Examining thiacloprid, essential oils and double-stranded RNA for potential use in biosafe management of pollen beetle

Abstract

Throughout Europe, one of the most severely damaging threats to oilseed rape (Brassica napus) cultivation is the pollen beetle Brassicogethes aeneus; and routine use of pyrethroid insecticides has led to resistance development among B. aeneus populations. Moreover, exposure to pyrethroids can be detrimental to many nontarget insect taxa that inhabit agroecosystems. While studies have demonstrated some potential for relying on biological control (biocontrol) organisms, especially parasitoid wasps, for biosafe management of B. aeneus populations, the most effective B. aeneus management strategy will likely involve insecticide applications that show efficacy against B. aeneus while simultaneously minimising the impact on nontarget organisms. We examine the potential utility of three types of insecticide within a biosafe integrated B. aeneus management strategy. The first is the neonicotinoid thiacloprid, which has previously shown efficacy against B. aeneus, yet must be tested for biosafety in a model parasitoid wasp. Second, we examined potential for using seven different plant-based essential oils (EOs) in B. aeneus management. Last, we investigated the potential for applying B. aeneus-specific double-stranded ribonucleic acid (dsRNA), representing a potentially species-specific biopesticide option, within a B. aeneus management strategy. Exposure to residues of thiacloprid resulted in significant reductions in Aphelinus abdominalis (model biocontrol organism) survival and mobility. Moreover, simultaneous exposure to residues of thiacloprid and tebuconazole (a fungicide commonly tank-mixed with thiacloprid) resulted in synergistic reductions in A. abdominalis survival and mobility. Cinnamon (Cinnamomum verum) bark EO was the most effective EO tested against B. aeneus via topical application. However, subsequent assays using C. verum EO-sprayed leaf- and bud surfaces showed significant control efficacy only at concentrations too high for practical field application of an EO. Field relevant dietary routes of exposure to dsRNA targeting B. aeneus coatomer subunit alpha (αCOP) resulted in significant gene silencing and gene silencing-induced mortality. However, refinements to B. aeneus larval bioassay setups, as well as developing dsRNA formulations that enhance transport past the oilseed rape bud epithelium, and/or enhance dsRNA uptake in B. aeneus, represent critical steps to understanding the potential for RNAi-based management of B. aeneus. Most notably, we observed that RNAi efficacy is enhanced by chronic dsRNA feeding in B. aeneus. This result has implications for the economics and development of a potential dsRNA spray approach for managing B. aeneus; and it highlights the need for research into the development and potential future use of RNAi oilseed rape cultivars, given the enhanced RNAi efficacy resulting from chronic dsRNA feeding in B. aeneus.

Rapsi (Brassica napus) kõige olulisemaks kahjuriks kogu Euroopas on naeri-hiilamardikas (Brassicogethes aeneus (syn. Meligethes aeneus, Coleoptera: Nitidulidae)), kelle tõrjeks kasutatakse peamiselt püretroididel baseeruvaid insektitsiide, mille tulemusel on neil väljakujunenud resistentsus selle tõrjevahendi suhtes. Lisaks sellele on püretroidid mürgised ka paljudele teistele mittesihtrühma putukatele, kelle elupaigaks on agroökosüsteemid. Kuigi paljud uurimused on tõestanud, et looduslikult esinevad röövtoidulised organismid (näiteks jooksiklased, lühitiiblased, parasitoidid) suudavad potentsiaalselt ohjata ka hiilamardikate arvukust rapsipõldudel hõlmab tõenäoliselt kõige efektiivsem hiilamardika tõrjestrateegia ka insektitsiidide kasutamist. Samas peaksid viimased olema võimalikult ohutud mitte-sihtrühma organismidele. Käesolevas töös uuriti kolme erinevat tüüpi insektitsiidi potentsiaalset rakendatavust hiilamardika tõrjestrateegias. Esiteks uuriti neonikotinoidi tiaklopriini, mis on efektiivne hiilamardika tõrjevahend, kuid bioloogilist ohutust parasitoidide, kui biotõrje agentide suhtes ei olnud uuritud. Teiseks uuriti seitsme taimse eeterliku õli potentsiaali hiilamardika tõrjevahendina. Ja viimaseks uuriti hiilamardika-spetsiifilise kaheahelalisel RNAl (dsRNA) põhineva biopestitsiidi potentstiaali võimalikku kasutamist hiilamardika tõrjestrateegias. Töödeldes parasitoidi mudelliiki Aphelinus abdominalis tiaklopriidi jääkidega vähendas oluliselt tema ellujäävust ja mobiilsust. Veelgi enam, tiaklopriini kasutamisel koos fungitsiidi tebukonasooliga (tavaline paagisegu rapsipõldude töötlemisel) ilmnes ainete sünergiline letaalne mõju parasitoidile. Taimsetest eeterlikest õlidest osutus kõige efektiivsemaks kaneelikooreõli (Cinnamomum verum), mis hiilamardikate välispidisel töötlusel vähendas oluliselt nende ellujäävust ja mobiilsust. Samas olid efektiivsed kontsentratsioonid liiga suured selleks, et neid soovitada põllutingimustes kasutamiseks. Katsed, kus kasutati põllukontsentratsioonidele relevantseid dsRNA koguseid, näitasid, et hiilamardikatele nii mikrosüstimisel kui suukaudsel dsRNA (mis oli suunatud hiilamardika coatomer alfa alam-üksuse (αCOP) proteiini vaigistamisele) manustamisel saavutasime olulise geenivaigistuse ja sellest põhjustatud suremuse. Vaatamata palju lubavatele esialgsetele tulemustele tuleb katseid jätkata, et leida võimalusi dsRNA stabiliseerimiseks, selle taimerakkudesse läbitavuse suurendamiseks, dsRNA mõju tõstmiseks B. aeneuse’l. Veelgi enam, katsete tulemusel täheldasime, et dsRNA kroonilisel manustamisel oli geenivaigistamise mõju suurem, millel on potentsiaalselt majanduslik mõju ja tõstatub suur vajadus edasiste uuringute järele RNAi sortide osas.