Dispersal behaviour, ecology and control of Philaenus spumarius : the main vector of Xylella fastidiosa in Europe

Lago Blasco, Clara (2022). Dispersal behaviour, ecology and control of Philaenus spumarius : the main vector of Xylella fastidiosa in Europe. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.71717.

Description

Title: Dispersal behaviour, ecology and control of Philaenus spumarius : the main vector of Xylella fastidiosa in Europe
Author/s:
  • Lago Blasco, Clara
Contributor/s:
  • Fereres Castiel, Alberto
  • Moreno Lozano, Aránzazu
Item Type: Thesis (Doctoral)
Read date: 12 September 2022
Subjects:
Faculty: E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (UPM)
Department: Producción Agraria
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

En un contexto de cambio global, uno de los principales retos a los que se enfrenta el sector agrario es el aumento de enfermedades emergentes y reemergentes que causan grandes pérdidas en términos de producción de cultivos (FAO 2021). Una de las consecuencias de la globalización es la entrada de un patógeno en un nuevo ecosistema, lo que puede afectar gravemente al equilibrio ecológico del mismo (Giovanna et al. 2018). Este es el caso de Xylella fastidiosa (Wells), Xf, una bacteria fitopatógena originaria de América, recientemente introducida en Europa debido a la importación de material vegetal infectado (EFSA 2015). Fue detectada en primer lugar en Apulia, al sur de Italia, en el año 2013 (Saponari et al. 2013), donde arrasó millones de olivos y actualmente continua expandiéndose 20 km al año (EPPO 2019a; Saponari et al. 2019). Tras el brote italiano, se han llevado a cabo numerosas prospecciones en distintos países de la Unión Europea (EU: European Union) y de la Cuenca del Mediterráneo, detectándose la bacteria en Francia, Alemania, España y Portugal (EFSA 2022), y fuera de Europa en Israel (EPPO 2019b) e Iran (EFSA 2015). Xylella fastidiosa afecta a una gran variedad de plantas, incluyendo especies de gran importancia económica como son el olivo, la vid, el almendro o los cítricos, lo que supone una grave amenaza para la agricultura en Europa (Sicard et al. 2018). En lo que concierne a su modo de acción, Xf actúa colonizando los vasos del xilema de las plantas huésped, obstruyéndolos, lo cual impide el transporte de la savia a través de los mismos (Bhattacharyya et al. 2002) La sintomatología que produce varía en función de la planta huésped, observándose desde huéspedes asintomáticos a plantas que expresan síntomas, siendo los más frecuentes clorosis, marchitamiento, secado de hojas y ramas, decaimiento generalizado y muerte de la planta infectada (Purcell and Hopkins 1996; Sabella et al. 2019). Esta bacteria, al igual que otros patógenos de plantas, se propaga mediante insectos vectores. Los vectores potenciales de Xf se alimentan exclusivamente de savia xilemática y pertenecen, dentro del orden Hemiptera, al suborden Cicadomorpha, concretamente a las superfamilias: Cicadoidea (“cícadas”), Cercopoidea (“spittlebugs”) y dentro de la familia Cicadellidae a la subfamilia Cicadellinae (“sharpshooters”) (Novotny and Wilson 1997; Redak et al. 2004; Almeida et al. 2005; Krugner et al. 2019). En América, los “sharpshooters” son los principales vectores, sin embargo, en Europa la mayoría de vectores potenciales son los llamados “spittlebugs”, enmarcados dentro de la superfamilia Cercopoidea. En Europa, Philaenus spumarius (L.) (Hemiptera: Cercopoidea), perteneciente a la familia Aphrophoridae ha sido identificado como el principal vector (Cornara et al. 2019; Jacques et al. 2019), además, recientemente se ha demostrado que tanto Neophilaenus campestris (Fallen) como Philaenus italosignus (Drosopoulos & Remane), ambos afrofóridos, son capaces de transmitir Xf a plantas, en condiciones de laboratorio (Cavalieri et al. 2019). Uno de los elementos esenciales para la prevención y control del desarrollo de enfermedades transmitidas por vectores es el estudio en profundidad de la ecología, biología y comportamiento de los mismos. Aunque cada vez son más los estudios enfocados en P. spumarius y otros vectores potenciales de Xf, estas especies no habían sido consideradas como una amenaza para la agricultura hasta la detección y establecimiento de Xf en Europa. Por tanto, el conocimiento existente de estos vectores y de su papel en la epidemiología de las enfermedades causadas por Xf en el continente aún es escaso. Por ello, el principal objetivo de esta Tesis es generar conocimiento sobre la capacidad de dispersión, ecología y control de P. spumarius. Además, parte de la investigación está centrada en N. campestris, puesto que, aunque se han realizado menos estudios, este vector es capaz de transmitir la bacteria y está ampliamente distribuido por la Península Ibérica. Concretamente, en esta Tesis se han desarrollado los siguientes objetivos específicos: (1) Estudiar la capacidad de vuelo de P. spumarius bajo condiciones de laboratorio y analizar el patrón de movimiento de N. campestris desde plantas huésped herbáceas a plantas leñosas. (2) Construir un modelo de grados día para predecir la eclosión de huevos de P. spumarius. (3) Determinar la influencia de ciertas plantas frecuentemente usadas como cubiertas vegetales en la preferencia de P. spumarius para ovipositar. (4) Estudiar el efecto de diferentes compuestos químicos sobre el comportamiento alimentario de P. spumarius, su impacto sobre la mortalidad del insecto y sobre su capacidad de transmisión de Xf. Los ensayos realizados en esta Tesis se han desarrollado en el “Instituto de Ciencias Agrarias del Consejo Superior de Investigaciones Científicas” (ICA-CSIC) en Madrid, España. Parte de los experimentos del objetivo 4 se han desarrollado en colaboración con el Dr. Daniele Cornara en el “International Centre for Advanced Mediterranean Agronomic Studies”, Instituto de Bari (CIHEAM-Bari) en Valenzano, Italia. En el primer estudio, se analizó el potencial de vuelo de P. spumarius y la influencia de distintas variables sobre su capacidad de vuelo (objetivo 1). Se evaluó el efecto de la estación del año (primavera, verano, otoño), el origen de la población (Huelva, Madrid), sexo (hembra, macho) y momento del día (mañana, tarde, noche) sobre la capacidad de vuelo de adultos de P. spumarius utilizando molinos de vuelo. Para ello, se seleccionaron los siguientes parámetros: (1) Incidencia de vuelo, capacidad del insecto de realizar un vuelo con éxito (si/no). (2) Número de vuelos. (3) Distancia recorrida (m). (4) Duración de vuelo (s). (5) Velocidad media (m/s). Los registros obtenidos mostraron que la capacidad potencial de vuelo de P. spumarius era muy superior a la descrita en estudios previos. Los adultos analizados fueron capaces de volar ≈ 500 m en 30 min, siendo 5.5 km la distancia máxima recorrida registrada durante un solo vuelo continuo de 5.4 h. Estos resultados indican que P. spumarius es capaz de recorrer distancias superiores a la demarcación de zona infectada (50 m) y de zona tampón (2.5 km-7 km) designadas por la Union Europea (EU: European Union) (EU 2020/1201, artículos 4 y 5, 2020), sugiriendo la necesidad de revisión de la regulación vigente. Por otra parte, los resultados muestran una alta capacidad de vuelo en otoño en ambos sexos, coincidiendo con el periodo reproductivo, lo que sugiere que la actividad de vuelo de P. spumarius está relacionada con su ciclo de vida, pudiendo ser reflejo de una adaptación evolutiva para maximizar el apareamiento y la eficacia biológica. Por otro lado, el potencial de vuelo de este insecto varía a lo largo del día, siendo mayor por la mañana y por la noche comparado con la tarde. Esta actividad nocturna de P. spumarius no se había observado hasta el momento, pudiendo influir en los procesos de dispersión diaria del vector, y por tanto debe tenerse en cuenta para controlar la expansión local de Xf. Toda esta información sobre la capacidad de vuelo de P. spumarius es esencial para el manejo adecuado del vector. Teniendo en cuenta la capacidad de N. campestris de transmitir Xf y su amplia distribución en España, se desarrolló un segundo ensayo para estudiar su capacidad de dispersión en campo (objetivo 1). Para ello, se realizó un ensayo de captura-marcajerecaptura (MMR: Mass-Mark-Recapture), con el objetivo de monitorizar el movimiento de N. campestris a finales de primavera, desde la vegetación herbácea de cubierta de olivares en los que estaba presente hasta refugios estivales en áreas con distintas especies de plantas leñosas. Antes de desarrollar el ensayo de MMR, se marcaron adultos de N. campestris con polvos fluorescentes, para estudiar la persistencia del marcaje y su efecto sobre la supervivencia de los insectos. Además, se analizó el efecto de este marcaje sobre la capacidad de vuelo de N. campestris, utilizando molinos de vuelo. El polvo fluorescente fue visible en los insectos hasta 35 días después del marcaje; además, su uso no tuvo ningún efecto significativo ni sobre la supervivencia ni sobre la capacidad de vuelo de N. campestris. Por otra parte, los registros obtenidos con los molinos de vuelo mostraron que los insectos analizados fueron capaces de desplazarse hasta 1.4 km durante un solo vuelo continuo de 82 min. Una vez demostrado que el marcaje no afectaba ni a la supervivencia ni a la capacidad de vuelo de los insectos, a finales de primavera se capturaron adultos de N. campestris mediante mangueo, en la vegetación de cubierta de un olivar en Santos de la Humosa (Madrid). Los insectos capturados se marcaron y se soltaron en la vegetación de cubierta de cuatro olivares diferentes. Después de la suelta, se llevaron a cabo recapturas en seis fechas distintas, entre 23 y 42 días después, tras secarse la vegetación de cubierta de los olivares. Las recapturas se realizaron en 12 puntos diferentes, con diferentes especies de plantas leñosas, situados a una distancia de hasta 2.8 km de los puntos de suelta. Los adultos de N. campestris se capturaron fundamentalmente en pinos. Los resultados mostraron que los insectos son capaces de desplazarse a una distancia máxima de 2,47 km en 35 días, la distancia más grande recorrida por un afrofórido registrada hasta la fecha. Estos resultados, junto con el hecho de que una vez adquieren la bacteria, los vectores son infecciosos durante toda su vida (Purcell et al. 1979), sugieren que las medidas de erradicación de plantas en un radio de 50 m, independientemente de si están o no infectadas, tienen un valor limitado. Mientras que los adultos son capaces de dispersarse rápidamente a largas distancias, las ninfas son menos móviles y aunque puedan adquirir la bacteria, la pierden tras la muda (Purcell et al. 1979; Ossiannilsson 1981). Por tanto, uno de los aspectos clave en laestrategia de control de Xf debe ser la aplicación de medidas de control contra el vector en estadíos juveniles (ninfas). Por tanto, se construyó un modelo creciente de grados día (GDD: Growing Degree Days) para predecir el momento de la eclosión de huevos de P. spumarius (objetivo 2). Para ello, se monitorizaron huevos desde su oviposición hasta su eclosión, mientras se registraba diariamente la temperatura y la humedad relativa (RH: relative humidity) en cuatro localizaciones de campo situadas a diferentes altitudes en la Comunidad de Madrid. Los datos obtenidos se emplearon para la construcción del modelo GDD. Para ello, se utilizó una función de respuesta a la temperatura, que es una generalización de la aproximación lineal, con un umbral de temperatura mínima y máxima, así como una temperatura óptima de desarrollo. Además, se observó que la acumulación de GDD para la eclosión estaba correlacionada de forma negativa con la RH. Sin embargo, al no disponer de datos de humedad globales y contar únicamente con datos de eclosión de huevos sometidos a valores de RH superiores al 75%, en este estudio nos centramos en el modelo GDD basado exclusivamente en temperaturas. No obstante, los resultados muestran claramente que la humedad parece ser un factor determinante para la eclosión de huevos por tanto, será necesario realizar más investigaciones. Para validar el modelo GDD basado en temperaturas, comparamos las predicciones obtenidas con observaciones de ninfas recién emergidas en campo, procedentes de muestreos sistemáticos realizados en distintas regiones de la Península Ibérica durante los últimos seis años. Este modelo fue capaz de predecir de forma precisa la eclosión de huevos si consideramos que el momento de oviposición depende de la latitud. Básicamente, el modelo es capaz de predecir la eclosión de manera precisa en el sur (latitud <40ºN) de España si asumimos que la oviposición en el sur tiene lugar a principios de noviembre, mientras que las predicciones son precisas en el norte (latitud >40ºN), asumiendo que la oviposición en el norte tiene lugar a principios de octubre. Además, basándonos en las predicciones de eclosión del modelo, se ha desarrollado una herramienta de toma de decisión para establecer el momento adecuado para aplicar medidas de control, maximizando el número de ninfas sobre las que se aplica dicha medida. Los resultados muestran que, para optimizar las medidas de control y que sean aplicadas sobre un mayor número de ninfas, la mejor estrategia es tomar medidas de control en dos fechas distintas. Por lo tanto, el modelo desarrollado en esta Tesis podría ser empleado para predecir la emergencia de ninfas y adoptar medidas de control contra P. spumarius en estadíos juveniles en el momento más oportuno, pudiendo ser una herramienta útil para limitar y prevenir la propagación de enfermedades causadas por Xf. Asimismo, se desarrolló un ensayo de elección en condiciones de laboratorio, para estudiar la influencia que tienen siete especies distintas de plantas empleadas frecuentemente como vegetación de cubierta en diferentes cultivos leñosos en la preferencia de hembras adultas de P. spumarius para ovipositar (objetivo 3). De acuerdo con nuestros resultados, la presencia de Anthriscus cerefolium (L.) Hoffm. (Apiaceae) favoreció la oviposición, mientras que las dos especies de la familia Brassicaceae Diplotaxis tenuifolia (L.) DC y Sinapis alba (L.) no la favorecieron. Estas tres especies inducen una mortalidad alta sobre ninfas de P. spumarius (Morente et al. 2022), lo que sugiere que A. cerefolium es una buena candidata como especie trampa para la oviposición de P. spumarius, mientras que D. tenuifolia y S. alba podrían ser empleadas como especies repelentes. Del mismo modo, las hembras de P. spumarius mostraron una preferencia baja para ovipositar cerca de Bromus rubens (L.) (Poaceae). Sin embargo, N. campestris muestra una alta preferencia por esta especie durante todo su desarrollo (Mazzoni 2005; Morente et al. 2018b; Dongiovanni et al. 2019). Por tanto, antes de proponer B. rubens para su colocación como vegetación de cubierta en cultivos susceptibles a Xf, sería necesario estudiar más en detalle el papel que juega N. campestris como vector de la bacteria. Por otra parte, las dos especies de asteráceas, Taraxacum officinale (L.) y Sonchus oleraceus (L.) favorecen la oviposición de hembras de P. spumarius. Además, al igual que otras especies de la familia de las asteráceas, ambas especies son adecuadas para el desarrollo de P. spumarius (Morente et al. 2018b; Bodino et al. 2020) por lo que debería evitarse el uso de estas especies como cubierta vegetal en cultivos susceptibles a Xf. Por lo tanto, estos resultados abren nuevas vías para el manejo sostenible de vectores de Xf, utilizando determinadas especies de plantas como vegetación de cubierta, lo que podría reducir la propagación y prevalencia de Xf. Por último, aunque la utilización de insecticidas pueda resultar controvertida, a día de hoy, son una herramienta fundamental para el control de plagas. De hecho, gran parte de las prácticas recomendadas por la EU para el control de Xf están enfocadas a la utilización de insecticidas contra sus insectos vectores (regulación EU 2016/2031). Por tanto, se analizaron los efectos letales (supervivencia) y subletales (comportamiento alimentario) de seis agroquímicos comerciales (acetamiprid, deltametrina, spinosad, sulfoxaflor, piretrina y caolín) sobre P. spumarius (objetivo 4). Además, se estudió el impacto de insecticidas que mostraron diferente grado de toxicidad sobre afrofóridos (de mayor a menor: acetamiprid, piretrina, caolín) sobre la trasmisión de Xf por parte de P. spumarius bajo condiciones de elección y de no elección (objetivo 4). Los resultados obtenidos mostraron que la deltametrina, el acetamiprid y, aunque en menor medida, también la piretrina, influyeron de forma significativa sobre el comportamiento alimentario de P. spumarius. Sin embargo, mientras que la deltametrina y el acetamiprid resultaron ser altamente tóxicos contra P. spumarius, la mortalidad observada tras la exposición a piretrina fue baja. En cambio, el spinosad, el sulfoxaflor y el caolín no afectaron significativamente ni al comportamiento alimentario ni a la supervivencia de P. spumarius. Por otra parte, la piretrina y el acetamiprid redujeron la tasa de transmisión de Xf comparados con el caolín y el control, bajo condiciones de no elección. Sin embargo, bajo condiciones de elección, mientras que la piretrina también redujo la tasa de transmisión, el acetamiprid no la redujo de forma significativa. Estos resultados sugieren que antes de recomendar el uso de productos agroquímicos contra vectores de Xf es fundamental estudiar los efectos subletales de los mismos, así como su impacto sobre la transmisión de Xf. Las estrategias de control de vectores empleando agroquímicos, basadas en estudios donde se evalúa exclusivamente su toxicidad bajo condiciones de no elección probablemente fracasen a la hora de prevenir o reducir la propagación de la bacteria. En resumen, en esta Tesis se aportan nuevas perspectivas sobre diferentes aspectos de la dispersión y ecología de afrofóridos, proponiendo nuevas medidas de control contra ellos. Además, estos resultados podrían aportar nuevas herramientas para incorporar en los programas de Manejo Integrado de Plagas (IPM: Integrated Pest Management) contra posibles brotes de enfermedades causadas por Xf mediante el control adecuado de sus insectos vectores. ----------ABSTRACT---------- In a context of global change, one of the challenges for the agricultural industry is the increase of the emerging and re-emerging disease outbreaks, causing great losses in terms of crop production (FAO 2021). The arrival of a transboundary pathogen in a novel agroecosystem is one of the consequences of globalization and can seriously disturb ecological stability (Giovanna et al. 2018). This was the case of Xylella fastidiosa (Wells), Xf, a plant pathogenic bacterium native from Americas that has been recently introduced and established in the European continent throughout the importation of contaminated plant material (EFSA 2015). It was first detected in Apulia, Italy (Saponari et al. 2013) affecting millions of olive trees and it continues spreading at a rate of 20 km per year (EPPO 2019a; Saponari et al. 2019). After the Italian outbreak, subsequent mandatory large-scale surveys throughout European Union (EU) and in the Mediterranean Basin, led to discover it in France, Germany, Spain and Portugal (EFSA 2022) and outside of Europe in Israel (EPPO 2019b) and Iran (EFSA 2015). The bacterium affects several economically important crops i.e. olive, almond, grapevines and citrus, posing a great threat to European agriculture (Sicard et al. 2018). Concerning Xf mode of action, the bacterium colonizes and clogs the xylem vessels of the host plants, disrupting the sap transportation through the plant (Bhattacharyya et al. 2002) The symptoms widely vary depending on the host plants, from asymptomatic hosts to plants with visible symptoms, being the most common, chlorosis, yellowing, leaf and branches drying, overall plant decline and dieback (Purcell and Hopkins 1996; Sabella et al. 2019). This bacterium, as well as other plant pathogens, relies on insects as vectors to spread through the ecosystem. Putative vectors of Xf exclusively feed on xylem sap, which belongs to the order Hemiptera, suborder Cicadomorpha, Superfamilies Cicadoidea (cicadas) and Cercopoidea (spittlebugs) and the family Cicadellidae, subfamily Cicadellinae (sharpshooters) (Novotny and Wilson 1997; Redak et al. 2004; Almeida et al. 2005; Krugner et al. 2019). In America, the main vectors of Xf are sharpshooters; meanwhile, in Europe most of the potential vectors are spittlebugs (Cercopoidea). The meadow spittlebug, Philaenus spumarius (L.) (Hemiptera: Aphrophoridae) was identified as the main vector in Europe (EFSA 2015; Cornara et al. 2019). Moreover, Neophilaenus campestris (Fallen) and Philaenus italosignus (Drosopoulos & Remane), both Aphrophoridae, have been found to transmit Xf to olive and other plants under experimental conditions (Cavalieri et al. 2019). One of the critical components to preventing and controlling the development of vector-borne diseases is the profound study of the ecology, biology and behaviour of the vectors. Despite the increase of studies focused on P. spumarius and other potential vectors of Xf, these insect species have never been considered a threat to agriculture until the detection and establishment of Xf in Europe. Thus, knowledge of these insect vectors and their role in the epidemiology of Xf-diseases in the European continent is still scarce. The main objective of this Thesis was to generate knowledge regarding the dispersal behaviour, ecology and control of the meadow spittlebug P. spumarius. Moreover, some research was also performed on N. campestris which has been demonstrated to be able to transmit the bacterium, it is widely distributed in the Iberian Peninsula, but few studies have focused on these insect species. More precisely, the following specific objectives were covered in the present Thesis: (1) To study the flight performance of P. spumarius under laboratory conditions and to study the patterns of movement of N. campestris from herbaceous to woody hosts. (2) To build up a degree-day model to forecast the egg hatching of P. spumarius. (3) To determine the influence of herbaceous plants commonly used as cover crops on the preference of P. spumarius for oviposition. (4) To study the effect of chemical compounds against P. spumarius feeding behaviour, on its mortality and their impact on Xf transmission by the vector. The experiments of this Thesis were developed at “Instituto de Ciencias Agrarias del Consejo Superior de Investigaciones Científicas” (ICA-CSIC) (Madrid, Spain). Part of the experiments within objective 4 were conducted in collaboration with Dr. Daniele Cornara at the International Centre for Advanced Mediterranean Agronomic Studies - Institute of Bari (CIHEAM-Bari) in Valenzano, Italy. The first study aimed to assess P. spumarius flight potential and to analyse how different variables may affect its flight behaviour (objective 1). Adults of P. spumarius were tested using flight mill devices to study the impact of the season (spring, summer, autumn), population origin (Huelva, Madrid), sex (female, male) and daily patterns (morning, afternoon and night) on their flight performance. The following flight parameters were selected to estimate the flight performance of spittlebugs: (1) Flight incidence, the ability of a given insect to perform a successful flight (Yes/No). (2) Number of single flights. (3) Distance travelled (m). (4) Flight duration (s). (5) Mean speed (m/s). Flight mill recordings showed that the flight potential of P. spumarius was much higher than previously reported. It was able to fly ≈ 500 m in 30 min with a maximum single flight of 5.5 km in 5.4 h. Thus, it is likely to disperse further than the established sizes of the infected (50 m) and buffer zones (2.5 km-7 km) designated by the EU (EU 2020/1201, Articles 4 and 5, 2020), suggesting that the regulation should be revised. In addition, both sexes exhibited a high flight potential in autumn, during the reproductive period. These results suggest that the flight activity of P. spumarius is related to its life cycle and could reflect an evolutionary adaptation to maximize mating and fitness. Moreover, it was found that P. spumarius had a higher flight potential during the morning and the night than during the afternoon. This shows that this insect species has a daily distinct pattern of movement. In addition, the nocturnal flight activity of P. spumarius has not been previously reported and could impact the daily dispersal process of the vector, thus it should be considered to control the local expansion of Xf. All this knowledge on the flight potential of P. spumarius will be critical for improving management actions against this vector species. Considering the ability of N. campestris to transmit Xf and that it is widely distributed in Spain a second assay was performed to study its dispersal abilities in the field (objective 1). A Mass-Mark-Recapture (MMR) technique was developed to track between-field movements of N. campestris during its late spring migration from the ground cover grasses within olive groves to sheltered areas with different species of woody hosts. Before conducting the MMR assay, adults of N. campestris were marked with fluorescent dusts to test the persistence of the dusts and their effect on insects’ survival. Moreover, the effect of dusts on the flight performance of N. campestris was tested using flight mill devices. Dusts of marked insects were easily distinguishable with the naked eye 35 days after marking, additionally; dusts didn’t impact the survival or the flight behaviour of N. campestris. Furthermore, flight mill studies showed that N. campestris was able to fly long distances, reaching 1.4 km in an 82 min single flight. Once it was proven that marking didn’t affect the survival or flight performance of spittlebugs, adults of N. campestris were collected by sweep net in an olive grove in Los Santos de la Humosa (Madrid) in late spring 2019. Captured insects were marked and released in different locations. Six recapture samplings were performed 23 to 42 days after release (after ground cover vegetation dried out) in 12 different sites located within a maximum distance of 2.8 km from the release point. Neophilaenus campestris were mainly found in pine trees, and they were able to disperse a maximum distance of 2.47 km in 35 days, the longest distance covered by a spittlebug recorded in the field assay until now. Our findings on the dispersal abilities of adults of spittlebugs, together with the fact that once adults acquire the bacterium, they remain infectious the entire life (Purcell et al. 1979), suggest that the eradication of infected plants in a radius of 50 m, regardless their health status, are of limited value. While adults of spittlebugs can rapidly disperse long distances, nymphs are less mobile and if acquire Xf they lose it after moulting (Purcell et al. 1979; Ossiannilsson 1981), suggesting that one critical component of the overall strategy against Xf should be the application of control actions against vectors during the nymphal stage. Therefore, a growing degree day (GDD) model was built to forecast egg hatching of P. spumarius in the Iberian Peninsula (objective 2). For that purpose, eggs of P. spumarius were monitored, from oviposition to egg hatching, together with daily temperatures and relative humidity (RH) in four field locations at different altitudes in Central Spain. The collected data was used to build the GDD model. A temperature response function was used that was a generalization of the linear approximation approach, having a minimum, an optimal and a maximum temperature to construct the GDD model. Moreover, it was observed that the GDD accumulation for hatching was negatively correlated with the RH. Therefore, a correction of the general model was included to account for the effect of humidity. In this Thesis, I presented the general model, based solely on temperature data, in which a correction accounting for the effect of humidity was introduced. Unfortunately, global humidity data was not available and during the assays, eggs were subjected to RH higher than 75%, thus just the temperature-only based model could be applied. Nevertheless, the results obtained clearly show that humidity seems to be a critical factor in egg hatching and further research should be performed. To validate this GGD model, the model predictions were compared with systematic independent samplings of newborn nymphs, performed over the last six years in different regions in the Iberian Peninsula. It was found that the model was able to predict accurately the field data when the oviposition date was dependent on latitude. Assuming the oviposition date in early November, the model could successfully predict egg hatching for southern Spain (latitude<40ºN), while egg hatching was predicted with accuracy in northern Spain (latitude>40ºN) when oviposition was assumed in early October. Additionally, a decision-making tool based on the predicted date of egg hatching was developed, to settle the optimal dates to apply a control action maximizing the number of targeted nymphs. According to the results, controlling nymphs at two different dates would target the highest percentage of the nymphal population present in the field. The presented model could be used to predict the emergence of nymphs and adopt timely control actions against P. spumarius during the nymphal stage, thus it could be a useful tool to limit and prevent the spread of Xf- diseases. Furthermore, a multiple-choice assay was conducted to evaluate the influence of seven selected plant species, commonly used as cover crops in the oviposition preference of P. spumarius adults under laboratory conditions (objective 3). Results showed that the presence of Anthriscus cerefolium (L.) (Apiaceae) enhanced oviposition, while both Brassicaceae species, Diplotaxis tenuifolia (L.) and Sinapis alba (L.), did not. These three plants are known to have a lethal effect on P. spumarius nymphs (Morente et al. 2022). This suggests that A. cerefolium is an excellent candidate as a trap crop species, while D. tenuifolia and S. alba could be used as a repellent plant species for P. spumarius for oviposition. Similarly, P. spumarius’ oviposition nearby Bromus rubens (L.) (Poaceae) was low. However, B. rubens is a preferred host plant for N. campestris (Mazzoni 2005; Morente et al. 2018b; Dongiovanni et al. 2019). Hence, more knowledge about the role of N. campestris as a vector of Xf is necessary before proposing B. rubens as part of a cover crop on Xf-susceptible crops. In contrast, Taraxacum officinale (L.) and Sonchus oleraceus (L.) (both Asteraceae) enhance P. spumarius females’ oviposition. In addition, as well as other Asteraceae, both species are suitable to host plants for P. spumarius development, suggesting that these two species should be avoided as ground cover plants on Xf -susceptible crops. These results open new ways to manage the vectors of Xf by using specific plant species as ground covers, which in turn will reduce the spread and prevalence of Xf. Finally, despite insecticides are controversial, they are essential tools in modern pest management. Indeed, the practices recommended by the EU to control insect vectors of Xf remain focused on the targeted use of pesticides (Regulation EU 2016/2031). Therefore, the lethal (survival) and sub-lethal (feeding behaviour) effects of six commercial agrochemicals (acetamiprid, deltamethrin, spinosad, sulfoxaflor, pyrethrin, and kaolin) on P. spumarius were analysed (objective 4). Furthermore, the impact of insecticides displaying a different degree of acute toxicity against spittlebugs (highest to lowest: acetamiprid, pyrethrin and kaolin) on the transmission of Xf by P. spumarius was assessed under both free-choice and no-choice conditions (objective 4). The results obtained show that deltamethrin, acetamiprid and to a minor extent pyrethrin significantly impacted the feeding behaviour of P. spumarius. However, deltamethrin and acetamiprid were highly toxic against P. spumarius, but the mortality induced by exposure to pyrethrin was limited overall. In contrast, spinosad, sulfoxaflor and kaolin did not significantly impact P. spumarius feeding behaviour or survival. Under nochoice conditions, both pyrethrin and acetamiprid reduced the Xf transmission rate compared to kaolin and the control. On the other hand, pyrethrin reduced transmission, but acetamiprid failed to significantly affect the transmission under free-choice conditions. These results suggest that, before recommending the use of agrochemical compounds against vectors of Xf, it is essential to study their sublethal effects and their impact on Xf transmission. The control strategies against vectors using agrochemical compounds exclusively based on the evaluation of insecticide acute toxicity under nochoice conditions could most likely fail to prevent, or slow down, bacterial spread. The present Thesis provides new insights on several aspects of the dispersal behaviour, and ecology of spittlebugs, proposing effective control actions against them. In addition, the results obtained will help to develop new Integrated Pest Management (IPM) strategies to control Xf-diseases outbreaks by controlling vector populations.

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Item ID: 71717
DC Identifier: https://oa.upm.es/71717/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:71717
DOI: 10.20868/UPM.thesis.71717
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 19 Sep 2022 08:12
Last Modified: 19 Sep 2022 10:13
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