Seasonality, life cycle and vectorial capacity of Xylella fastidiosa insect vectors in the main crops of the Balearic Islands

Abstract

[eng] Xylella fastidiosa (Wells et al. 1987) is a gram-negative Gammaproteobacterium pathogen of plants and limited to the xylem conduits. The bacterium is capable to infect more than 600 different plant species causing several types of diseases (i.e., Pierce's disease, citrus variegated chlorosis, leaf scorch). It is transmitted by xylem sap feeder insects from the order Hemiptera and suborder Cicadomorpha. In Europe, the major vectors belong to the family Aphrophoridae. Xylella fastidiosa was detected in 2013 in Italy and in 2016 in the Balearic Islands. The general objectives of the thesis are i) macrocosm and microcosm studies of the vectors in the major agrosystems of the Balearic Islands; ii) Prevalence of X. fastidiosa in the vectors and vectorial capacity of potential vectors; iii) Test a cultural method against vectors. Nine organic farms (three olive, three vineyards and three almond) were selected in Majorca for conducting annual monitoring. The islands of Minorca, Ibiza and Formentera were sampled twice a year (summer and autumn). Insects were collected biweekly in each plot in Majorca by using a sweep net for adults and a wood frame of 0.25 m2 for nymphs. In the microcosm study, 50 cages containing one male and one female of Philaenus spumarius, one plant species per cage (Rosmarinus officinalis, Mentha x piperita, Ocimum basilicum, Pistacia lentiscus or Lavandula dentata) and substrate for oviposition (straw) were placed at field conditions. Insects were placed inside the cages from September to November, then cages were checked to detect egg batches and monitor nymphs’ development. From the adults collected from the field, the prevalence of X. fastidiosa was determined by qPCR. In a first approach, field collected insects were caged for the vector competence studies with X. fastidiosa free plants of Medicago sativa for 96 h. Then, insects were analysed by qPCR. Samples taken from plants were analysed 15, 30, 45 and 60d post inoculation. Moreover, in a second approach, nymphs were collected from the field, reared until adults and put in contact with vine and almond X. fastidiosa infected trees for 96 h acquisition access period. Then, adults were in contact with alfalfa plants for 96 h inoculation access period. Both adults and alfalfa plants were analysed by qPCR. Finally, for the mechanical control method test, the ground cover vegetation was mowed or tilled from olive and vineyard farms to assess the control of nymphs of X. fastidiosa vectors. Philaenus spumarius and Neophilaenus campestris (Aphrophoridae) were recorded in the Balearic Islands. Results indicated that nymphs were present from early-May to early-June. Philaenus spumarius nymphs were more abundant in the cover vegetation of olive crops, followed by vineyard and almond ones, while N. campestris was more abundant in olive and almond. The highest abundance of P. spumarius adults was recorded in May and October in the cover vegetation. Presence of adults increased in trees in June, while presence in the border vegetation of the crop increased in August and decreased around October. In the case of N. campestris, the highest abundance of adults was detected in the cover plants in May and November, however its presence in trees and border vegetation can be considered negligible. The prevalence of X. fastidiosa from the insects collected (1059 insects analysed) was 22.8 %; P. spumarius showed a prevalence of 23.6 % and N. campestris of 20.8 %. The island with the highest prevalence was Majorca reaching the 24 %, followed by Menorca (21.5 %) and Ibiza (21 %), Formentera remained free of X. fastidiosa. Xylella fastidiosa subsp. fastidiosa and multiplex were detected in insects form Majorca, X. fastidiosa subsp. multiplex was determined in Minorca and X. fastidiosa subsp. pauca was identified in Ibiza. The first approach of transmission test showed a 16.3 % of positive insects (N = 264). Inoculation to M. sativa was confirmed since the plants were positive by qPCR 15, 30, 45 and 60 days after inoculation. In the second approach, P. spumarius acquired the bacteria from almond (34.4 % of insects) and from vineyard (87.7 %). Only insects that acquired the bacterium from almond, transmitted X. fastidiosa to alfalfa plants. Results on the mechanical control test showed that mowing and tilling affect nymphs of X. fastidiosa vectors by reducing its density significantly below that of control zones.

[cat] Xylella fastidiosa (Wells et al. 1987) és un fitopatogen gramnegatiu que pertany als Gammaproteobacteris i només envaeix els conductes del xilema. El bacteri és capaç d'infectar més de 600 espècies vegetals diferents causant diversos tipus de malalties (com per exemple, la malaltia de Pierce, la clorosi variegada dels cítrics o el Síndrome del decaïment sobtat de l’olivera). Es transmet per insectes de l'ordre dels hemípters i del subordre dels cicadomorfs que s’alimenten del fluid xilemàtic. A Europa, els principals vectors de propagació pertanyen a la família Aphrophoridae. Xylella fastidiosa es va detectar a Europa l’any 2013 i al 2016 a les Illes Balears. Els objectius generals de la tesi són: i) Estudi del macrocosmos i microcosmos dels vectors en els agrosistemes més rellevants de les Illes Balears; ii) Prevalença de X. fastidiosa als vectors i capacitat vectorial dels potencials vectors; iii) Assaig d’un mètode de control cultural enfront els vectors. S'han seleccionat a Mallorca nou explotacions ecològiques (tres d'olivera, tres de vinya i tres d'ametllers) per fer un seguiment anual. Les illes de Menorca, Eivissa i Formentera es van mostrejar dos cops l'any (estiu i tardor). Els insectes es van recollir quinzenalment a cada parcel·la de Mallorca, els adults mitjançant màniga entomològica i les nimfes amb un marc de fusta de 0,25 m2. A l'estudi del microcosmos, es van col·locar al camp 50 gàbies que contenien un mascle i una femella de P. spumarius, una planta per gàbia (Rosmarinus officinalis, Mentha x piperita, Ocimum basilicum, Pistacia lentiscus o Lavandula dentata) i substrat per a l'oviposició (palla). Els insectes es van col·locar dins de les gàbies de setembre a novembre, després es van comprovar per detectar postes d'ous i controlar el desenvolupament de les nimfes. A partir dels vectors adults recollits al camp, es va determinar la prevalença de X. fastidiosa mitjançant qPCR. Per als estudis de competència vectorial, es van realitzar dos tipus d'assajos. Per al primer tipus, els insectes adults recollits al camp es van posar en contacte amb Medicago sativa lliures de X. fastidiosa durant 96 h. A continuació, es van analitzar els insectes mitjançant qPCR. Les mostres de plantes es van analitzar els 15, 30, 45 i 60 dies després de la inoculació. Per al segon tipus, es van recollir nimfes del camp, es van criar fins a adults i es van posar en contacte amb arbres de vinya i ametller infectats de X. fastidiosa durant 96 h. Aleshores, els adults es van posar en contacte amb plantes d'alfals durant un període d'inoculació de 96 h. Tant les plantes d’alfals com els vectors es van analitzar mitjançant qPCR. Finalment, per a l’assaig del mètode de control mecànic, es va segar o llaurar la vegetació de la coberta del sòl de granges d’olivera i vinya per avaluar el control de les nimfes dels vectors X. fastidiosa. A les Illes Balears s’han detectat els insectes vectors P. spumarius i N. campestris (Aphrophoridae). Les nimfes estaven presents des de principis de maig fins a principis de juny. Les nimfes de P. spumarius eren més abundants a la vegetació de coberta dels cultius d'olivera, seguides de vinya i ametller, mentre que N.campestris era més abundant en olivera i ametller. La major abundància d'adults de P. spumarius es va registrar a maig i octubre a la vegetació de coberta. La presència d'adults va augmentar als arbres al juny, mentre que la presència a la vegetació de vora del cultiu va augmentar a l'agost i va disminuir cap a l'octubre. En el cas de N. campestris, la major abundància d'adults es va detectar a les plantes de coberta durant els mesos de maig i novembre, però la seva presència en arbres i vegetació de vorera es pot considerar insignificant. La prevalença de X. fastidiosa dels insectes recollits a camp va ser del 22.8 %, P. spumarius va mostrar una prevalença del 23.6 % i N. campestris del 20.8 %. L'illa amb major prevalença va ser Mallorca arribant al 24 %, seguida de Menorca (21.5 %) i Eivissa (21 %), Formentera es va mantenir lliure de X. fastidiosa. Xylella fastidiosa subsp. fastidiosa i multiplex es va detectar a insectes capturats a Mallorca, X. fastidiosa subsp. multiplex a Menorca i X. fastidiosa subsp. pauca a Eivissa. El primer tipus de prova de transmissió va mostrar un 16.3 % d'insectes positius (N = 264). Es va confirmar la inoculació a M. sativa ja que les plantes eren positives per qPCR 15, 30, 45 i 60 dies després de la inoculació. En el segon tipus de prova, P. spumarius va adquirir el bacteri de l'ametller (34.4 % dels insectes) i de la vinya (87.7 %), i, només d'insectes d'ametller, es va confirmar la inoculació a plantes d'alfals. Els resultats de la prova de control mecànic van mostrar que la sega i el conreu afecten a les nimfes de vectors de X. fastidiosa reduint la seva densitat significativament a les zones de control.

[spa] Xylella fastidiosa (Wells et al. 1987) es una Gammaproteobacteria gramnegativa patógena que invade los conductos del xilema de las plantas. La bacteria es capaz de infectar a más de 600 especies de plantas diferentes y causar varios tipos de enfermedades (p.ej. la enfermedad de Pierce, la clorosis variegada de los cítricos y el síndrome del declive rápido del olivo). Se transmite mediante insectos que se alimentan de la savia del xilema perteneciente al orden Hemiptera y el suborden Cicadomorpha. En Europa, los principales vectores de propagación pertenecen a la familia Aphrophoridae. Xylella fastidiosa se detectó en 2013 en Europa y en 2016 en las Islas Baleares. Los objetivos generales de la tesis son: i) estudio del macrocosmos y microcosmos en los agrosistemas más relevantes de las Islas Baleares; ii) Prevalencia de X. fastidiosa en los vectores y capacidad vectorial de los potenciales vectores; iii) Ensayo de un método de control cultural frente a los vectores. Se seleccionaron nueve fincas ecológicas (tres de olivo, tres de viña y tres de almendro) en Mallorca para realizar un seguimiento anual. Las islas de Menorca, Ibiza y Formentera se muestrearon dos veces al año (verano y otoño). Los insectos se recolectaron quincenalmente en cada parcela de Mallorca utilizando una manga entomológica para capturar los adultos y un marco de madera de 0,25 m2 para ninfas. En el estudio de microcosmos, se colocaron en campo 50 jaulas que contenían un macho y una hembra de P. spumarius, una planta por jaula (Rosmarinus officinalis, Mentha x piperita, Ocimum basilicum, Pistacia lentiscus o Lavandula dentata) y sustrato para la oviposición (paja). Los insectos se colocaron dentro de las jaulas de septiembre a noviembre, luego se revisaron para detectar puestas de huevos y monitorear el desarrollo de las ninfas. De los adultos recolectados en el campo, se determinó la prevalencia de X. fastidiosa por qPCR. Para los estudios de competencia vectorial, se llevaron a cabo dos tipos de ensayos. Para el primer tipo, los insectos recolectados en el campo se pusieron en contacto con plantas de Medicago sativa libres de X. fastidiosa de durante 96 h. Luego, los insectos fueron analizados por qPCR. Las muestras tomadas de las plantas se analizaron 15, 30, 45 y 60 días después de la inoculación. Para el segundo tipo, las ninfas se recolectaron del campo, se criaron hasta adultos y se pusieron en contacto con árboles de almendro y vid infectados con X. fastidiosa durante un periodo de adquisición de 96 h. Pasado este tiempo, los adultos estuvieron en contacto con las plantas de alfalfa durante un período de inoculación de 96 h. Tanto los adultos como las plantas de alfalfa se analizaron mediante qPCR. Finalmente, para la prueba del método de control mecánico, se segó o labró la vegetación de la cubierta vegetal de fincas de olivos y viñedos para evaluar el control de las ninfas de los vectores X. fastidiosa. En las Islas Baleares se han encontrado dos especies de vectores, P. spumarius y N. campestris (Aphrophoridae). Las ninfas estuvieron presentes desde principios de mayo hasta principios de junio. Las ninfas de P. spumarius fueron más abundantes en la cubierta vegetal de los cultivos de olivo, seguidas de las de vid y almendro, mientras que N. campestris fue más abundante en el olivo y el almendro. La mayor abundancia de adultos de P. spumarius se registró en mayo y octubre en la cubierta vegetal. La presencia de adultos aumentó en los árboles en junio, mientras que la presencia en la vegetación de borde del cultivo fue mayor en agosto y disminuyó en octubre. En el caso de N. campestris, la mayor abundancia de adultos se detectó en la cubierta en mayo y noviembre, sin embargo, su presencia en árboles y vegetación de borde puede considerarse negligible. La prevalencia de X. fastidiosa en los insectos recolectados fue de 23 %, P. spumarius mostró una prevalencia de 23.8 % y N. campestris de 20.8 %. La isla con mayor prevalencia fue Mallorca con un 24 %, seguida de Menorca (21.5 %) e Ibiza (21 %), Formentera se mantuvo libre de X. fastidiosa. Xylella fastidiosa subsp. fastidiosa y multiplex se detectó en insectos capturados en Mallorca, X. fastidiosa subsp. multiplex en Menorca y X. fastidiosa subsp. pauca en Ibiza. El primer tipo de prueba de transmisión mostró un 16.3 % de insectos positivos (N = 264). Se confirmó la inoculación a M. sativa ya que las plantas fueron positivas por qPCR a los 15, 30, 45 y 60 días después de la inoculación. En el segundo tipo, P. spumarius adquirió la bacteria del almendro (34.4 % de los insectos) y del viñedo (87.7 %), y, solo de los insectos del almendro, se confirmó la inoculación a las plantas de alfalfa. Los resultados de la prueba de control mecánico mostraron que la siega y la labranza afectan a las ninfas de los vectores X. fastidiosa al reducir su densidad de forma significativa a las zonas de control, disminuyéndola.