http://http://dspace.unitus.it:80 The DSpace digital repository system captures, stores, indexes, preserves, and distributes digital research material. 2013-05-22T06:18:21Z http://hdl.handle.net/2067/1966 Title: Studio della simbiosi tra Aedes albopictus (Skuse) e Wolbachia pipientis in rapporto allo sviluppo di tecniche di lotta basate sulla incompatibilità citoplasmatica Authors: Calvitti, Maurizio Abstract: Aedes (Stegomyia) albopictus (Skuse) (Diptera: Culicidae) (zanzara tigre) è un culicide antropofilo potenzialmente tra i più dannosi per la salute dell’uomo in quanto vettore di diverse malattie virali (arbovirosi). La specie, in continua espansione geografica sia in Europa che in Africa e nelle Americhe, è recentemente salita alla ribalta dell’opinione pubblica per alcuni casi (circa 200), accertati in Emilia Romagna, di Chikungunya, una forma di influenza osteoarticolare di cui l’insetto è vettore. Le tecniche di lotta chimica tradizionali, utilizzate per il controllo di molte specie di zanzare, oltre ai problemi ambientali causati, non hanno riscosso grande successo per alcune di queste, come nel caso di Ae. albopictus, a causa dell’abbondanza e la diversità dei siti riproduttivi presenti anche in aree private non accessibili. Ciò ha portato ad un rinnovato interesse per le strategie di lotta genetica, quali ad esempio la Tecnica dell’Insetto Sterile (SIT). Questa tecnica di lotta autocida si basa su lanci ripetuti nel tempo di maschi sterili allevati. La specie Ae. albopictus è una buona candidata per tale strategia di lotta sulla base delle seguenti caratteristiche biologiche ed ecologiche: - adattabilità ai sistemi di allevamento massale, - monogamia, - bassa capacità di dispersione attiva e limitata a poche centinaia di metri, - distribuzione delle popolazioni prevalentemente urbana con affinità genetica tra le stesse. Tra le tecniche utilizzate per le sterilizzazione, oltre all’irraggiamento, viene presa in esame l’Incompatibilità Citoplasmatica (IC), una barriera riproduttiva post-copula tra individui della stessa specie infettati da diversi ceppi del batterio simbionte Wolbachia. E’ stato dimostrato che la IC può essere utilizzata nelle strategie di lotta autocida, in particolare verso quelle specie “target” che presentano appropriati “patterns” infettivi (coesistenza di popolazioni infette e non infette, presenza di popolazioni infettate con ceppi differenti del batterio). Recentemente le potenzialità di applicazione della IC sono state estese anche a quelle specie che in natura non sono infettate da Wolbachia quali ad esempio Aedes aegypti e Ceratitis capitata. Ciò è stato reso possibile grazie alla realizzazione di linee infettate artificialmente i cui maschi risultano riproduttivamente isolati dalle femmine selvatiche. Recenti studi hanno rilevato in Ae. albopictus la presenza di una doppia infezione omogeneamente distribuita. Obiettivo di questo lavoro, articolato in due fasi principali, è stato valutare la possibilità di utilizzare la IC quale sorgente di sterilità nella lotta autocida contro Ae. albopictus: la prima fase è stata rivolta ad acquisire una maggiore conoscenza delle caratteristiche della simbiosi Wolbachia- Ae. albopictus (pattern di distribuzione dell’infezione, parametri dell’infezione, effetti sui parametri di fitness dell’ospite); la seconda ha riguardato lo sviluppo di metodiche per il trasferimento di ceppi di Wolbachia prelevati da altre specie di insetti (Drosophila melanogaster e Culex pipiens) al fine di realizzare linee di laboratorio incompatibili con le popolazioni naturali. I risultati delle analisi molecolari del profilo di distribuzione dell’infezione di Wolbachia, eseguite su di campioni di popolazioni, provenienti sia dal “range” nativo che da alcune aree Europee di recente colonizzazione, hanno confermato che il pattern di infezione (co-infezione wAlb A e wAlb B) è omogeneo in tutto l’areale di Ae. albopictus. Per quanto riguarda lo studio della simbiosi tra Ae. albopictus e Wolbachia, i dati osservati hanno rilevato che la simbiosi influenza positivamente i parametri di “fitness” delle femmine, in particolare la longevità, mentre l’effetto dell’infezione sulla fecondità e sulla fertilità è risultato decisamente inferiore rispetto a quanto riportato in letteratura. Diversamente da quanto osservato nelle femmine, l’effetto della simbiosi su parametri di fitness dei maschi, è risultato ininfluente sia per quanto riguarda la capacità di sopravvivenza che la competitività sessuale, valutata in termini di competività nell’accoppiamento e della capacità spermatica. Lo studio, poi, delle altre caratteristiche dell’infezione quali la trasmissione verticale e la IC, ha confermato che in Ae. albopictus il batterio viene ereditato per via materna con la massima efficienza (100 % di progenie infetta) e che la induzione di IC è sempre del 100% indipendentemente dall’età del maschio. I risultati ottenuti, avendo confermato l’omogeneità dell’infezione, hanno reso la transinfezione un processo importante per sfruttare la sterilità dei maschi indotta dall’IC. Si è così cercato sia di mettere a punto una metodica di microiniezione embrionale che di selezionare ceppi del batterio più idonei per la transinfezione (wMel prelevato da Drosophila melanogaster e wPip prelevato da Culex pipiens). Dalla valutazione dei parametri delle transinfezioni (fitness adulti transinfettati, induzione IC) è emerso che Ae. albopictus può essere infettato sia con il ceppo di Wolbachia wMel, che con wPip. Poiché le femmine transinfettate hanno evidenziato una bassissima capacità di sopravvivenza, il tentativo di realizzare una nuova linea di Ae. albopictus transinfetatta non ha prodotto i risultati attesi. Tuttavia l’aver osservato che i maschi transinfettati con wPip inducono livelli di IC di poco inferiori al 100% è una buona base di partenza per realizzare linee transinfettate di Ae. albopictus che possano esprimere livelli di IC superiori a quelli sino ad oggi ottenuti con altre transinfezioni.; Aedes albopictus (Skuse) (Asian Tiger Mosquito) is an invasive desease vector, spreading in Europe with some countries heavily colonized (Albania and Italy) and others in the process of colonization (e.g. Croatia, France, Greece, Montenegro, Spain, Switzerland). The spread of Aedes albopictus (Skuse) is continuing also in Africa and America continents. Recently an epidemic of Chikungunya virus, supported by Ae. albopictus, took place in Northern Italy with more than 200 human cases. The control of this species with conventional methods appears particularly difficult mainly due to the large amount of breeding sites available in private areas. The experience conducted until now on community participation showed unsatisfactory results and consequently Ae. albopictus gained the role of main mosquito pest in most of the urban areas of the peninsula. Because of its recent introduction, the urban-related distribution, the low active dispersal potential, this species has been considered a suitable target for Sterile Insect Technique application, a suppression strategy that employs releases of sterile males. Previous studies have demonstrated that cytoplasmic incompatibility (CI), a form of sterility induced by the intracellular bacterium Wolbachia, can be used, instead of insect radiosterilization, as a mean for suppression strategies against target species with appropriate patterns of infection (coexistence of infected and uninfected populations, presence of populations harbourig different strains of Wolbachia). Application of this approach to a wider range of target species has been restricted by the lack of favourable patterns of infection as occurs in Ae. Albopictus reported to be uniformly infected with two Wolbachia strains. More recently, significant advances in microinjection methodology made it possible to transfer Wolbachia infection over genus barrier into not naturally infected hosts. Transinfection experiments based on the use of infected cytoplasm from early embryos resulted in the establishment of isofemale lines carrying a new Wolbachia infection in Aedes aegypti and Ceratitis capitata expressing complete CI. In this way, the potential role of Wolbachia induced CI in pest control resulted increased. In this work we studied the symbiosis between Ae. albopictus and Wolbachia in order to ascertain the role of Wolbachia-induced CI as a potential tool for Ae. albopictus genetic control. In the first part of the work, we investigated the pattern of distribution of Wolbachia in Ae. albopictus and the effects of infection on adult fitness. Furthermore we characterized some key parameters of the symbiosis such fidelity of maternal transmission and CI level. In the second part of the work, our main purpose was to generate a new incompatible infection in Ae. albopictus for genetic control. From the analysis of the pattern of distribution of Wolbachia, we found that Ae. albopictus is uniformly superinfected with two Wolbachia types (wAlb A and wAlb B). This means that it is not possible to identify natural incompatible strains in this mosquito species and that artificially generated incompatible infection is required. Results from the study of the effects caused by the infection on adult fitness allowed to associate an increase in survival capacity of females with the presence of Wolbachia. Differently from data reported in literature, we found that the effect of symbiosis on fertility and fecundity was not statistically significant. By comparing infected and uninfected males we ascertained that Wolbachia infection did not affect male longevity, mating competitiveness and sperm capacity. Results from the study of maternal transmission of infection and CI confirmed previous data reported in literature. Maternal transmission efficiency and CI were found at 100%. We confirmed that the multiple Wolbachia infections which naturally occur in Ae. albopictus make this mosquito a useful system in which to study the potential application of CI in insect pest control. In the second part of the work, we developed a methodology to accomplish the transfer of Wolbachia, via embryonic microinjection. We have evaluated the supportive host background, the adaptation and the induction of CI, when transferring in Ae. albopictus new Wolbachia strains from other infected species (wMel from Drosophila melanogaster and wPip from Culex pipiens). We found that Ae. albopictus can be artificially infected with both wMel and wPip strains. In particular, transfected wPip males resulted incompatible when crossed with uninfected females (egg mortality nearly 100%). Because transfected females were not able to survive enough for reproduction, it was not possible to establish transfected lines. Although these results are preliminar, they provide relevant information on the possibility to obtain transfected lines of Ae. albopictus showing a higher CI level than observed in transfected lines produced until now. Description: Dottorato di ricerca in Ecologia e gestione delle risorse biologiche 2008-03-06T23:00:00Z