Επίδραση των περιβαλλοντικών παραγόντων στα βιολογικά χαρακτηριστικά της μύγας της Μεσογείου, Ceratitis capitata (Diptera: Tephritidae)

Abstract

The effect of some environmental factors on the biological traits of the Mediterranean fly (medfly), Ceratitis capitata (Wiedemann) (Diptera: Tephritidae) as well as on some of the most important behavioral traits (e.g. sexual signalling of males) was investigated. We used insects originated from field infested apples collected in Agia (Larissa, Greece) that have been reared in laboratory conditions for ten generations, the wild population derived from infested apples collected from a farm in Thessaloniki, the wild population that originated from infested apples that were collected in the area of Pelion (Lechonia) and reared in the laboratory for two generations, the Benakeio laboratory population which is reared in stable laboratory conditions for more than 20 years, the laboratory population 88.6 which is trans-infected Benakeio line carrying the wCer2 Wolbachia strain and finally the laboratory population S10.3 which is trans-infected Benakeio line carrying the wCer4 Wolbachia strain. In the first section of experiments (Chapter 3) the development and survival of immature stages of four different Mediterranean fruit fly populations, infected or not infected with Wolbachia, in two hosts (apples, bitter oranges) at three constant temperatures (15, 25, 30°C) were studied in laboratory conditions, constant relative humidity (45-55± 5%) and photoperiod 14L:10D. The highest rates of survival and the longer developmental duration were observed in the larvae “implanted” in apples. Wild population survival rates were higher than those of the laboratory adapted ones, especially in bitter oranges. In contrast, Wolbachia-infected flies had lower survival rates and higher developmental duration, especially those infected with the wCer4 strain. In general, high temperatures did not favor the development of immature stages but were extremely lethal to the Wolbachia-infected strain wCer4.In Chapter 4, the demographic traits of adults that obtained immatures development in two host fruits (apples and bitter oranges) and three different temperatures (15, 25 and 30 °C) were studied. The host species did not affect adult survival regardless of population and fruit exposure temperature. On the other hand, the increase in the exposure temperature of immature stages had a positive effect on the lifespan of adults and a negative effect on the survival of Wolbachia-infected adults. The wild population F9 was the one that lived longer than the laboratory Benakeio and the Wolbachia-infected populations. Fecundity rates were higher in the laboratory population Benakeio and the Wolbachia-infected 88:6 compared to the wild F9 flies. The next section (Chapter 5) focused on the effect of Wolbachia infection on the super cooling point of different stages of development of the different medfly populations. The findings demonstrated that the SCP of the larvae was affected by the population and the infection with the intracellular bacterium Wolbachia. Thermal acclimated Wolbachia-infected pupae express similar SCP. Thermal acclimation on the other hand affected the SCP of wild populations. Adults fed protein and sugar and thermally acclimatized expressed the lowest SCP. There were also differences in the SCP of the larvae of different populations (Benakeio and wild), while the SCP of acclimatized pupae of the Benakeio population was lower compared to the three non-acclimatized wild populations (Agia F10, Apples F2, wild apples). In Chapter 6, we explored the mechanisms that regulate the cold tolerance of different populations of the Mediterranean fly including wild and laboratory adapted populations (infected or not infected with Wolbachia. Different patterns of thermal acclimation were considered. It was found that population, thermal acclimation regime and the interaction between them affected the cold tolerance of of adults Mediterranean fluit flies. The infected population 88:6 responded better to thermal acclimatization than the Benakeio population. Aclimation at 20 ° C for 24 hours decreased cold tolerance compared to non-aclimated flies regardless of the population.Finally, in Chapter 7, we studied the effect of different photoperiods (24D:0L, 23D:1L, 24L:0D, 14L:10D, 8L:16D and 23L:1D) and the effect of adult food on the sexual calling and longevity of males Mediterranean fruit flies. Observations regarding mortality were conducted daily from 7:00 to 20:00, while recording of sexual calling at predetermined adult ages. Males fed protein and exposed to specific photoperiods expressed increased lifespan (185 days to 14L:10D, 180 days to continuous light and 145 days to 8L:16D). Finally, males kept on a nutrient-rich environment (protein) exhibited the highest and longest-lasting sexual calling in almost all photoperiods.The above results contribute to better understanding the response of the Mediterranean fruit fly (a major insect pest and model organism) to environmental stresses induced by temperature and the duration of photoperiod. In addition, new data were generated regarding the response of Wolachia trans-infected populations to stress condition (low temperatures, different host fruits and cold). The effects of the photoperiod on major life history traits and behaviors have studied for the first time. The above findings broaden the knowledge regarding the plastic and adaptive responses of the Mediterranean fruit fly in a range of environmental stressors such as cold. Last but not list the contribution of our findings to better comprehend the biological traits of Ceratitis capitata is discussed and new research venues are suggested.

Διερευνήθηκε η επίδραση των περιβαλλοντικών παραγόντων στα βιολογικά χαρακτηριστικά της μύγας της Μεσογείου, Ceratitis capitata (Wiedemann) (Diptera: Tephritidae) καθώς και σε κάποιες από τις σημαντικότερες συμπεριφορές του εντόμου. Χρησιμοποιήθηκαν έντομα που προήλθαν από προσβεβλημένα μήλα τα οποία συλλέχθηκαν στην περιοχή της Αγιάς (Λάρισα) και εκτράφηκαν για δέκα γενεές στο εργαστήριο, τον άγριο πληθυσμό που προέρχονταν από προσβεβλημένα μήλα που συλλέχτηκαν από αγρόκτημα της Θεσσαλονίκης, τον άγριο πληθυσμό που προέρχονταν από προσβεβλημένα μήλα τα οποία συλλέχθηκαν στην περιοχή του Πηλίου (Λεχώνια) και εκτράφηκαν για δύο γενεές στο εργαστήριο, τον εργαστηριακό πληθυσμό Μπενάκειο ο οποίος εκτρέφεται σε σταθερές συνθήκες εργαστηρίου για περισσότερο από 20 χρόνια, τον εργαστηριακό πληθυσμό 88:6 ο οποίος είναι μολυσμένος με το στέλεχος wCer2 του Wolbachia και τέλος τον εργαστηριακό πληθυσμό S10.3 ο οποίος είναι μολυσμένος με το στέλεχος wCer4 του Wolbachia.Στην πρώτη ενότητα πειραμάτων (Κεφάλαιο 3) μελετήθηκε σε εργαστηριακές συνθήκες η ανάπτυξη και επιβίωση των ανηλίκων σταδίων τεσσάρων διαφορετικών πληθυσμών της μύγας της Μεσογείου, μολυσμένων ή μη μολυσμένων με Wolbachia, σε δύο ξενιστές (μήλα, νεράντζια) σε τρεις σταθερές θερμοκρασίες (15, 25 και 30°C), σταθερή σχετική υγρασία (45-55 ± 5%) και φωτοπερίοδο 14L: 10D. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων έδειξε ότι τα υψηλότερα ποσοστά επιβιωσης και χρόνου ανάπτυξης παρατηρήθηκαν στις προνύμφες που εμφυτεύτηκαν στα μήλα. Τα ποσοστά επιβίωσης του άγριου πληθυσμού ήταν υψηλότερα σε σχέση με των εργαστηριακά προσαρμοσμένων, ιδιαίτερα στα νεράντζια. Αντίθετα, οι μολυσμένες με Wolbachia μύγες, σημείωσαν χαμηλότερα ποσοστά επιβίωσης και υψηλότερους χρόνους ανάπτυξης, ειδικά οι μολυσμένες με το στέλεχος wCer4. Σε γενικές γραμμές οι υψηλές θερμοκρασίες δεν ευνόησαν την ανάπτυξη των ανηλίκων σταδίων ενώ ήταν θανατηφόρες για το μολυσμένο με Wolbachia στέλεχος wCer4.Στο Κεφάλαιο 4 μελετήθηκαν τα δημογραφικά χαρακτηριστικά των ενηλίκων που προέκυψαν από την ανάπτυξη στους παραπάνω ξενιστές (μήλα και νεράντζια) όταν αυτά εκτέθηκαν σε διαφορετικές θερμοκρασίες (15, 25 και 30°C). Το είδος του ξενιστή δεν επηρέασε την επιβίωση των ενηλίκων ανεξάρτητα από τον πληθυσμό και τη θερμοκρασία έκθεσης των καρπών. Από την άλλη η αύξηση της θερμοκρασίας έκθεσης των ανηλίκων σταδίων επέδρασε θετικά στη διάρκεια ζωής των ενηλίκων και αρνητικά στην επιβίωση των μολυσμένων με Wolbachia ενηλίκων που προήλθαν από αυτούς. Τα ενήλικα του άγριου πληθυσμού F9 ήταν μακροβιότερα από εκείνα του εργαστηριακού πληθυσμού Μπενάκειο και των μολυσμένων με Wolbachia πληθυσμών. Η ωοπαραγωγή των θηλυκών του εργαστηριακού πληθυσμού Μπενάκειο και του μολυσμένου με Wolbachia πληθυσμού 88:6 ήταν μεγαλύτερη σε σχέση με τους άλλους δύο. Η επόμενη ενότητα (Κεφάλαιο 5) επικεντρώθηκε στην επίδραση της μόλυνσης με Wolbachia στο σημείο υπέρψυξης (super cooling point) διαφορετικών σταδίων ανάπτυξης της μύγας της Μεσογείου και διαφορετικών πληθυσμών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το SCP των προνυμφών επηρεάστηκε από τον πληθυσμό με σημαντική και την επίδραση της μόλυνσης με Wolbachia. Οι εγκλιματισμένες σε χαμηλές θερμοκρασίες, μολυσμένες νύμφες δεν είχαν παραπλήσιο SCP. Το SCP των άγριων πληθυσμών διέφερε σημαντικά. Το χαμηλότερο SCP σημειώθηκε στα ενήλικα που τράφηκαν σε πρωτεΐνη και ζάχαρη και εγκλιματίστηκαν σε χαμηλές θερμοκρασίες. Επίσης, σημειώθηκαν διαφορές στο SCP των προνυμφών των διαφορετικών πληθυσμών (Μπενάκειο και άγριων), ενώ οι εγκλιματισμένες σε χαμηλές θερμοκρασίες νύμφες του πληθυσμού Μπενάκειο σημείωσαν μικρότερο SCP σε σχέση με τους τρεις μη εγκλιματισμένους άγριους πληθυσμούς (Αγιάς F10, Μήλα F2, Άγρια μήλα).Στο Κεφάλαιο 6 μελετήθηκαν οι μηχανισμοί που αναπτύσσουν διαφορετικοί πληθυσμοί της μύγας της Μεσογείου (μολυσμένοι ή μη με το βακτήριο Wolbachia) προκειμένου να προάγουν την αντοχή τους στο ψύχος. Επίσης, μελετήθηκαν διαφορετικά σχήματα εγκλιματισμού σε χαμηλές θερμοκρασίας και πώς αυτά μπορούν να ενισχύσουν ή όχι την αντοχή στο ψύχος, των ενηλίκων της μύγας της Μεσογείου. Βρέθηκε ότι ο πληθυσμός, ο θερμοκρασιακός εγκλιματισμός και η μεταξύ τους αλληλεπίδραση επηρέασαν σημαντικά τη θνησιμότητα των ενηλίκων της μύγας της Μεσογείου. Ο μολυσμένος πληθυσμός 88:6 ανταποκρίθηκε καλύτερα στον εγκλιματισμό σε σχέση με τον Μπενάκειο ενώ το σχήμα εγκλιματισμού στους 20°C για 24 ώρες παρουσίασε την υψηλότερη θνησιμότητα.Τέλος, στο Κεφάλαιο 7, μελετήθηκε η επίδραση διαφορετικών σταθερών φωτοπεριόδων (24D:0L, 23D:1L, 24L:0D, 14L:10D, 8L:16D και 23L:1D) και της τροφής στο σεξουαλικό κάλεσμα και τη μακροβιότητα των αρσενικών της μύγας της Μεσογείου. Οι παρατηρήσεις πραγματοποιούνταν καθημερινά από τις 7:00 έως τις 20:00. Τα αρσενικά που τρέφονταν με πρωτεΐνη και εκτέθηκαν στην κατάλληλη φωτοπερίοδο αύξησαν τη διάρκεια ζωής τους (185 ημέρες ζωής στη φωτοπερίδο 14L:10D, 180 ημέρες στο συνεχές φως και 145 ημέρες στη 8L:16D) σε σχέση με εκείνα που τρέφονταν με ζάχαρη μόνο. Τέλος, τα αρσενικά που τράφηκαν σε πλούσιο διατροφικό περιβάλλον (πρωτεΐνη) εκδήλωσαν το υψηλότερο και μεγαλύτερης διάρκειας σεξουαλικό καλέσμα σχεδόν σε όλες τις φωτοπεριόδους. Ο συνδυασμός της τροφής και της φωτοπεριόδου επηρεάζουν σημαντικά τη μακροβιότητα των αρσενικών. Τα παραπάνω αποτελέσματα συμβάλλουν στη καλύτερη κατανόηση της ανταπόκρισης της μύγας της Μεσογείου σε συνθήκες περιβαλλοντικής καταπόνησης. Επίσης, παρήχθησαν νέα στοιχεία σχετικά με την ανταπόκριση των μολυσμένων με Wolbachia πληθυσμών σε συνθήκες καταπόνησης. Για πρώτη φορά μελετήθηκε η επίδραση της φωτοπεριόδου στη μακροβιότητα και την εκδήλωση του σεξουαλικού καλέσματος στα αρσενικά της μύγας της Μεσογείου. Τα παραπάνω στοιχεία δίνουν νέα διάσταση στις πλαστικές και προσαρμοστικές αποκρίσεις της μύγας της Μεσογείου σε μια σειρά από περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως είναι το ψύχος. Τέλος, συζητείται η συνεισφορά των ευρημάτων στην κατανόηση των βιολογικών χαρακτηριστικών του Ceratitis capitata και προτείνονται δυνατότητες περαιτέρω έρευνας.