How plant-based insecticides can help to control Drosophila suzukii

Abstract

Fruticulture faces threats from many phytophagous insects, such as the spotted-wing drosophila, which in the last decade spread over the wold, feeding on think skinned berries and so diminishing production yield. The control of Drosophila suzukii (Diptera) is based on few single-compound legal insecticides, mainly pyrethroids and neonicotinoids, although these are highly toxic for beneficial organisms and natural resources. aiming to understand recent trends in nano-biopesticide development for controlling D. suzukii, chapter 1 is a review on current plant-based alternatives for insecticides used to control D. suzukii, approaching the main botanical families, their lethality or behavioral modulation potential, with gaps and perspectives related to nanotechnology. A total of 712 articles were identified and 31 were selected for this study’s scope. 22 studies evaluated D. suzukii behavioral modulation, and 19 assessed lethality, all caused by plant-based compounds. Although it is understood that essential oils hold great insecticide potential, published data approaching their encapsulation within nanoparticles for controlling D. suzukii. In chapter 2, a prospection over Ruta chalepensis (Rutaceae) essential oil’s toxicity through contact and ingestion exposure against adult Drosophila melanogaster (Diptera) and D. suzukii drosophilids is described. Also, sub- lethal effects on D. melanogaster were evaluated through climbing capacity and activity of antioxidant biomarkers. The potential of R. chalepensis essential oil to inhibit adult emergence from exposed D. suzukii eggs and larvae was also evaluated, indicating development impairment with CL50 = 0.37 ± 0.08 µL/mL. Further, significative difference was found between content of antioxidant biomarkers of adult flies exposed to R. chalepensis essential oil via contact or ingestion in comparison to control, as following data: Superoxide dismutase increased through ingestion and even more through contact, catalase content was slightly increased only through ingestion exposure, glutathione S- transferase activity was increased after contact exposure and decreased upon ingestion exposure, and sulfhydryl content was increased into flies exposed via ingestion and contact. These results indicate that R. chalepensis essential oil is lethal to drosophilids in every life stage, and sublethal exposure of adult flies to this essential oil can cause oxidative stress and affect D. melanogaster adults’ mobility. This dissertationcontributes to drosophilid field control, especially D. suzukii, through gathering and producing knowledge towards plant-based biorational insecticides’ development. Keywords: essential oils; nanotechnology; pest management; Ruta chalepensis; sublethality.A fruticultura enfrenta ameaças de muitos insetos fitófagos, como a drosófila-da-asa- manchada, que na última década se espalhou pelo mundo, alimentando-se de frutas com casca fina e, assim, diminuindo a produção. O controle de Drosophila suzukii (Diptera) é baseado em poucos inseticidas legais de composto único, principalmente piretroides e neonicotinóides, embora esses sejam altamente tóxicos para organismos benéficos e recursos naturais. Com o objetivo de entender as tendências recentes no desenvolvimento de nanobiopesticidas para o controle de D. suzukii, chapter 1 é uma revisão sobre alternativas atuais baseadas em plantas para inseticidas usados no controle de D. suzukii, abordando as principais famílias botânicas, sua letalidade ou potencial de modulação comportamental, com lacunas e perspectivas relacionadas à nanotecnologia. Um total de 712 artigos foram identificados e 31 foram selecionados para o escopo deste estudo. 22 estudos avaliaram a modulação comportamental de D. suzukii e 19 avaliaram a letalidade, todos causados por compostos à base de plantas. Embora se entenda que os óleos essenciais têm grande potencial inseticida, os dados publica- dos abordam sua encapsulação em nanopartículas para o controle de D. suzukii. Em chapter 2, uma prospecção sobre a toxicidade do óleo essencial de Ruta chalepensis (Rutaceae) por contato e ingestão contra adultos de Drosophila melanogaster (Diptera) e drosófilas D. suzukii é descrita. Além disso, os efeitos subletais em D. melanogaster foram avaliados através da capacidade de escalada e da atividade de biomarcadores antioxidantes. O potencial do óleo essencial de R. chalepensis para inibir a emergência de adultos a partir de ovos e larvas de D. suzukii expostos também foi avaliado, indicando comprometimento do desenvolvimento com CL50 = 0,37 ± 0,08 µL/mL. Além disso, foi encontrada uma diferença significativa entre o conteúdo de biomarcadores antioxidantes de moscas adultas expostas ao óleo essencial de R. chalepensis por contato ou ingestão em comparação ao controle, conforme os seguintes dados: a superóxido dismutase aumentou por contato e ainda mais por ingestão, o conteúdo de catalase aumentou significativamente apenas pela exposição por ingestão, a atividade da glutationa S-transferase aumentou após a exposição por contato e diminuiu após a exposição por ingestão, e o conteúdo de sulfidrilaaumentou nas moscas expostas por ingestão apenas. Esses resultados indicam que o óleo essencial de R. chalepensis é letal para drosófilas em todas as fases da vida, e a exposição subletal de moscas adultas a este óleo essencial pode causar estresse oxidativo e afetar a mobilidade dos adultos de D. melanogaster. Esta dissertação contribui para o controle de campo de drosófilas, especialmente D. suzukii, reunindo e produzindo conhecimento para o desenvolvimento de inseticidas biorracionais à base de plantas. Palavras-chave: óleo essencial; chalepensis; subletalidade nanotecnologia; manejo de pragas; Ruta chalepensis; subletalidade.