Development of new tools for an agroecological management of spotted wing drosophila, Drosophila suzukii

Invasive alien species are animal or plant species that are very often unintentionally introduced into non-native ecosystems, with negative impact for the environment and human activities. Drosophila suzukii Matsumura (Diptera: Drosophilidae), also known as Spotted Wing Drosophila, is an invasive alien species native to East Asia, which has widely established in Americas and Europe, where it has become a serious pest of fruit crops, causing considerable economic losses. In Trentino Province the first oviposition on crop hosts was reported in 2009. The rapid worldwide spread is attributed to peculiar features of D. suzukii, such as the serrated ovipositor that allows it to oviposit into healthy ripening fruits, broad host plants range, high fecundity potential and tolerance of wide climatic conditions. Current approaches for controlling D. suzukii rely primarily on integrated pest management strategies, including chemical control, insect-proof netting, mass trapping and cultural practices, such as canopy pruning, drip irrigation, and field sanitation. Similarly to other invasive pest, D. suzukii lacks of an effective suppression by natural enemies in the recently invaded areas, enabling it to reproduce quickly and spread unlimitedly, increasing pest pressure on cropping systems. Augmentative and classical biological control are still under investigation as promising candidates for limiting D. suzukii seasonal outbreaks and related damage on crops. However, despite the remarkable steps forward in the knowledge on biology and ecology of D. suzukii, it is still a serious threat to crops and further investigations are urgently required in order to update the availability of management tools to cope with this crop pest. During our faunistic surveys in Trentino province, we found and reported for the first time in Europe, the presence of the Asian larval parasitoid Leptopilina japonica Novkovic & Kimura (Hymenoptera: Figitidae), one of the most effective natural enemies of D. suzukii in the native range. The following extensive field monitoring based on fruit sampling revealed the high capacity of this parasitoid to parasitize its host on a complex of several plant species, belonging to Moraceae, Rosaceae, Glossulariaceae, Rhamnaceae, Cornaceae, Ericaceae, Phytolaccaceae, Dioscoreaceae, Adoxaceae and Solanaceae. These findings offer new perspective for biological control of D. suzukii in the introduced areas, also in relation to the classical biological control programmes with Ganaspis brasiliensis Ihering (Hymenoptera: Figitidae). Biological control by means of parasitoids or predators can be easily integrated with sterile insect technique (SIT), synergizing the control effects on pest population. Nevertheless, the success of SIT is largely influences by mating system of target pest, thus deepen reproductive traits is a fundamental step forward. Paternity analysis by means of microsatellite loci genotyping of the progeny of wild-caught females, detected high levels of multiple paternity in genotyped broods, stating the polyandrous behaviour of D. suzukii, but no found evidence of a strong paternity skew in sperm allocation, in terms of prevailing male. Beyond biological control and SIT, habitat manipulation strategies may further help local farmers to deal with D. suzukii in addition to common applied cultural practices. Our field trials have shown that intercropping with Mentha x piperita (Peppermint, Lamiaceae) Origanum vulgare L. (Oregano, Lamiaceae), Thymus vulgaris L. (Thyme, Lamiaceae), or Ocimum gratissimum L. (African basil, Lamiaceae), has no effect in limiting the damage of D. suzukii on blueberries, whilst hedges of Prunus padus (European bird cherry, Rosaceae) was able to reduce the infestation on raspberry, having a potential role as dead-end trap plant for crop protection against D. suzukii. Furthermore, conservative biological control by means of the augmentorium technique may be further explored, as we observed that our prototype has shown to be well adapted to D. suzukii and its indigenous parasitoids, favouring crop sanitation from infested fruits and sustaining the most common Drosophila pupal parasitoids. This research aims to give new insights for a more sustainable management of D. suzukii, offering new solutions that, by combining biological control, both conservative and classical, SIT and habitat manipulation, may move towards an agroecological approach for controlling this invasive pest.

Le specie aliene invasive sono specie animali o vegetali che molto spesso vengono introdotte involontariamente in ecosistemi non autoctoni, con impatto negativo per l'ambiente e le attività umane. La Drosophila suzukii Matsumura (Diptera: Drosophilidae), nota anche come Spotted Wing Drosophila, è una specie aliena invasiva originaria dell'Asia orientale, che si è ampiamente diffusa nelle Americhe e in Europa, dove è divenuta un grave parassita delle colture frutticole, causando notevoli perdite economiche. In Trentino la prima segnalazione di questo insetto su ospiti coltivati è avvenuta nel 2009. La sua rapida diffusione in tutto il mondo è attribuita a delle caratteristiche peculiari di D. suzukii, come l'ovopositore seghettato che gli consente di deporre le uova in frutti sani in maturazione, l’ampia gamma di piante ospiti, l’elevata fecondità e la tolleranza nei confronti di un ampio spettro di condizioni climatiche, fattori che ne ha aumentano significativamente l'invasività. Gli attuali approcci per il controllo di D. suzukii si basano principalmente su strategie di gestione integrata dei parassiti, tra cui il controllo chimico, le reti anti-insetto, la cattura massale e pratiche culturali, come la potatura delle chiome, l'irrigazione a goccia e il sollecito allontanamento della frutta infestata dai campi nel corso della raccolta. Analogamente ad altri parassiti invasivi, D. suzukii non viene efficacemente controllata da parte dei nemici naturali nelle aree invase, consentendogli di riprodursi rapidamente e diffondersi illimitatamente, aumentando la pressione dei parassiti sulle coltivazioni. Il controllo biologico inondativo e quello classico, sono in corso di valutazione e potrebbero diventare dei promettenti candidati per limitare i focolai stagionali di D. suzukii e i relativi danni alle colture. Tuttavia, nonostante i notevoli passi in avanti sulle conoscenze della biologia e l'ecologia di D. suzukii, questo insetto rappresenta ancora una seria minaccia per le colture e vi è la necessità di ulteriori studi al fine di aggiornare gli strumenti di gestione a disposizione per far fronte a questo importante parassita delle colture. Nel corso dei monitoraggi faunistici in provincia di Trento, abbiamo riscontrato e segnalato per la prima volta in Europa la presenza del parassitoide larvale asiatico Leptopilina japonica Novkovic & Kimura (Hymenoptera: Figitidae), uno dei più efficaci nemici naturali di D. suzukii nell’areale nativo. L’esteso monitoraggio in campo successivo al primo ritrovamento ha permesso di stabilire l'elevata capacità di questo parassitoide di parassitare il suo ospite su un ampio spettro di specie vegetali, appartenenti a diverse famiglie tassonomiche come Moraceae, Rosaceae, Glossulariaceae, Rhamnaceae, Cornaceae, Ericaceae, Phytolaccaceae, Dioscoreaceae, Adoxaceae e Solanaceae. Questi risultati offrono nuove prospettive per il controllo biologico di D. suzukii nelle aree di recente introduzione, anche per quanto concerne i futuri programmi di controllo biologico classico con Ganaspis brasiliensis Ihering (Hymenoptera: Figitidae). Il controllo biologico per mezzo di parassitoidi o predatori può essere facilmente integrato con la tecnica dell'insetto sterile (SIT), potenziando il controllo sulle popolazioni di parassiti. Tuttavia, il successo della SIT è in gran parte influenzato dal sistema riproduttivo del parassita bersaglio, per cui l’approfondimento dei tratti riproduttivi è un prerequisito fondamentale per verificare l’effettiva applicabilità di questa tecnica di controllo. L'analisi della paternità mediante la genotipizzazione di loci microsatellite della progenie di femmine catturate in natura, ha rilevato elevati livelli di paternità multipla nelle covate genotipizzate, stabilendo il comportamento poliandro di D. suzukii, sebbene non sia stata rilevata alcuna distorsione della paternità nell'allocazione dello sperma, ovvero in termini di maschio prevalenza. Oltre al controllo biologico e alla SIT, le strategie basate sulla manipolazione dell'habitat potrebbero utilmente integrare le comuni pratiche culturali messe in atto dagli agricoltori per il controllo di D. suzukii. Le nostre prove in campo hanno dimostrato che la consociazione con Mentha x piperita (Menta piperita, Lamiaceae) Origanum vulgare L. (Origano, Lamiaceae), Thymus vulgaris L. (Timo, Lamiaceae) o Ocimum gratissimum L. (Basilico africano, Lamiaceae), non risulta avere un impatto positivo nel limitare i danni causati da D. suzukii su colture di mirtillo, mentre la realizzazione di una bordura di Prunus padus (ciliegio europeo, Rosacee) si è dimostrata in grado di ridurre l'infestazione su di una coltura di lampone, agendo come pianta trappola. Inoltre, il controllo biologico conservativo mediante la tecnica dell’augmentorium può offrire un’ulteriore integrazione agli strumenti di controllo. Abbiamo infatti potuto osservare come il nostro prototipo si è dimostrato adatto per una sua applicazione su D. suzukii e sui relativi parassitoidi indigeni, favorendo la sanificazione delle colture dai frutti infestati e sostenendo i più comuni parassitoidi pupali. Con questa ricerca abbiamo inteso verificare l’efficacia di nuovi strumenti di controllo di D. suzukii, quali il controllo biologico, sia conservativo che classico, la SIT e la manipolazione dell'habitat, la cui opportuna integrazione offrirebbe la possibilità di implementare un approccio agroecologico di gestione di questo parassita invasivo.