Μελέτη στοιχείων της βιολογίας-οικολογίας κρυπτικών ειδών του συμπλόκου Chrysoperal carnea sensu lato

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, μελετήθηκαν στοιχεία της βιολογίας και οικολογίας των Ευρωπαϊκών κρυπτικών ειδών του συμπλόκου Chrysoperla carnea sensu lato: C. agilis, C. carnea s.s., C. lucasina, C. mediterranea και C. pallida (Neuroptera: Chrysopidae). Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση των αριθμών των συζεύξεων των ενήλικων ατόμων του είδους C. agilis στη διάρκεια ζωής και ωοπαραγωγή των θηλυκών και η επίδραση της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας στην ανήλικη ανάπτυξη, στην επιβίωση και ωοπαραγωγή των ενηλίκων ατόμων των ειδών του συμπλόκου Chrysoperla carnea sensu lato.Η επίδραση των αριθμών των συζεύξεων των ενήλικων ατόμων του αρπακτικού εντόμου Chrysoperla agilis Henry et al. στη μακροζωία και στην ωοπαραγωγή των θηλυκών μελετήθηκε σε εργαστηριακές συνθήκες. Νεαρά ενήλικα θηλυκά διατηρούνταν σε ατομικά κλουβιά εκτροφής παρουσία αρσενικών είτε για μία εβδομάδα, είτε για ολόκληρη την ενήλικη ζωή τους. Βρέθηκε ότι η συνολική ωοπαραγωγή των θηλυκών ατόμων ήταν υψηλότερη στη μακροχρόνια έκθεση σε αρσενικά (302,1 έναντι 421,1 αυγών αντίστοιχα). Ωστόσο, η διάρκεια ζωής των θηλυκών ήταν παρόμοια, είτε τα αρσενικά άτομα ήταν παρόντα για μία εβδομάδα είτε για όλη τη διάρκεια της ζωής τους (64,8 και 66,1 ημέρες, αντίστοιχα). Η διάρκεια ζωής των παρθένων θηλυκών ήταν μεγαλύτερη (94,1 ημέρες) από αυτή των συζευγμένων θηλυκών, αποθέτοντας όμως μικρό αριθμό (54,5) (άγονων) αυγών. Επιπλέον, η ενδογενής ταχύτητας αύξησης (rm) ήταν υψηλότερη (0,1321) όταν τα θηλυκά εκτείθονταν συνεχώς σε αρσενικά. Συμπερασματικά, η έκθεση των θηλυκών ατόμων του είδους C. agilis σε αρσενικά άτομα για μία εβδομάδα αρκεί για την κάλυψη περίπου του 70% της μέγιστης ωοπαραγωγής.Η επίδραση της θερμοκρασίας στην ταχύτητα ανήλικης ανάπτυξης και το ποσοστό ενηλικίωσης μελετήθηκε στο εργαστήριο σε μία σειρά εννέα σταθερών θερμοκρασιών (15, 17,5, 20, 25, 27,5, 30, 31,5, 33, 34 και 35ºC) και σε συνθήκες φωτοπερίοδου με 16 ώρες φωτόφαση (16:8 ΦΣ), για τα είδη: C. agilis, C. carnea s.s., C lucasina, C. mediterranea και C. pallida. Καθ’ όλη τη διάρκεια της ανήλικης ανάπτυξης, οι προνύμφες όλων των ειδών τρέφονταν με αυγά του Λεπιδοπτέρου Ephestia kuehniella. Σε όλες τις θερμοκρασίες που μελετήθηκαν οι προνύμφες όλων των ειδών ολοκλήρωσαν επιτυχώς την ανάπτυξή τους, εκτός από το είδος C. mediterranea όπου καμία προνύμφη δεν επιβίωσε σε θερμοκρασία 15οC. Επίσης, στην υψηλότερη από τις θερμοκρασίες που μελετήθηκαν (35οC) το ποσοστό επιβίωσης ήταν μηδενικό για το σύνολο των πέντε κρυπτικών ειδών. Στο εύρος θερμοκρασιών από 20oC έως 30oC παρατηρήθηκαν τα υψηλότερα ποσοστά ενηλικίωσης, ενώ αντίθετα από 31,5oC έως 34oC τα ποσοστά αυτά ήταν σημαντικά χαμηλότερα. Η κάτω θερμοκρασία ουδός για το είδος C. mediterranea υπολογίστηκε σε 14,9 ºC και 14,6 ºC, ενώ για τα υπόλοιπα είδη ήταν αρκετά χαμηλότερη και κυμάνθηκε από 11,4ºC έως 11,8ºC και από 11,1ºC έως 11,7ºC για τα αρσενικά και για τα θηλυκά άτομα, αντίστοιχα. Επιπλέον, βρέθηκε ότι η θερμοκρασία επηρεάζει σημαντικά την διάρκεια ζωής, την επιβίωση και την ωοπαραγωγή και των πέντε ειδών του συμπλόκου Chrysoperla carnea sensu lato, που αποτελούν αντικείμενο της παρούσας έρευνας. Η διάρκεια ζωής των ενηλίκων θηλυκών σταδιακά μειωνόταν από τους 15οC έως και τους 30οC, ενώ στις υψηλότερες θερμοκρασίες ήταν σταθερά χαμηλή (μικρότερη από 35 ημέρες). Η ωοπαραγωγή των θηλυκών ατόμων όλων των ειδών, παρουσίασε σημαντική αύξηση στο εύρος θερμοκρασιών 20-30οC, σε αντίθεση με τη μικρότερη και τις υψηλότερες θερμοκρασίες που μελετήθηκαν, όπου δεν ξεπέρασε τα 110 αυγά/θηλυκό. Στους 27,5οC, καταγράφηκε η υψηλότερη τιμή της ενδογενούς ταχύτητας αύξησης (rm), για όλα τα είδη που μελετήθηκαν, ενώ στις θερμοκρασίες 15οC, 31,5οC και 33οC, η μειωμένη ωοπαραγωγή των θηλυκών, προκάλεσε σημαντική μείωση στις τιμές rm. Φαίνεται ότι τα είδη C. agilis και C. lucasina μπορούν να αναπτυχθούν σε μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίων (13,5-34,1οC), σε αντίθεση με το είδος C. mediterranea όπου καταγράφηκε το στενότερο εύρος (16,5-32,8οC). Η επίδραση τεσσάρων διαφορετικών επιπέδων σχετικής υγρασίας (Σ.Υ. 12%, 33%, 75% και 94%) στην ανάπτυξη, επιβίωση και ωοπαραγωγή των αρπακτικών εντόμων C. agilis, C. carnea s.s., C lucasina, C. mediterranea και C. pallida μελετήθηκε στο εργαστήριο σε θερμοκρασία 26±1ºC, φωτοπερίοδο 16:8 ΦΣ και τροφή ανηλίκων: αυγά του Λεπιδοπτέρου Ephestia kuehniella. Βρέθηκε ότι τόσο η διάρκεια της ανήλικης ανάπτυξης (23-29,3 ημέρες), όσο και το ποσοστό ενηλικίωσης και των πέντε ειδών επηρεάστηκε σημαντικά από την σχετική υγρασία. Επίσης, η διάρκεια ζωής των ενήλικων θηλυκών επηρεάστηκε σημαντικά από τη Σ.Υ., όπου σε Σ.Υ. 75% καταγράφηκε η μέγιστη τιμή, ενώ μεταξύ των ειδών δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές στα τέσσερα επίπεδα Σ.Υ. που μελετήθηκαν. Παρομοίως, σε Σ.Υ. 75%, παρατηρήθηκε η μέγιστη ωοπαραγωγή των θηλυκών ατόμων και η υψηλότερη τιμή της ενδογενούς ταχύτητας αύξησης (rm) πληθυσμού και των πέντε ειδών που μελετήθηκαν. Συμπερασματικά, τα είδη C. agilis, C. carnea s.s., C lucasina, C. mediterranea και C. pallida, μπορούν να αναπτύσσονται και να ωοτοκούν σε ένα μεγάλο εύρος θερμοκρασιών και επιπέδων σχετικής υγρασίας. Τα αποτελέσματα της διατριβής, θα μπορούσαν να φανούν χρήσιμα τόσο για τη βελτιστοποίηση των μεθόδων μαζικής εκτροφής των εντόμων στο εργαστήριο, όσο και για την κατανόηση της δυναμικής των πληθυσμών τους στον αγρό, με σκοπό τη χρησιμοποίηση του σε προγράμματα βιολογικής και ολοκληρωμένης καταπολέμησης.

Isolation of Bacillus thuringiensis strains from Saudi Arabia soil and study of their potential efficiency against the lepidopteran pest Ephestia kuehniella

Insect pests represent a major threat to food crops and human health, and therefore have to be combated in several ways, including chemical methods. However, researchers demonstrated that these molecules are dangerous for the farmers, consumers and the environment in general. For this reason, scientists permanently searched environment friendly alternatives such as the use of the bacterium Bacillus thuringiensis classified as one of the best insect pathogens. This microorganism is known by its ability to produce two types of insecticidal proteins, Vegetative insecticidal proteins (Vip) and delta-endotoxins produced during vegetative and sporulation stages of growth, respectively. In the present study, 15 B. thuringiensis strains were isolated from soil collected from different regions in Saudi Arabia (Al Baha, Jeddah, Khulis and Yanbu). B. thuringiensis isolates were then classified according to the shape of their parasporal crystals identified under microscope and proteins content of these crystals. Delta-endotoxins efficiency of the different isolates was investigated and promising strains were identified as very active. After 5 days-treatment, B. thuringiensis isolates 14 and 7 killed Ephestia kuehniella larvae with low LC50 of about 59.18 and 65.67 mg/cm2, respectively. The results described in the present study proved that the new B. thuringiensis isolates could be of a great interest in the control of lepidopteran pests by using their delta-endotoxins in bioinsecticide formulations.

A conserved role of the duplicated Masculinizer gene in sex determination of the Mediterranean flour moth, Ephestia kuehniella

Sex determination in the silkworm, Bombyx mori, is based on Feminizer (Fem), a W-linked Fem piRNA that triggers female development in WZ individuals, and the Z-linked Masculinizer (Masc), which initiates male development and dosage compensation in ZZ individuals. While Fem piRNA is missing in a close relative of B. mori, Masc determines sex in several representatives of distant lepidopteran lineages. We studied the molecular mechanisms of sex determination in the Mediterranean flour moth, Ephestia kuehniella (Pyralidae). We identified an E. kuehniella Masc ortholog, EkMasc, and its paralog resulting from a recent duplication, EkMascB. Both genes are located on the Z chromosome and encode a similar Masc protein that contains two conserved domains but has lost the conserved double zinc finger domain. We developed PCR-based genetic sexing and demonstrated a peak in the expression of EkMasc and EkMascB genes only in early male embryos. Simultaneous knock-down experiments of both EkMasc and EkMascB using RNAi during early embryogenesis led to a shift from male- to female-specific splicing of the E. kuehniella doublesex gene (Ekdsx), their downstream effector, in ZZ embryos and resulted in a strong female-biased sex-ratio. Our results thus confirmed the conserved role of EkMasc and/or EkMascB in masculinization. We suggest that the C-terminal proline-rich domain, we have identified in all functionally confirmed Masc proteins, in conjunction with the masculinizing domain, is important for transcriptional regulation of sex determination in Lepidoptera. The function of the Masc double zinc finger domain is still unknown, but appears to have been lost in E. kuehniella.

Impact of Diets Including Agro-Industrial By-Products on the Fatty Acid and Sterol Profiles of Larvae Biomass from Ephestia kuehniella, Tenebrio molitor and Hermetia illucens

Rearing insects on agro-industrial by-products is a sustainable strategy for the circular economy while producing valuable products for feed and foods. In this context, this study investigated the impact of larvae diet containing agro-industrial by-products on the contents of fatty acids and sterols of Ephestia kuehniella (Zeller) (Lepidoptera: Pyralidae), Tenebrio molitor (L.) (Coleoptera: Tenebrionidae), and Hermetia illucens (L.) (Diptera: Stratiomyidae). For each insect, selected diets were formulated using single or combined agro-industrial by-products (i.e., apricot, brewer’s spent grain and yeast, and feed mill) and compared to a control diet. Fatty acid profiles showed differences depending on diet composition, but mostly depended on species: H. illucens was characterized by the abundance of C12:0, C16:0 and C18:2, whereas C:16, C18:1(n-9c), and C18:2(n-6c) were predominant in T. molitor and E. kuehniella. Sterols significantly varied as a function of diet composition and species. H. illucens showed low cholesterol levels and high campesterol and β sitosterol levels (0.031, 0.554 and 1.035 mg/g, respectively), whereas T. molitor and E. kuehniella had high cholesterol and low campesterol contents (1.037 and 0.078 g/kg, respectively, for T. molitor; 0.873 and 0.132 g/kg, respectively, for E. kuehniella).