Interactions between the zoophytophagous predator Nesidiocoris tenuis (Reuter) (Hemiptera: Miridae) and the tomato plant and their importance in the control of Tuta absoluta (Meyrick) (Lepidoptera: Gelechiidae) and other serious pests of tomato
Authors: Σαρμάχ Νόμι 
Published: July 2023

Η καλλιέργεια της τομάτας, Solanum lycopersicum L. (Solanaceae) είναι μια από τις καλλιέργειες με τη μεγαλύτερη οικονομική σημασία παγκοσμίως. Ωστόσο, η τομάτα προσβάλλεται από διάφορα έντομα που μειώνουν την ποσότητα και την ποιότητα της παραγωγής. Πρόσφατα, ένα από τα πιο καταστρεπτικά έντομα της τομάτας, το Tuta absoluta (Meyrick) (Lepidoptera: Gelechiidae) προκαλεί σοβαρές ζημιές και μεγάλη αύξηση στο κόστος παραγωγής. Η αντιμετώπισή του βασίζεται σε σημαντικό βαθμό και στη βιολογική αντιμετώπιση καθώς με τη χημική μέθοδο απαιτούνται επαναλαμβανόμενοι ψεκασμοί που μεταξύ άλλων, οδηγούν σε ανάπτυξη ανθεκτικότητας, αυξάνουν το κόστος και τον κίνδυνο υπολειμμάτων. Το Nesidiocoris tenuis (Reuter) (Hemiptera: Miridae) είναι ένα ζωοφυτοφάγο αρπακτικό, κύριος βιολογικός παράγοντας ελέγχου του T. absoluta και άλλων εντόμων-εχθρών της τομάτας. Επιπλέον, πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι η φυτοφαγία του μπορεί να προκαλέσει την επαγωγή της άμυνας του φυτού της τομάτας με σημαντικές αρνητικές επιδράσεις στο Tetranychus urticae Koch (Acari: Tetranychidae) και στο T. absoluta. Ωστόσο, η γνώση σχετικάμε τηνέκφραση γονιδίων άμυνας του φυτού ως αποτέλεσμα της φυτοφαγίας των αρπακτικών είναι πολύ περιορισμένη, αν και μπορεί να προσφέρει σημαντικές πληροφορίες στον έλεγχο των εντόμων-εχθρών, καθώς ορισμένα γονίδια που μπορεί να σχετίζονται με την ενεργοποίηση ορισμένων αμυντικών μονοπατιών να δρουν τοπικά ή να έχουν συστημική επίδραση, ενεργοποιώντας την άμυνα σε ολόκληρο το φυτό. Επιπλέον, η φυτοφαγία των αρπακτικών προκαλεί αλλαγές στο μεταβολικό προφίλ του φυτού ενώ μεμονωμένοι μεταβολίτες που παράγονται μετά από επαγωγή της άμυνας μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγές νέων εντομοκτόνων για την ενεργοποίηση της άμυνας του φυτού.Ωστόσο, τα επίπεδα γονιδιακής έκφρασης και το μεταβολικό προφίλ έχουν πολύ λίγο μελετηθεί.Τέλος, δίνονται στοιχεία σχετικά με την τεχνική RNA παρέμβασης, καταστολής ή σίγασης (RNAi) η οποία πολύ πρόσφατα έδειξε θετικά αποτελέσματα στον έλεγχο του T. absoluta αλλά δεν έχει εξετασθεί η τυχόν επίδρασή της σε κάποιον φυσικό εχθρό του T. absoluta.Στο δεύτερος κεφάλαιο αυτής της διατριβής, μελετήθηκε η έκφραση των γονιδίων που διέπουν το μονοπάτι βιοσύνθεσης του Ιασμονικού Οξέος (ΙΟ) που ενεργοποιείται από τη διατροφή του Ν. tenuis σε φυτά τομάτας και οι διακυμάνσεις στα επίπεδα των μεταβολιτών που προκαλούνται μετά την επαγωγή της άμυνας. Δεκαπέντε νύμφες 3ης ηλικίας του N. tenuis εγκλωβίστηκαν σε κάθε κορυφαίο και κατώτερο φύλλο φυτών τομάτας για 4 ημέρες για να προκληθεί η επαγωγή της άμυνας των φυτών. Μετά από αυτή την περίοδο τα αρπακτικά απομακρύνθηκαν. Όσον αφορά το T. absoluta, η προτίμηση ωοτοκίας, η διάρκεια ανάπτυξης της προνύμφης και το βάρος της νύμφης μειώθηκαν σημαντικά στα φυτά με N. tenuis σε σχέση με το μάρτυρα. Επίσης, τα ενήλικα T. urticae εμφάνισαν σημαντικά υψηλότερη τάση διαφυγής και μειωμένη επιβίωση σε σχέση με τα φυτά-μάρτυρες. Η μεταβολομική ανάλυση επιβεβαίωσε τα αποτελέσματα αποκαλύπτοντας ουσιαστικές διαφορές μεταξύ των φυτών της επέμβασης και του μάρτυρα. Οι μεταβολίτες που σχετίζονται άμεσα με την ενεργοποίηση του μονοπατιού του ΙΟ, όπως η πρόδρομος ουσία α-λινολενικό οξύ, είχαν αυξημένες συγκεντρώσεις. Η έκφραση των σχετιζόμενων με την άμυνα γονιδίων PI-II, MYC2, VSP2 και HEL αυξήθηκε στα επάνω φύλλα ενώ τα VSP2 και MBP2μόνοστα κάτω φύλλα. Είναι ενδιαφέρον ότι στα μεσαία (μη εκτεθειμένα στο Ν. tenuis) φύλλα, ταVSP2, HEL και MBP2υπερεκφράστηκαν, υποδεικνύοντας συστημική ενεργοποίηση της άμυνας του φυτού. Συμπερασματικά, η φυτοφαγία του N. tenuis προκάλεσε δυσμενείς επιπτώσεις στην ωοτοκία και στην ανάπτυξη τουT. absoluta και στην επιβίωση και συμπεριφορά τουT. urticae, ενώ η ανάλυση των φαινομένων που σχετίζονται με την επαγωγή της άμυνας του φυτού μέσω της φαινολογίας, της γενομικής και της μεταβολομικής του (phenomics, genomics και metabolomics) πρόσφερε πολύτιμες γνώσεις για την κατανόηση της φύσης των αμυντικών αντιδράσεων των φυτών και παρείχε χρήσιμα στοιχεία για πιθανές μελλοντικέςεφαρμογές στην ολοκληρωμένη αντιμετώπιση των εντόμων-εχθρών των καλλιεργειών.Στο τρίτο κεφάλαιο αυτής της μελέτης, ερευνήθηκε το κατώτερο όριοπληθυσμιακής πυκνότητας νυμφών του N. tenuis ανά φυτό τομάταςπου απαιτείται για να επάγει την άμυνα του φυτού στο T. absolutaκαθώς και το διάστημαπου η άμυνα του φυτού παραμένει ικανή να προκαλεί αρνητικές επιδράσεις στο Τ. absoluta. Για το λόγο αυτό, 3, 6 ή 10 νύμφες του N. tenuis εγκλωβίστηκαν σε κάθε κορυφαίο και κατώτερο φύλλο νεαρών φυτών τομάτας με τρία φύλλα συνολικά, για 4 ημέρες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ωοτοκία τουT. absoluta μειώθηκε σημαντικά μόνο στα φυτά που χρησιμοποιήθηκε η υψηλότερη πυκνότητα του N. tenuis. Περαιτέρω πειράματα έδειξαν ότι στα φυτά (με την υψηλότερη πυκνότητα αρπακτικών)τα θηλυκά τουT. absolutaεναπόθεσαν σημαντικά λιγότερα ωά σε σχέση με φυτά-μάρτυρες, 7 και 14 ημέρες μετά την απομάκρυνση των αρπακτικών. Η συστημική φύση τηςεπαγόμενηςάμυνας των φυτών επιβεβαιώθηκε επίσης σε όλες τις περιόδους καθώς και στο μεσαίο φύλλο υπήρχε μείωση της εναπόθεσης ωών όπως και στα νέα φύλλα που εκπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια των πειραμάτων. Αυτά τα αποτελέσματα προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες για την πιθανή πρακτική εφαρμογήτης μεθόδου στην αντιμετώπιση του Τ. absoluta σε κρίσιμες πτυχέςτης, όπως ο αριθμός των αρπακτικών που απαιτούνται ανά φυτό, η συστημική ενεργοποίηση και η διάρκεια διατήρησης των επιδράσεων που προκαλούνται. Στο τελευταίο κεφάλαιο της διατριβής, εξετάστηκε η πιθανή συμβατότητα της διαχείρισης του T. absolutaμε τη μέθοδο dsRNA με την παράλληλη χρήση του N. tenuis. Η διαχείριση εντόμων με τη μέθοδο RNAi έδειξε πρόσφατα υποσχόμενα αποτελέσματα και κατά του T. absoluta, ωστόσο η συμβατότητά της με τους φυσικούς εχθρούς του Τ. absoluta δεν έχει αξιολογηθεί. Συγκεκριμένα, αυτή η μελέτη είχε στόχο να διερευνήσει εάν το dsRNA (dsTa-αCOP) που σχεδιάστηκε για να στοχεύει το γονίδιο T. absoluta-αCOP θα μπορούσε να προκαλέσει δυσμενείς επιπτώσεις στον κύριο παράγοντα βιολογικού ελέγχου του, το αρπακτικό, N. tenuis. Η έκθεση του N. tenuisμέσω της στοματικής οδού σε dsRNA (dsNt-αCOP) που σχεδιάστηκε για να στοχεύει το N. tenuis-αCOP, είχε ως αποτέλεσμα 61%, 67% και 55% μείωση του επιπέδου μεταγραφής του σε σύγκριση με τις επεμβάσεις όπου χρησιμοποιήθηκε σακχαρόζη, dsGFP και dsTa-αCOP, αντίστοιχα. Επιπλέον, σημαντικά υψηλότερη θνησιμότητα 57% του N. tenuis καταγράφηκε στιςεπεμβάσειςμε dsNt-αCOP σε σύγκριση με σακχαρόζη (7%), dsGFP (10%) και dsTa-αCOP (10%). Επίσης, η ημερήσια αρπακτική ικανότητα(33-39 ωά)Ephestia kuehniella Zeller (Lepidoptera: Pyralidae) ανά ενήλικοN. tenuis μειώθηκε δραματικά σχεδόν στο μισό σε άτομαN. tenuis που επέζησαν μετά την επέμβαση με dsNt-αCOP. Αυτά τα πειράματα έδειξαν για πρώτη φορά ότι ο μηχανισμός RNAi είναι λειτουργικός στο Ν. tenuis και ότι είναι δυνατός ο κίνδυνος έκθεσής του μέσω της στοματικής οδού. Αντίθετα, το dsTa-αCOP δεν προκάλεσε θανατηφόρα και υποθανατηφόρα αποτελέσματα στο N. tenuis κατά την από του στόματος έκθεση. Αντιθέτως, όπως αναμενόταν, η έκθεση του T. absoluta στο dsTa-αCOP είχε ως αποτέλεσμα 50% θνησιμότητα. Στο πλαίσιο της αξιολόγησης του κινδύνου βιοασφάλειας της διαχείρισης εντόμων με τη μέθοδο RNAi, η διερεύνηση των επιπτώσεων σε οργανισμούς μη-στόχους είναι απαραίτητη προκειμένου να συμπεριληφθεί αυτή η μέθοδος σε προγράμματα ολοκληρωμένης αντιμετώπισης. Με βάση τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας, ο έλεγχος με τη μέθοδο RNAi μπορεί να είναι συμβατός με το βιολογικό έλεγχο του T. absoluta από τον φυσικό εχθρό του N. tenuis, υποδεικνύοντας ότι η προσέγγιση RNAi θα μπορούσε να ενταχθεί σε στρατηγικές ολοκληρωμένης αντιμετώπισης του T. absoluta.Συμπερασματικά, η διατριβή αυτή εστιάζει στην ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον μεθόδων διαχείρισηςτουT. absoluta και τουT. urticae χρησιμοποιώντας καινοτόμες τεχνικές και υποδεικνύει μεθοδολογίες βιοδοκιμών. Τα ευρήματα προσθέτουν χρήσιμη γνώση για την ανάπτυξη νέων στρατηγικών διαχείρισης του T. absoluta καιτουT. urticae.