Faculté des sciences

From Asia to Europe : evaluation of parasitoids for the biological control of the invasive fruit pest "Drosophila suzukii"

Girod, Pierre ; Turlings, Ted (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2018.

Agricultural processes are constantly improved to improve crop yields. However, 40% of crop productions are currently lost to pests each year. Insect pests are one of the main factors of these losses and their management is one of the top priorities that researchers are facing worldwide. An important part of these losses are caused by pest with alien origins. Globalization and climate change... More

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    Résumé
    La production agricole est en constante évolution afin d’améliorer le rendement. Actuellement, 40% de la production agricole est perdue à cause des ravageurs des cultures (majoritairement des insectes exotiques). Leur contrôle est une des priorités majeures à laquelle les chercheurs font face aujourd’hui. Le commerce international et le changement climatique ont accéléré la dissémination de nouvelles espèces exotiques à travers le monde. L’une de ces espèces récemment introduite, est la Drosophile à ailes tachetées, Drosophila suzukii. Cette mouche originaire d’Asie orientale a été recensée en Europe et en Amérique du Nord en 2008 et depuis, génère une attention particulière car elle cause de sérieuses pertes économiques dans les productions maraichères des petits fruits. A contrario des autres Drosophilidae qui habituellement pondent dans la matière en décomposition, D. suzukii pond ses œufs dans les fruits frais. La larve en s’alimentant, entraine alors la dégradation du fruit. Actuellement, le contrôle de D. suzukii consiste à utiliser des traitements chimiques et à mettre en place des pratiques culturales adaptées. Des évaluations sur l’utilisation potentielle de la lutte biologique visant à utiliser des parasitoïdes de drosophiles dans les zones envahies ont été menées, cependant la majorité de ces espèces indigènes n’ont pu se développer dans D. suzukii car elles n’étaient pas adaptées. C’est pourquoi, l‘introduction d’ennemis naturels de la région native de D. suzukii est envisagée. Ainsi l’objectif de cette thèse était d’évaluer le potentiel de différents parasitoïdes larvaires (généralement plus spécifique) Asiatique de D. suzukii en tant qu’agent de lutte biologique. Ce projet a débuté par la collection de parasitoïdes en Asie (Chapitre 1) permettant ainsi d’évaluer leur efficacité. Au moins huit espèces de parasitoïdes ont été recensées, dont certaines nouvelles espèces. Les taux de parasitismes en Asie sont très variables (0-80%) mais, dans chaque région le complexe de parasitoïdes est dominé par deux Hyménoptères (Famille: Figitidae), Ganaspis sp. et Leptopilina japonica. De nombreuses souches de ces espèces ainsi qu’un troisième Hyménoptère (Famille: Braconidae) Asobara japonica ont été collecté et importé en Suisse afin de conduire des expériences de laboratoire en quarantaine. Différents aspects de leur biologie ont été étudiés (Chapitre 2) et comparés à une espèce européenne Leptopilina heterotoma. La période de pré-oviposition et le temps de développement ont été mesurés, ainsi que la capacité à se développer dans D. suzukii dans le fruit (myrtille) ou sur substrat artificiel ont été comparé. Les trois espèces asiatiques ont été capables de se développer sur D. suzukii, alors que les œufs et les larves de L. heterotoma ont été majoritairement encapsulés par D. suzukii. Asobara japonica et L. japonica ont réussi à se développer sur D. suzukii sur les deux substrats, alors que Ganaspis sp. a pondu très peu d’œufs dans les larves sur substrat artificiel, suggérant ainsi qu’il est peut-être spécialisé dans les drosophiles vivant dans un habitat « fruit frais ». Dans un second temps (Chapitre 3), la spécificité de ces mêmes parasitoïdes a été évaluée lors de tests en non-choix sur D. suzukii, cinq espèces de drosophiles européennes et une Tephritidae sur myrtilles et/ou deux milieux artificiels. D’une part, ces tests ont montré que A. japonica était le plus généraliste et d’autre part, que Ganaspis sp. était l’espèce la plus spécifique. Cependant, d’importantes variations entre les deux souches de Ganaspis sp. ont été observées. La souche japonaise étant strictement spécifique à D. suzukii dans les myrtilles, alors que la souche chinoise a bien parasité D. suzukii mais également une espèce non-cible D. melanogaster sur un substrat artificiel enrichi en fruit mixés. La souche de L. heterotoma européen a attaqué D. suzukii mais étant non adapté à cet hôte, quasiment tous les œufs et les larves ont été encapsulés au contraire de ceux pondus dans les drosophiles européennes. Dans une dernière étude (Chapitre 4), les tests d’olfactométrie ont confirmé les tests en non-choix. La souche japonaise de Ganaspis sp. montrant une forte attractivité pour D. suzukii dans les fruits frais en comparaison des fruits en décomposition et du substrat artificiel enrichi en fruit, au contraire de la souche chinoise. Pris dans leur ensemble, ces résultats sont prometteurs pour le contrôle biologique de D. suzukii en Europe et ont montré que Ganaspis sp. est le candidat le plus prometteur. Cependant, des variations intra-spécifiques de la spécificité de l'hôte ont été observées. D'autres études seront nécessaires sur son statut taxonomique et sur l'existence de biotypes ou d'espèces cryptiques avant que des lâchers sur le terrain puissent être envisagés en Europe.
    Summary
    Agricultural processes are constantly improved to improve crop yields. However, 40% of crop productions are currently lost to pests each year. Insect pests are one of the main factors of these losses and their management is one of the top priorities that researchers are facing worldwide. An important part of these losses are caused by pest with alien origins. Globalization and climate change speed up the spread of new invasive pests. One of these recent invasive pests is the spotted wing Drosophila, Drosophila suzukii. This fly of East Asian origin was first found in Europe and North America in 2008, and since then, it has generated much attention due to severe economic losses in berry and stone fruit crops. Unlike other Drosophilidae that usually develop in decaying matters, D. suzukii lays its eggs inside ripening fruits and damages are mainly caused by larval feeding, resulting in the degradation of fruits. Currently, the management of D. suzukii relies on chemical treatments and cultural methods. Studies have been undertaken to investigate the potential of biological control using native parasitoid species associated with D. suzukii in its invaded regions, but the majority of these species failed to develop as they were not able to locate the host in ripening fruits. Therefore, the introduction of natural enemies from the native region of the pests is envisaged. In Drosophilidae, the most abundant and specific natural enemies are usually larval parasitoids. Thus, the objective of this thesis was to assess the potential of Asian larval parasitoids of D. suzukii as biological control agents in Europe. The project started with surveys in China and Japan (Chapter 1) to study the larval parasitoid complex of the fly in its region of origin and assess parasitism. At least eight parasitoid species were collected, including some new to science. Parasitism rates in Asia were highly variable (0-80%) but, in all investigated regions, the parasitoid complex was dominated by two hymenopterans of the family Figitidae, Ganaspis sp. and Leptopilina japonica. Several strains of these two species and a third species, the Braconidae Asobara japonica, were imported to Switzerland for laboratory experiments in quarantine conditions. Several aspects of their biology were investigated (Chapter 2) and compared with the European species Leptopilina heterotoma. The pre-oviposition period and their development time were measured, and their ability to parasitise D. suzukii in fruit (blueberry) and artificial diet was compared. The three Asian species were successfully reared on D. suzukii larvae, in contrast to L. heterotoma whose eggs and larvae were encapsulated by the host larvae. Asobara japonica and L. japonica were highly successful in both media, while Ganaspis sp. laid very few eggs in larvae in the artificial diet, suggesting that it may be specialised in Drosophila species living in fresh fruits. In a second step (Chapter 3), the specificity of the same parasitoids was assessed through no-choice tests on D. suzukii, five European Drosophila spp. and one Tephritidae, in blueberry and/or two different artificial diets. On the one hand, these tests showed that A. japonica was the most polyphagous species. On the other hand Ganaspis sp. showed the highest specificity. However, important variations between two tested Ganaspis sp. strains were observed. The Japanese strain was strictly specific to D. suzukii in blueberry, whereas another strain from China parasitised D. suzukii and the non-target D. melanogaster in a diet enriched with blended fruit. The European L. heterotoma massively attacked D. suzukii but almost all eggs and larvae were encapsulated, in contrast to eggs laid in European Drosophila spp. In a last study (chapter 4), olfactometer tests confirmed the no-choice tests. Ganaspis sp. from Japan showed a strong attractiveness towards D. suzukii in fresh fruits compared to decaying fruits and to diet enriched with fruit, in contrast to the Chinese strain. Taken all together, these results are promising for the biological control of D. suzukii in Europe and showed that Ganaspis sp. is the most promising candidate. It is both the most important parasitoid of D. suzukii in Asia and the most specific one in laboratory tests. However, important intra-specific variations in host specificity have been observed. More studies are needed on its taxonomic status and the existence of biotypes or cryptic species before field releases can be envisaged in Europe.