Parasitoid searching behavior driven by volatiles induced on transgenic maize by bt-resistantand susceptible Spodoptera frugiperda

Abstract

The development and use of toxins from Bacillus thuringiensis (Bt) to control the main lepidopteran maize pests` populations has been used since 1996. This technology positively impacts agricultural production, causing a reduction in the use of pesticides, minimal effect on non- target organisms, and reduced environmental impact. However, this large-scale cultivation is configured in an environment with a high-pressure selection for resistance. Therefore, there are already many documented cases of resistance in the field, resulting in pest control failures for many Bt toxins. Nevertheless, when there is a cost associated with resistance, individuals with resistance alleles could perform less in the absence of Bt toxin than the Bt-susceptible. This may help slow down the spread of resistance alleles because it can favor susceptible individuals instead the resistant ones. A diversity of fitness costs has been associated with developing and reproducing of resistance in lepidopteran insects. Those are costs affecting the individual directly. However, an related indirect cost, such as being more vulnerable to the attack of natural enemies, has received less attention. It is known that plants under attack with eggs oviposited or larvae feeding can use indirect defenses to attract natural enemies. Moreover, Bt and isogenic plants can emit different amounts of volatiles. Therefore, this study aimed to verify possible indirect costs related to changes in the amount of volatiles emitted by Bt and non-Bt maize plants when oviposited and fed by Spodoptera frugiperda and how this affects the eggs parasitoid Trichogramma pretiosum. For the egg deposition, our results demonstrated that T. pretiosum females preferred volatiles emitted by isogenic maize varieties with eggs of either susceptible or resistant S. frugiperda rather than the odors from control plants without eggs. The females did not discriminate between control and plants with S. frugiperda eggs on the Bt maize varieties. This pattern could be due to the induction of green leaf volatiles ((E)-2-hexenal and (Z)-3-hexenal) observed in the isogenic plants but not in the Bt varieties. For larvae feeding, our results demonstrated that T. pretiosum females preferred volatiles emitted by isogenic maize plants treated with the oral secretion of Bt-susceptible insects to resistant populations induced plants. On the other hand, in Bt plants, they preferred plants treated with regurgitant from resistant populations than Bt-susceptible regurgitant. These results agree with the plants' total volatile; the T. pretiosum chose the plants that emitted the highest amounts of volatiles. Thus, these results may help optimize the biological control with T. pretiosum in maize fields with Bt and isogenic refuge areas to control S. frugiperda by promoting the attraction of T. pretiosum wasps. Therefore, our study unravels the effects of an ecological disadvantage for the resistant insects in the Bt field, which could help delay the evolution of the resistance.

Keywords: Tritrophic interaction. Fall armyworm. Induced defense. Maize. Bt. VolatilesO desenvolvimento e uso de toxinas do Bacillus thuringiensis (Bt) para o controle das principais populações de lepidópteros pragas do milho vem sendo utilizado desde 1996. Essa tecnologia impacta positivamente a produção agrícola, causando redução no uso de agrotóxicos, efeito mínimo sobre organismos não-alvo, e redução do impacto ambiental. No entanto, esse cultivo em larga escala se configura em um ambiente com alta pressão de seleção para resistência. Portanto, já existem muitos casos documentados de resistência no campo, resultando em falhas no controle de pragas para muitas toxinas Bt. No entanto, quando há um custo associado à resistência, os indivíduos com alelos de resistência podem ter um desempenho menor na ausência da toxina Bt do que os sensíveis ao Bt. Isso pode ajudar a retardar a propagação de alelos de resistência, pois pode favorecer indivíduos suscetíveis em vez de resistentes. Uma diversidade de custos de aptidão tem sido associada ao desenvolvimento e reprodução de resistência em insetos lepidópteros. Esses são custos que afetam diretamente o indivíduo. No entanto, um custo indireto relacionado, como ser mais vulnerável ao ataque de inimigos naturais, tem recebido menos atenção. Sabe-se que plantas sob ataque com ovos ou larvas podem utilizar defesas indiretas para atrair inimigos naturais. Além disso, plantas Bt e isogênicas podem emitir diferentes quantidades de voláteis. Portanto, este estudo teve como objetivo verificar possíveis custos indiretos relacionados às mudanças na quantidade de voláteis emitidos por plantas de milho Bt e não Bt quando ovipositadas e alimentadas por Spodoptera frugiperda e como isso afeta o parasitóide de ovos Trichogramma pretiosum. Para a deposição de ovos, nossos resultados demonstraram que as fêmeas de T. pretiosum preferiram voláteis emitidos por variedades isogênicas de milho com ovos de S. frugiperda suscetível ou resistente ao invés dos odores de plantas controle sem ovos. As fêmeas não discriminaram entre controle e plantas com ovos de S. frugiperda nas variedades de milho Bt. Este padrão pode ser devido à indução de voláteis de folhas verdes ((E)-2-hexenal e (Z)-3-hexenal) observados nas plantas isogênicas, mas não nas variedades Bt. Para a alimentação das larvas, nossos resultados demonstraram que as fêmeas de T. pretiosum preferiram voláteis emitidos por plantas de milho isogênicas tratadas com a secreção oral de insetos sensíveis ao Bt a plantas induzidas por populações resistentes. Por outro lado, em plantas Bt, eles preferiram plantas tratadas com regurgitantes de populações resistentes do que regurgitante de populações suscetíveis ao Bt. Esses resultados concordam com a quantidade de volátil total das plantas; o T. pretiosum escolheu as plantas que emitiram as maiores quantidades de voláteis. Assim, esses resultados podem ajudar a otimizar o controle biológico com T. pretiosum em lavouras de milho com Bt e áreas de refúgio isogênico para controle da S. frugiperda promovendo a atração de vespas T. pretiosum. Portanto, nosso estudo desvenda os efeitos de uma desvantagem ecológica para os insetos resistentes no campo Bt, o que poderia ajudar a retardar a evolução da resistência.

Palavras-chave: Interação tritrófica. Lagarta do cartucho do milho. Defesa induzida. Milho. Bt. Voláteis