Chestnut gall wasp (Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu): antennal morphology and natural control

Abstract

Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu (Hymenoptera, Cynipidae) is a gall wasp recently introduced in Italy and Europe; it is a key pest of Genus Castanea. Its control by chemical or agronomical methods is very expensive and not very effective. With this work we intend to contribute to the knowledge of this dangerous pest investigating two different aspects of the cynipid D. kuriphilus that can give information in a future plant protection strategy: from one side, the study of the sensory receptors of the antenna, and on the other the composition of the community of parasitoids related to this gall maker in central Italy. In the first part of the work was carried out the morpho-functional survey of the antennal structures through the techniques of electron microscopy. This study, also associated with future electrophysiological and behavioral analysis will certainly allow to develop measures of control and monitoring of D. kuriphilus such as confusion or attraction / repulsion toward plants (pheromones). In the second part are carried out surveys to deepen knowledge on parasitoid communities associated with D. kuriphilus, in order to value the potentiality of these natural enemies in implementation of biological control techniques. ANTENNAL MORPHOLOGY We carried out observations of Dryocosmus kuriphilus antenna by a Scanning Electron Microscope (SEM) and by a Transmission Electron Microscope (TEM). This antenna is geniculate and is composed of 14 antennomeres, the first proximal is the scape, the second is the pedicel and the last 12 compose the flagellum. The antenna has five different types of sensory receptors: - sensilla with a mechanosensory function (ST); - sensilla suitable to perceive volatile chemical stimula, with an olfactory function (MPS and CS); - sensilla with a mechano-gustatory function (SCH); - sensilla with a possible thermo-hygrosensitivity (SS). NATURAL CONTROL The purpose of the study was to evaluate in the presence of indigenous parasitoids of D. kuriphilus and to verify the presence of parasitoids of galling cynipid on spontaneous plants. The research was carried out in four locations: two in the province of Ascoli Piceno (San Pietro and Montemonaco) and two in the province of Rimini (Uffogliano and Piedimonte). In order to investigate the presence of native parasitoids of D. kuriphilus in each of the four chestnut were harvested 1000 (2010) or 200 (2011) galls of fore mentioned gall wasp. The emerged parasitoids were placed in absolute ethanol and stored at -20 ° C and, after an initial division into morphotypes, some representative samples were determined by the working group of Prof. Alma of Turin University. It has also taken place a collection of galls on the natural vegetation adjacent to the study sites, in order to verify the presence of indigenous parasitoids of gall makers. Finally, in the survey sites was carried out the analysis of the border spontaneous vegetation using the scale of cover-abundance / sociability of Blaun Blanquet and was assessed the rate of infestation of D.kuriphilus, calculated as a percentage of the total infected buds on the gems in the sprig of a year. In this study, D. kuriphilus parasitoid overall emergence rate was of 0.5% in 2010 and of 25.76% in 2011 (37.70% in spring and 13.83% in summer). 2011 data are far above the italian average values found in bibliography, where the emergence rate is always under or across 2-3% threshold. In all sites T. flavipes (Walker, 1833) (Toryminae, Torymini) was the most abundant species collected both in Spring and in Summer period, with an average parasitism rate of 75.75%. This study has shown that in T. flavipes the sex ratio is greatly female-biased, sign of good adaptation of this native species to the new exotic host. Further studies are needed to value the use of T. flavipes in biological control projects against D. kuriphilus. Furthermore this work showed the presence in the study places of a new italian association: Mesopolobus lichtensteini (Mayr, 1903) (Pteromalidae, Pteromalinae ). With regard to the collection of galls from spontaneous vegetation, we obtained from oaks some insects already known as related to D. kuriphilus: Torymus sp., T. flavipes, Ormyrus nitidulus (Ormyridae). Moreover we obtained from Andricus caputmedusae the parasitoid Megastigmus stigmatizans (Torymidae, Megastigminae), a parasitoid that has not emerged from the chestnut gall wasp. O. nitidulus has only recently been reported associated to D. kuriphilus in Italy (Quacchia et al., 2012). Due to this study can be hypothesized a relationship between the presence of oak trees and the consistence of parasitoid community. Concerning phytosociological analysis it has been highlighted a greater presence of oaks in the site where it has been detected a greater concentration of parasitoid, that could be ascribed to the shift of parasitoids from cynipidae gall makers of oaks to the chestnut gall wasp. However, further studies are necessary to assess the amount of the cynipid fauna in our study area.

Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu (Hymenoptera, Cynipidae) è un cinipide galligeno recentemente introdotto in Italia ed Europa; esso è un fitofago chiave del genere Castanea. Il suo controllo con metodi chimici o agronomici risulta molto dispendioso e poco efficace. Con questo lavoro si intende portare un contributo alla conoscenza di questo pericoloso fitofago, indagando due diversi aspetti che potranno dare un contributo in un futuro programma di difesa: da una parte lo studio dei recettori sensoriali dell’antenna, e dall’altra la composizione della comunità dei parassitoidi associati al cinipide nel centro Italia. Nella prima parte del lavoro è stata effettuata l’indagine morfo-funzionale delle strutture antennali di D. kuriphilus attraverso le tecniche di microscopia elettronica. Questo approfondimento, integrato in futuro con analisi elettrofisiologiche e comportamentali, potrà essere utile per mettere a punto strategie di controllo e di monitoraggio di D. kuriphilus come l’attrazione/repulsione nei confronti di composti volatili delle piante (feromoni). Nella seconda parte sono state condotte delle indagini per approfondire le conoscenze sulle comunità dei parassitoidi associati a D. kuriphilus con lo scopo di valutare la potenzialità di questi nemici naturali nell’applicazione di tecniche di lotta biologica (potenziamento e/o lanci di nemici naturali). MORFOLOGIA ANTENNALE Sono state effettuate osservazioni con il Microscopio Elettronico a Scansione (SEM) e con il Microscopio Elettronico a Trasmissione (TEM) dell’antenna di D. kuriphilus. Questa è genicolata ed è composta da 14 antennomeri, il primo prossimale è lo scapo, il secondo è il pedicello e gli ultimi 12 compongono il flagello. L’antenna ospita cinque tipi differenti di recettori sensoriali: - Un tipo di sensillo con funzione meccanica (ST); - Due tipi di sensilli adatti a percepire stimoli chimici volatili, con una funzione olfattiva (MPS e CS); - Un tipo di sensillo con funzione meccanica e gustativa (SCH); - Un tipo di sensillo con una possibile funzione di termo igro recezione (SS). CONTROLLO NATURALE Lo scopo della ricerca è stato quello di valutare la presenza di parassitoidi autoctoni associati a D. kuriphilus e a altri cinipidi galligeni presenti su altre specie vegetali spontanee. L’attività di ricerca è stata svolta negli anni 2010 e 2011 in quattro località: due nella provincia di Ascoli Piceno (San Pietro e Montemonaco) e due nella provincia di Rimini (Uffogliano e Piedimonte). Al fine di indagare la presenza di parassitoidi autoctoni di D. kuriphilus in ognuno dei quattro castagneti sono state raccolte 1000 o 2000 galle del cinipide in oggetto. I parassitoidi sfarfallati sono stati posti in etanolo assoluto e conservati a -20 °C e , dopo una prima divisione in morfotipi, alcuni campioni rappresentativi sono stati determinati dal gruppo di lavoro del Prof. Alma di Torino. Inoltre è stata effettuata una raccolta delle galle sulla vegetazione spontanea adiacente i siti di studio, al fine di verificare la presenza di parassitoidi di galligeni indigeni. Infine nei siti di indagine è stata effettuata l’analisi vegetazionale della vegetazione spontanea di bordo utilizzando la scala di copertura-abbondanza /sociabilità di Blaun Blanquet ed è stata misurato il tasso di infestazione di D. kuriphilus, calcolato come percentuale di gemme infestate sul totale delle gemme presenti nel rametto di un anno. In questo studio, il tasso di emergenza generale dei parassitoidi associati a D. kuriphilus è stato dello 0,5% nel 2010 e del 25,76% nel 2011 (37,70% in primavera e il 13,83% in estate). I valori del 2011 sono al di sopra dei valori medi italiani trovati in bibliografia, dove il tasso di emergenza riportato è intorno al 2-3%. In tutti i siti Torymus flavipes (Walker, 1833) (Toryminae, Torymini) è stata la specie più abbondante sia nella raccolta primaverile sia nell’estiva, con un tasso medio di parassitizzazione del 75,75%. Dai dati di questo studio è emerso che in questo cinipide la sex ratio di T. flavipes è fortemente sbilanciata verso le femmine indicando un buon adattamento di questa specie autoctona al nuovo ospite esotico. Ulteriori studi sono comunque da condurre per valutare l’impiego di T. flavipes in futuri programmi di lotta biologica nei confronti di D. kuriphilus. In questo studio è stata inoltre osservata una nuova associazione parassitoide/ cinipide castagno nel panorama nazionale: il parassitoide Mesopolobus lichtensteini (Mayr, 1903) (Pteromalidae, Pteromalinae ). La raccolta di galle sulla vegetazione spontanea ha permesso di ottenere da Quercus spp. alcuni esemplari già noti come associati a D. kuriphilus: Torymus sp., T. flavipes, Ormyrus nitidulus (Ormyridae). Inoltre è sfarfallato da individui di Andricus caputmedusae il parassitoide Megastigmus stigmatizans (Torymidae, Megastigminae), che comunque non è emerso da galle del cinipide del castagno. Ormyrus nitidulus è stato segnalato come associato a D. kuriphilus in Italia solo recentemente da Quacchia et al. (2012). Da questo studio è possibile ipotizzare una relazione positiva fra presenza di querce e densità delle popolazioni dei parassitoidi di D. kuriphilus. Infatti dall’analisi fitosociologica è stata evidenziata una maggiore presenza di querce nel sito in cui è stata rilevata una maggiore concentrazione di parassitoidi che potrebbe essere attribuito al passaggio dei parassitoidi dai cinipidi galligeni della quercia al cinipide del castagno. Comunque ulteriori studi sono necessari per valutare anche quantitativamente la presenza di cinipidi su quercia nella nostra area di studio