Resistance risk assessment for diamide insecticides and associated fitness costs affecting development in arthropod species with special reference to Lepidoptera

Abstract

Plutella xylostella (Lepidoptera) und Tuta absoluta (Lepidoptera) zählen zu den am meisten invasiven, destruktiven Schadinsekten weltweit. Zur Bekämpfung werden Insektizide, wie Diamide (Ryanodin Rezeptor Modulatoren) und Benzoylharnstoffe (Chitin-Biosynthese Inhibitoren) eingesetzt. Jedoch begünstigen verschiedene Faktoren die Selektion resistenter Individuen. Die molekularen Mechanismen der Diamid-Resistenz in P. xylostella und T. absoluta wurden in Hinblick auf die target-site Mutationen, G4946E und I4790M, im Ryanodin Rezeptor untersucht. Der Einfluss dieser Mutationen auf die Diamid-Bindung wurde charakterisiert und diskutiert. Die Genetik sowie die funktionelle Auswirkung der Mutationen wurden erforscht. Der genaue Wirkmechanismus der Benzoylharnstoffe, der für mehr als 40 Jahre ungelöst blieb, wurde aufgeklärt. Es konnte gezeigt werden, dass die Benzoylharnstoffe direkt mit der Chitin Synthase 1 interferieren. Die Ontogenese von drei resistenten P. xylostella Stämmen und einem sensiblen Stamm unter drei verschiedenen Temperaturregimen (20 °C, 25 °C und 30 °C) wurden auf Fitness-Nachteile untersucht.

Lepidopteran pests, e.g. Plutella xylostella and Tuta absoluta, are among the most destructive and invasive species worldwide. Diamide insecticides (ryanodine receptors modulators) and benzoylphenyl ureas (chitin biosynthesis inhibitors) are widely used for pest control. However, frequent insecticide applications facilitated insecticide resistance. The molecular basis of diamide resistance in P. xylostella and T. absoluta was investigated with special reference to target-site mutations, G4946E and I4790M, in the ryanodine receptor (RyR). The importance of these mutations and their implications on diamide binding are demonstrated. The genetics of diamide resistance was investigated. Two novel mutations (G4903V, I4746T) were detected in resistant T. absoluta. In this study, the exact mode of action of benzoylphenyl ureas which has remained elusive for over 40 years was unraveled and the genetics of resistance were examined. The life table parameters of three insecticide resistant and one susceptible DBM strain were investigated under three different temperature regimes (20 °C, 25 °C and 30 °C) and involved fitness costs were estimated.