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Tracking Beneficial Parasites to Safeguard Cherry Production

Posted by Cesar Reyes Corral | July 18, 2023
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Authors: Cesar Reyes Corral, Rodney Cooper, Scott Harper, Tobin Northfield

This post highlights the work of researchers funded through the BIOAg Program, a competitive grants program administered by CSANR, created to stimulate research, extension and education investments by WSU scientists and to advance the development, understanding, and use of biologically-intensive, organic and sustainable agriculture in Washington State.

Cesar Reyes Corral, PhD student in the Washington State University Department of Entomology, has identified several beneficial insects that may be key to long-term management of X-disease. X-disease has recently emerged as a major threat to cherry, peach, and nectarine production in the Pacific Northwest, by producing small, bitter fruit. This disease is caused by a bacterium called Candidatus Phytoplasma pruni that is spread by insects called leafhoppers. There is no way to cure trees once infected, so the only management options are insect vector population suppression or diseased tree and orchard removal.

Safeguarding Washington cherry production

Close up of two big-headed flies
Big-headed fly, Tomosvaryella lepidipes. They can parasitize early-stage leafhoppers. Photo: Tawnee Melton

Growers typically use insecticides to control leafhoppers, often relying upon repeated treatment applications from harvest in mid-summer through autumn while the leafhoppers are active. This relatively new focus on post-harvest insecticide applications to control leafhoppers essentially doubled the time over which pests are managed and substantially increased pest management costs. Conservation or augmentation of natural enemies can often provide economical means for pest management with reduced applications of insecticides. Unfortunately, information about biological controls of X-disease vectors is scarce. Cesar Reyes Corral recently identified a parasitic big-headed fly, a parasitic pincer wasp, and an insect-specific fungus that appear to be important biological controls of leafhoppers, but more research is necessary before they can be integrated into management programs.

CSI meets Top Chef

Close up of a fly and a leafhopper
Big-headed fly, and leafhopper Colladonus montanus reductus. Photo: Cesar Reyes Corral

We must first understand where natural enemies occur in Washington before they can be implemented in biological control strategies. To better track this tiny fly, wasp, and fungus, Cesar and colleagues are developing a molecular tool (multiplex qPCR assay) to simultaneously screen for the parasitism by each species, as well as the presence of X-disease phytoplasma within a single field-collected leafhopper. Multiplex assays require the mixing of multiple recipes (one for each target species), while each recipe may require separate optimized conditions. Running these recipes simultaneously is a bit like cooking an entire Thanksgiving meal in the oven at the same time – tricky but, in theory, possible for a creative chef. Nonetheless, we are making progress towards this time-saving technique that will allow for rapid high-throughput screening of natural enemies in phytoplasma-infected and uninfected leafhoppers.

Close up of three leafhoppers and a larvae
Leafhoppers parasitized by the pincer wasp. A larval sac develops alongside the leafhopper, which houses the wasp. Photo: Adrian Marshall

Tracking parasites

We took two approaches to find when and where these potentially beneficial parasites attack the leafhopper vectors. First, in 2021 we evaluated parasitism over the course of the season at three sites in the greater Wenatchee and Yakima regions, where we have previously found each species. Encouragingly, the parasitic fly and wasp are present in each of the three generations of leafhopper adults that occur in June, August, and October. Interestingly, this preliminary analysis suggests remarkably high rates of fungal presence in leafhoppers, raising the question of whether this fungus has evolved a symbiotic relationship with the leafhoppers rather than occurring as an insect pathogen. Further analysis of additional sites will provide more information to support or reject this theory.

Second, in 2022 we conducted a geographical survey of thirty sites across the entire Central Washington cherry and stone fruit growing region to evaluate the geographical distribution of these potential natural enemies of X-disease leafhopper vectors. Samples are currently being identified and prepared, and parasitism rates will be evaluated once the multiplex assay has been optimized. WSU PhD student Cesar Reyes Corral is leading these efforts and routinely shares new findings with stakeholders through presentations and field days in English and Spanish. He is also providing up-to-date management recommendations in these presentations.

Close up of a wasp
Pincer wasp, Gonatopus spp. Its front legs are specifically designed to catch leafhoppers. Photo: Cesar Reyes Corral

Developing sustainable solutions

The results from this project will allow for significant progress in developing sustainable solutions for managing X-disease in Washington State. The ongoing research aims to develop a powerful molecular tool to evaluate parasitism of a fly, a wasp, and a fungus in the same bioassay, which will allow for rapid screening.

As we continue to unravel the mysteries of these beneficial parasites, we’re reminded that nature often holds the key to sustainable solutions. Just like a master chef who can skillfully cook an entire Thanksgiving feast in one oven, our research team is working diligently to perfect the recipe for effective and eco-friendly pest management solutions. Harnessing the potential of these natural allies against X-disease leafhopper vectors will not only reduce our reliance on chemical interventions but also promote a healthier ecosystem for all.



Rastreo de parásitos benéficos para proteger la producción de cereza

Autores: César Reyes Corral, Rodney Cooper, Scott Harper, Tobin Northfield

César Reyes Corral, un estudiante de doctorado en el Departamento de Entomología de la Universidad Estatal de Washington, ha identificado varios insectos benéficos que pueden ser clave para el manejo a largo plazo de la enfermedad X. La enfermedad X ha resurgido recientemente, y presenta una gran amenaza para la producción de cerezas, duraznos y nectarinas en el noroeste del Pacífico, la cual hace que los árboles produzcan frutos pequeños y amargos. Esta enfermedad es causada por un tipo de bacteria (fitoplasma) llamada Candidatus Phytoplasma pruni y es propagada por unos insectos llamados chicharritas. Actualmente, no hay manera de curar los árboles infectados, por lo que las únicas opciones de manejo están enfocadas en la supresión de las poblaciones de insectos vectores o en muchos casos, eliminar los árboles y huertos enfermos por completo.

Protegiendo la producción de cerezas de Washington

Close up of two big-headed flies
Mosca cabezona, Tomosvaryella lepidipes. Estas moscas parasitan a las chicharritas. Foto: Tawnee Melton

Los productores generalmente utilizan insecticidas para controlar las chicharritas, y frecuentemente dependen en aplicaciones de tratamiento que van desde la cosecha, que es a mediados del verano, hasta el otoño; todo esto durante el tiempo en el cual las chicharritas siguen presentes en las huertas. Este “relativamente” nuevo enfoque en las aplicaciones de insecticida – que va enfocado a controlar a los cicadélidos después de la cosecha – esencialmente duplicó el tiempo durante el cual se manejan las plagas y a su vez aumentó sustancialmente los costos de manejo. La conservación o el aumento de enemigos naturales pueden proporcionar los medios económicos para el manejo de plagas con menos aplicaciones de insecticidas.

Desafortunadamente, hace falta más información sobre estos diferentes tipos de control biológico para el manejo de los vectores de la enfermedad X. César Reyes Corral recientemente identificó una mosca cabezona, una avispa con pinzas y un hongo que prometen ser controles biológicos importantes de las chicharritas, pero más investigación es necesaria antes de que se puedan integrar en los programas de manejo para esta plaga.

Cocineros con batas de laboratorio

Close up of a fly and leafhopper
Mosca cabezona, y la chicharrita Colladonus montanus reductus. Foto: Cesar Reyes Corral

Primero que nada, debemos entender dónde se encuentran los enemigos naturales de esta plaga en el estado de Washington para poder implementarlos en estrategias de control biológico en las huertas. Para poder rastrear mejor esta mosca, avispa, y hongo, Cesar y sus colegas están desarrollando una herramienta molecular (ensayo multiplex qPCR) para detectar simultáneamente el parasitismo de cada especie, así como la presencia del fitoplasma de la enfermedad X en cada una de las chicharritas recolectadas en campo. Los ensayos multiplex requieren la mezcla de varias recetas (una para cada especie), mientras que cada receta puede requerir condiciones de optimización diferentes. Ejecutar estas recetas simultáneamente es un poco como cocinar una comida completa de Acción de Gracias en el horno al mismo tiempo: complicado, pero en teoría posible para un chef creativo. No obstante, se está avanzando hacia esta técnica que ahorra tiempo y que permitirá la detección de enemigos naturales de manera rápida y con alto rendimiento en chicharritas con y sin el fitoplasma.

Rastreo de parásitos

Close up of three leafhoppers and a larvae
Chicharritas parasitadas por la avispa con pinzas. Un “saco” larvario se desarrolla junto a la chicharrita, que alberga a la avispa. Foto: Adrian Marshall

Se tomaron dos enfoques para saber cuándo y dónde es que estos parásitos – potencialmente benéficos – atacan a las chicharritas. Primero, durante el 2021, se evaluó el parasitismo en el transcurso de la temporada en tres sitios en las regiones de Wenatchee y Yakima, donde previamente habíamos encontrado cada especie. De manera alentadora, la mosca y la avispa están presentes en cada una de las tres generaciones de chicharritas que ocurren en junio, agosto y octubre. Curiosamente, este análisis preliminar sugiere tasas notablemente altas de presencia del hongo en las chicharritas, lo que plantea la cuestión de si este hongo ha desarrollado una relación simbiótica con las chicharritas, en lugar de ser in hongo entomopatógeno. Un análisis más profundo que incluya sitios adicionales proporcionará más información para aceptar o rechazar esta teoría.

En segundo lugar, en el 2022, se llevó a cabo un estudio geográfico de treinta sitios en toda la región de cultivo de cerezas y frutales del centro de Washington para evaluar la distribución geográfica de estos posibles enemigos naturales de los vectores de la enfermedad X. Actualmente se están identificando y preparando las muestras, y las tasas de parasitismo se evaluarán una vez que se haya optimizado el ensayo multiplex. El estudiante de doctorado de WSU, César Reyes Corral, lidera estos esfuerzos y habitualmente comparte cualquier nuevo hallazgo a través de presentaciones y días de campo en inglés y español. A su vez, proporciona recomendaciones de gestión actualizadas en estas presentaciones.

Close up of a wasp
Avispa con pinzas, Gonatopus spp. Sus patas delanteras están diseñadas específicamente para atrapar chicharritas. Foto: Cesar Reyes Corral

Desarrollando soluciones sustentables

Los resultados de este proyecto permitirán un avance significativo en el desarrollo de soluciones sustentables para el manejo de la enfermedad X en el estado de Washington. La investigación en curso tiene como objetivo desarrollar una poderosa herramienta molecular para evaluar el parasitismo de la mosca, la avispa y el hongo en el mismo bioensayo, lo que permitirá una detección rápida.

A medida que se continúan desentrañando los misterios de estos parásitos benéficos, se nos recuerda constantemente que la naturaleza a menudo tiene la clave para soluciones sustentables. Al igual que un chef que puede cocinar hábilmente todo un festín de Acción de Gracias en un solo horno, nuestro equipo de investigación está trabajando diligentemente para perfeccionar la receta de soluciones de control de plagas de maneras efectivas y ecológicas. Al aprovechar el potencial de estos aliados naturales contra los vectores de la enfermedad X, no solo reducirá nuestra dependencia de las intervenciones químicas, sino que también promoverá un ecosistema más saludable para todos.

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