence of EABb 90/2-Dm in comparison to no thermoregulation conditions [dose: 1 × 104 spores per insect; average survival time (AST) increased 2.6 times; mortality decreased 23.6%], but only a moderate reduction in the virulence of IMI 330189 [dose: 1 × 104 spores per insect; AST increased 1.8 times; no reduction in mortality). Thermal gradient experiments revealed that the strain IMI 330189 induced behavioral fever in D. maroccanus, with preferred temperatures approximately 4 °C above the uninfected control, although it only led to a slight reduction in virulence. Strain EABb 90/2-Dm did not induce such a clear behavioral response. Due to the behavioral thermoregulation of D. maroccanus, the use of a co-formulation of strains to effectively overlap their activity in a broader range of temperature conditions has been proposed. The compatibility of the two selected strains in this Doctoral Thesis (EABb 90/2-Dm and IMI 330189) and their effect on the infection process in thermoregulatory conditions have been studied in Chapters III and IV. In Chapter III, the results of mixed infections with the strain M. acridum and two indigenous strains of B. bassiana -isolated from orthopterans in the breeding area of La Serena (Badajoz)- using Schistocerca gregaria as model host, showed that the insecticidal activity of a virulent pathogen can be altered by the interaction with other pathogens, even if they are avirulent, due to the environmental conditions (i.e. ambient temperature and thermoregulation) and the order of infection. These interactions could contribute to an unexpected variability of the efficacy of a control agent, depending on the nature of the resident microbial community. In Chapter IV, the effects of single and mixed infections with B. bassiana (EABb 90/2-Dm) and Metarhizium acridum (IMI 330189) strains on survival, feeding and reproduction of thermoregulating D. maroccanus were evaluated. The locusts were treated with low doses of both fungal pathogens alone and in mixture (total doses for single treatments and combinations =1×102 and 1×103 spores per insect). Although the temperature conditions (thermoregulation, no thermoregulation) had a significant effect on the results of the experiment, the interaction between both strains was additive for the lethal effects. Also, sublethal effects were detected, with a 32-51% in the reduction of per capita feeding, 21-53% reduction in the number of egg-pods per female, and 30-65% reduction in the number of fertile eggs per female. Locust fecundity (egg-pods per female) and per capita feeding were positively correlated (r = 0.783). The results of this Doctoral Thesis indicated that although the strain M. acridum IMI 330189 was better adapted to the high temperatures of locust behavioral thermoregulation, its co-formulation with the strain B. bassiana EABb 90/2-Dm would allow for an overlap in their performance according to the temperature conditions. The sublethal effects (feeding and reproduction) should also be considered and added to the insect mortality when evaluating the global effect of the fungal treatments. In the breeding areas of the Iberian Peninsula, where temperature shows large within-day variation during spring-summer, with the use of this co-formulation, the M. acridum strain would provide a better control at the time of the day with higher temperatures (above 27 °C) and B. bassiana strain would be more effective in the more temperate conditions (10-25 °C). Nonetheless, further studies involving field applications are required to evaluate the ecological impact of this strain combination in the breeding areas of D. maroccanus.
Databáze: OpenAIRE
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