Claves atrayentes de la avispa invasora Sirex noctilio (Hymenoptera: Siricidae)

Abstract

En un contexto de creciente globalización, las invasiones biológicas y el número de plagas han aumentado notablemente. La avispa de los pinos, Sirex noctilio, es una importante plaga forestal endémica de Eurasia que, durante el siglo XX, ha demostrado un gran potencial invasor. En algunas de las regiones introducidas, la avispa se ha convertido en una plaga primaria de los pinos, ya que es capaz de causar la muerte rápida del árbol infectado y reducir significativamente la calidad de su madera, debido principalmente al crecimiento del hongo simbiótico Amylostereum areolatum. Una cuestión crítica para el éxito de la gestión de esta especie es el monitoreo de la población. En este sentido, los mecanismos de detección deben emplear a menudo métodos altamente sensibles (por ejemplo, trampas cebadas con semioquímicos y coloraciones específicas) para aumentar las probabilidades de detectar individuos cuando sus densidades son aún bajas. Por este motivo, en este trabajo se realizaron estudios sobre la ecología sensorial (es decir, química y visual) de la especie, con el objetivo último de desarrollar herramientas sostenibles para la gestión eficiente de la plaga. En primer lugar, en el Capítulo 2, se evaluó la respuesta comportamental de las hembras de S. noctilio bajo la hipótesis de que utilizan los volátiles de su simbionte fúngico Amylostereum areolatum y del pino para detectar árboles previamente atacados. La detección de un árbol previamente atacado, seguida por la oviposición (y por tanto la agregación del ataque a nivel de árbol), podría ser ventajosa para el desarrollo larvario, tanto nutricionalmente como en cuanto a las posibilidades de superar las defensas del árbol multiplicando la inoculación del hongo y del veneno fitotóxico. Se evaluó, mediante ensayos de olfatometría, la relevancia de los volátiles emitidos por el hongo creciendo en diferentes condiciones (medio artificial o madera de dos árboles hospedadores: Pinus contorta y Pinus ponderosa) sobre el comportamiento de las hembras adultas de S. noctilio. Los resultados mostraron que, ambas especies de pino con el hongo en crecimiento, resultaron altamente atractivas (vs. aire). Los resultados globales mostraron además una clara jerarquía en cuanto a la preferencia de las hembras por los estímulos evaluados, evidenciándose la mayor respuesta hacia el hongo que crecía en la especie de pino preferida: P. contorta. Estos resultados ponen de manifiesto la relevancia tanto del simbionte como de los volátiles de la madera de pino en el comportamiento de las avispas hembra. En este contexto, se propone que las respuestas comportamentales podrían ser el resultado del efecto combinado de olores de fondo (madera del hospedador) y olores indicadores de recursos (OIRs: simbionte fúngico). Por último, en cuanto a la preferencia hacia una de las especies hospedadoras, es bien sabido que la exposición durante las etapas pre-emergencia y/o tempranas de los adultos a una determinada especie/cultivar hospedadora, pueden afectar a las preferencias olfativas en etapas posteriores del ciclo biológico. Por lo tanto, los resultados obtenidos podrían estar asociados a experiencias tempranas con el hospedador natal, ya que todas las hembras utilizadas en los bioensayos se obtuvieron de árboles de P. contorta infestados. Alternativamente, las hembras podrían mostrar una preferencia innata por este quimiotipo. En segundo lugar, en el Capítulo 3 (bajo la misma hipótesis que en el capítulo anterior), se analizó la respuesta antenal (Cromatografía de Gases-Electroantenografía) de las hembras hacia los volátiles individuales emitidos por las mismas fuentes utilizadas en los ensayos comportamentales. Los resultados indican que las hembras perciben diferentes perfiles volátiles en función de la fuente evaluada. Se detectaron compuestos particulares que podrían ser relevantes en un posible contexto de olores de fondo - OIRs y posibles atrayentes específicos para las hembras de S. noctilio. En tercer lugar, el Capítulo 4 describe las investigaciones realizadas sobre las posibles señales visuales que podrían estar complementando la respuesta de atracción química de las hembras de S. noctilio. Mediante estudios de reflectancias, se analizaron las coloraciones de posibles fuentes de información visual relevante en un contexto biológico y ecológico de las hembras (es decir, el color de la corteza del pino, el abdomen del macho, las acículas cloróticas). Mediante este método, se seleccionaron los colores comerciales que más se asemejaban a los colores naturales y se evaluó en el campo la respuesta de las hembras a las trampas con dichas coloraciones. Los resultados sugieren que las trampas con una combinación de colores de corteza podrían potenciar la atracción de los insectos hacia las trampas con cebo químico. Por último, en el Capítulo 5, se propuso que debía existir un compuesto particular (en este caso, el anisaldehído) emitido por el simbionte fúngico capaz de atraer a las hembras de S. noctilio, y que, en combinación con los volátiles del hospedador y señales visuales particulares, potenciarían la atracción. Se demostró, por primera vez, la atracción comportamental de las hembras hacia el anisaldehído mediante pruebas de olfatometría en laboratorio (vs. aire). Además, se demostró que este compuesto es aún más atractivo que el hongo creciendo en medio artificial e incluso que la trementina (una sustancia que contiene volátiles del hospedador y es utilizada como cebo en las trampas). También probamos en el campo la eficiencia de captura de trampas panel, incluyendo información química y visual que pudiera resultar atractiva. Para las señales visuales, colocamos trampas negras (control) y con una combinación de coloraciones de la corteza. Además, cebamos las trampas con: trementina (es decir, volátiles de pino como olores de fondo), anisaldehído (es decir, olores fúngicos como OIRs) o una combinación de ambos (olores de fondo+OIRs). El presente trabajo pone de relieve la complejidad del mundo químico en el que navegan las hembras de S. noctilio y las claves visuales que podrían utilizar para localizar hospedadores y sitios de oviposición adecuados. Deberán realizarse futuros estudios para evaluar si las diferencias observadas en los niveles de atracción hacia las fuentes volátiles analizadas son producto del aprendizaje temprano de las avispas o se deben a respuestas innatas. En este contexto, si las experiencias tempranas afectan al comportamiento en etapas posteriores de las hembras de S. noctilio, debería prestarse atención al perfil químico de las especies de pino de monocultivo, ya que se podría maximizar el poder de atracción del cebo en función de las variaciones regionales de las especies. Los resultados indican que los semioquímicos del simbionte resultan altamente relevante para las hembras de S. noctilio. Además, aunque existen pruebas sustanciales del potencial del anisaldehído como posible atrayente químico y claves visuales que sugieren su relevancia, serán necesarios más estudios para confirmarlo. Una mayor comprensión de las bases químicas y visuales del comportamiento de las hembras de S. noctilio guiará el desarrollo de señuelos altamente atractivos y específicos para maximizar la atracción de las avispas en los programas de gestión de la vigilancia.

In a context of increasing globalization, biological invasions and the number of pests have increased markedly. The pine wasp, Sirex noctilio, is a major forest pest endemic to Eurasia that, during the 20th century, showed great invasive potential. In some of the introduced regions, the wasp has become a primary pest of pine trees, as is capable of causing rapid death of the infected tree and significantly reducing the quality of its wood, mainly due to the growth of the symbiotic fungus, Amylostereum areolatum. A critical issue for successful management of this species is population monitoring. In this sense, detection mechanisms must often employ highly sensitive methods (e.g. traps baited with specific semiochemicals and colorations) to increase the probabilities of detecting individuals when their densities are still low. For this reason, in this work, studies were conducted on the sensory ecology (i.e. chemical and visual) of the species, with the aim of developing sustainable tools for the efficient management of the pest. Firstly, in Chapter 2, the behavioral response of S. noctilio females was tested under the hypothesis that they use volatiles from their fungal symbiont Amylostereum areolatum and pine tree to detect previously attacked trees. The detection of a previously attacked tree, followed by oviposition (and thus aggregation of the attack at the tree level), could be advantageous for larval development, both nutritionally and in terms of the possibilities of overcoming the tree's defenses by multiplying the inoculation of the fungus and phytotoxic poison. The relevance of the volatiles emitted by the fungus growing in different conditions (artificial medium or wood from two host trees: Pinus contorta and Pinus ponderosa) on the behavior of S. noctilio adult females, was tested by olfactometry assays. Results showed that both pine species with the growing fungus were highly attractive (vs. air). The global results also showed a clear hierarchy in terms of female preference for the tested stimuli, with the highest response evidenced toward the fungus growing in the preferred pine species: P. contorta. These results highlight the relevance of both symbiont and pine wood volatiles in the oviposition behavior of female wasps. In this context, it is proposed that behavioral responses could be the result of the combined effect of background odors (host wood) and resource indicator odors (RIOs: fungal symbiont). Finally, the preference towards one of the host species, it is well known that pre-emergence and early exposure of adults to a given host species/cultivar can affect olfactory preferences in later stages of the life cycle. Therefore, the obtained results could be associated with early experiences with the natal host, since all females used in the bioassays were obtained from P. contorta infested trees. Alternatively, females could show an innate preference for this chemotype. Secondly, in Chapter 3 and under the same hypothesis as in the previous chapter, the antennal response (Gas Chromatography-Electroantennogram detection) of females toward the individual volatiles emitted by the same sources used in the behavioral tests, was analyzed. Results indicate that females perceive different volatile profiles depending on the tested source. Particular compounds that could be relevant in a possible context of background odors - RIOs and possible specific attractants for S. noctilio females were detected. In third place, Chapter 4 describes investigations on possible visual cues that could be complementing the chemical attraction response of S. noctilio females. Through reflectance studies, colorations of possible sources of relevant visual information in a biological and ecological context of females (i.e. pine bark color, male abdomen, chlorotic needles) were analyzed. By this method, commercial colors that most closely resembled natural colors were selected and the females' response to traps with these colorations was established in the field. The results suggest that traps with a combination of bark colors could enhance the attraction of insects to chemically baited traps. Finally, in Chapter 5, it was proposed that there must be a particular compound (i.e. anisaldehyde) emitted by the fungal symbiont capable of attracting S. noctilio females, and that in combination with host volatiles and particular visual cues, could enhance the attraction. The behavioral attraction of females to anisaldehyde was shown for the first time by olfactometry tests in the laboratory (vs. air). Moreover, it was shown that this compound is even more attractive than the fungus growing in artificial medium and even than turpentine (a substance containing host volatiles used as bait in traps). We also tested in the field the capture efficiency of the panel traps, including chemical and visual information that could be attractive. For visual cues, we set black traps (control) and with a combination of bark colorations. In addition, we baited the traps with: turpentine (i.e. pine volatiles as background odors), anisaldehyde (i.e. fungal odors as OIRs) or a combination of both (background odors+OIR). The present work highlight the complexity of the chemical world in which S. noctilio females navigate and the visual cues they could use to locate suitable hosts and oviposition sites. Future studies should be conducted to assess whether the observed differences in attraction levels to the volatile sources analyzed are a product of early wasp learning or due to innate responses. In this context, if early experiences affect the later stage behavior of S. noctilio females, attention should be paid to the chemical profile of monoculture pine species, as it could maximize lure attractiveness according to regional species variations. The results showed that the symbiont semiochemicals are highly relevant to S. noctilio females. Furthermore, although there is substantial evidence for the potential of anisaldehyde as a potential chemical attractant and visual cues suggesting its relevance, further studies will be needed to confirm this. Further understanding of the chemical and visual basis of S. noctilio female behavior will guide the development of highly attractive and specific lures to maximize wasp attraction in surveillance management programs.