Biological control of the truffle beetle Leiodes cinnamomeus Panzer (Coleoptera: Leiodidae), using entomopathogenic nematodes (Steinernematidae and Heterorhabditidae)

Abstract

L'escarabat de la tòfona, Leiodes cinnamomeus, és una plaga important a les plantacions de tòfona negra (Tuber melanosporum). Adults i larves s'alimenten dels cossos fructífers durant la tardor i l'hivern, generant pèrdues econòmiques de fins al 70%. Aquesta tesi té com a objectiu establir les bases per al control biològic utilitzant nematodes entomopatògens (NEPs). Es va avaluar la presència de NEPs en diferents hàbitats tofoners a Terol i Catalunya, recollint 164 mostres de sòl de boscos, plantacions productives i plantacions de baixa productivitat. Es van trobar NEPs en el 4,3% de les mostres, identificant-se Steinernema feltiae i Heterorhabditis bacteriophora. Aquests NEPs es van trobar en tres tipus de textura de sòl (franc, franc sorrenc o franc argilós sorrenc), caracteritzats per un pH alcalí i alta matèria orgànica. La seva presència es va observar en boscos i plantacions de baixa productivitat, però no en plantacions productives. Es va provar la susceptibilitat dels adults i larves de l'escarabat a diferents espècies de NEPs i diverses temperatures. Steinernema carpocapsae va causar el 100% de mortalitat d’adults a 20°C. A 10°C, cap espècie va ser virulenta contra els adults set dies després de l'aplicació, tot i que a 10-15°C S. carpocapsae va ser altament virulenta. Per a les larves, totes les espècies de NEP van mostrar infectivitat a 20°C, mentre que només dues poblacions de S. feltiae van ser virulentes a 10°C. Heterorhabditis bacteriophora va causar el 100% de mortalitat de larves en diapausa a 25°C. Els NEPs utilitzen múltiples senyals sensorials per localitzar potencials hostes, com compostos orgànics volàtils i gradients de CO2. Els assaigs d'olfatometria van mostrar que S. feltiae i S. carpocapsae són atrets pels cossos fructífers de la tòfona. Els assaigs de quimiotaxi van revelar que S. feltiae se sent atret per certs alcohols de cadena llarga emesos pels cossos fructífers, especialment a baixa concentració. Aquesta atracció podria augmentar la probabilitat dels nematodes a trobar L. cinnamomeus durant les aplicacions al camp. Els olis essencials i NEPs podrien combinar-se en programes de Gestió Integrada de Plagues. Es van explorar els efectes d'Allium sativum, Mentha suaveolens i Satureja montana sobre els NEPs. Allium sativum va causar una elevada mortalitat dels NEPs, mentre que S. montana va mostrar repel·lència. En canvi, M. suaveolens va tenir un impacte mínim, suggerint la seva possible compatibilitat amb els NEPs. Es va provar la virulència d'una soca adaptada al fred del fong entomopatògen Lecanicilium muscarium i dels NEPs, aplicats sols o combinats, contra adults de L. cinnamomeus a 10°C i 15°C. Tot i que L. muscarium no va ser significativament virulent, S. carpocapsae i S. feltiae van mostrar una virulència significativa. Els nostres resultats suggereixen que una aplicació de L. muscarium, sol o en combinació amb NEPs, és poc probable que millori el control d'adults en comparació amb aplicacions individuals de NEPs. Assaigs de semi-camp van mostrar que H. bacteriophora pot matar les larves de L. cinnamomeus en diapausa, suggerint que la seva aplicació durant primavera i estiu podria ser una opció complementària. Els assaigs de camp realitzats durant la tardor dirigits contra adults i larves micòfagues no van permetre mostrar una eficàcia significativa de S. carpocapsae i S. feltiae, respectivament, degut a una manca de dades robustes. Això es podria atribuir a un disseny experimental a una escala massa local degut a l'elevada distribució agregada dels adults, la baixa presència de larves i la baixa producció de tòfones durant els últims dos anys. No obstant, l'elevada persistència a llarg termini dels nematodes al sòl suggereix que aquests poden perdurar després de la seva aplicació, destacant el seu potencial contra aquest escarabat.

El escarabajo de la trufa, Leiodes cinnamomeus, es una plaga importante en las plantaciones de trufa negra (Tuber melanosporum) del sur de Europa. Adultos y larvas se alimentan de los cuerpos fructíferos durante el otoño e invierno, generando pérdidas económicas de hasta el 70%. Esta tesis tiene como objetivo sentar las bases para el control biológico utilizando nematodos entomopatógenos (NEPs). Se evaluó la presencia de NEPs en diferentes hábitats truferos en Teruel y Cataluña, recolectando 164 muestras de suelo de bosques, plantaciones productivas y plantaciones de baja productividad. Se encontraron NEPs en el 4,3% de las muestras, identificándose Steinernema feltiae y Heterorhabditis bacteriophora. Estos NEPs se encontraron en tres tipos de textura de suelo (franco, franco arenoso o franco arcilloso arenoso), caracterizados por un pH alcalino y alta materia orgánica. Su presencia se observó en bosques y plantaciones de baja productividad, pero no en plantaciones productivas. Se probó la susceptibilidad de los adultos y larvas del escarabajo a distintas especies de NEPs y diversas temperaturas. Steinernema carpocapsae causó el 100% de mortalidad en adultos a 20°C. A 10°C, ninguna especie fue virulenta contra los adultos siete días después de la aplicación, aunque a 10-15°C S. carpocapsae fue altamente virulenta. Para las larvas, todas las especies de NEP mostraron infectividad a 20°C, mientras que solo dos poblaciones de S. feltiae fueron virulentas a 10°C. Heterorhabditis bacteriophora causó el 100% de mortalidad de las larvas en diapausa a 25°C. Los NEPs utilizan múltiples señales sensoriales para localizar a potenciales hospedadores, como compuestos orgánicos volátiles y gradientes de CO2. Los ensayos de olfatómetro mostraron que S. feltiae y S. carpocapsae son atraídos por los cuerpos fructíferos de la trufa. Los ensayos de quimiotaxis revelaron que S. feltiae se siente atraída por ciertos alcoholes de cadena larga emitidos por los cuerpos fructíferos, especialmente a baja concentración. Esta atracción podría aumentar la probabilidad de los nematodos a encontrar L. cinnamomeus durante las aplicaciones en el campo. Los aceites esenciales y NEPs podrían combinarse en programas de Gestión Integrada de Plagas. Exploramos los efectos de Allium sativum, Mentha suaveolens y Satureja montana sobre los NEPs. Allium sativum causó una elevada mortalidad en los NEPs y redujo su infectividad, mientras que S. montana mostró repelencia. En contraste, M. suaveolens tuvo un impacto mínimo, lo que sugiere su posible compatibilidad con los NEPs. Se probó la virulencia de una cepa adaptada al frío del hongo entomopatógeno Lecanicilium muscarium y de los NEPs, aplicados solos o combinados, contra adultos de L. cinnamomeus a 10°C y 15°C. Aunque L. muscarium no fue significativamente virulento, S. carpocapsae y S. feltiae mostraron una virulencia significativa. Nuestros resultados sugieren que una aplicación de L. muscarium, solo o en combinación con NEPs, es poco probable que mejore el control de adultos en comparación con aplicaciones individuales de NEPs. Ensayos de semi-campo mostraron que H. bacteriophora puede matar las larvas de L. cinnamomeus en diapausa, sugiriendo que su aplicación durante primavera y verano podría ser una opción complementaria. Los ensayos de campo realizados durante el otoño dirigidos contra adultos y larvas micófagas no permitieron observar una eficacia significativa de S. carpocapsae y S. feltiae, respectivamente, debido a una falta de datos robustos. Esto podría atribuirse a un diseño experimental a una escala demasiado local debido a la elevada distribución agregada de los adultos, la baja presencia de larvas y la baja producción de trufas durante los dos últimos años. Sin embargo, la elevada persistencia a largo plazo de los nematodos en el suelo sugiere que los NEPs pueden perdurar tras su aplicación, destacando el potencial de los NEPs contra este escarabajo.

The truffle beetle, Leiodes cinnamomeus, is the most important pest in black truffle (Tuber melanosporum) plantations in Southern Europe. Adults and larvae feed on the truffle fruitbodies during autumn and winter, causing galleries that generate economic losses of up to 70% in plantations. The present thesis aims to settle the foundations for biological control using entomopathogenic nematodes (EPNs). A survey of EPNs was conducted across different truffle-growing habitats in Teruel and Catalonia (Spain), collecting 164 soil samples from forests, productive plantations, and null-low productive plantations. EPNs were found in 4.3% of the samples, with four Steinernema feltiae and three Heterorhabditis bacteriophora isolates being identified. These EPNs were found in in three types of soil texture (loam, sandy loam or sandy clay loam), characterized by alkaline pH and high organic matter. Their presence was observed in forests and null-low productive plantations but not in productive plantations. The susceptibility of L. cinnamomeus adults and larvae to different EPN species was tested at various temperatures under laboratory conditions. Steinernema carpocapsae caused 100% mortality in adults at 20°C. At 10°C, no EPN species was virulent against adults seven days after application, although at 10-15°C S. carpocapsae achieved 76.6-96.6% mortality. For larvae, all EPN species showed infectivity at 20°C (43.3-83.3% mortality), while only two isolates of S. feltiae were virulent at 10°C (50-53.3% mortality) seven days after application. Heterorhabditis bacteriophora caused 100% mortality of diapause larvae at 25°C. EPNs utilize multiple sensory cues to locate hosts, such as volatile organic compounds (VOCs) and CO2 gradients. We reported for the first time the attraction of EPNs to truffle fruitbodies and identified some VOCs potentially playing a key role in this interaction. Olfactometer assays showed that S. feltiae and S. carpocapsae are attracted to truffle fruitbodies. Chemotaxis assays revealed that S. feltiae is attracted to certain long-chain alcohol compounds emitted by truffle fruitbodies, especially at low concentration. This attraction may enhance the likelihood of encountering L. cinnamomeus during field applications. Essential oils are recently being investigated for the control of adults. Therefore, both control methods could be combined in Integrated Pest Management programs to enhance their efficacy. Our study explored the effects of Allium sativum, Mentha suaveolens, and Satureja montana on EPNs. Allium sativum caused high mortality in EPNs and reduced their infectivity, while S. montana displayed some lethality and repellent properties. In contrast, M. suaveolens had minimal impact, suggesting its potential compatibility with EPNs. The virulence of a cold-adapted strain of the entomopathogenic fungus Lecanicilium muscarium and EPNs, applied alone or combined, was tested against L. cinnamomeus adults at 10°C and 15°C. While L. muscarium was not significantly virulent, S. carpocapsae and S. feltiae showed significant virulence. Our results suggest L. muscarium applied alone or in combination with EPNs, either simultaneously or sequentially, is unlikely to improve the suppression of L. cinnamomeus adults compared to single EPNs applications. Semi-field assay showed H. bacteriophora can kill L. cinnamomeus larvae in diapause inside earthen aestivation chambers, suggesting that their application during spring and summer could serve as a complementary option. Field trials conducted during autumn targeting adults and mycophagous larvae did not permit the observation of significant efficacy of S. carpocapsae and S. feltiae, respectively. This lack of evidence of effectiveness may be attributed to limitations in the local-scale experimental design, including the highly aggregated distribution of adults, low infestation rates of larvae, and the low truffle production during the two-year experimental period. However, the high long-term persistence of infective juveniles, particularly S. feltiae within truffle nests, highlights the potential of EPNs for L. cinnamomeus control. Future efficacy assays should focus on large-scale EPN applications to mitigate the limitations observed.