Genetics and mechanisms of insecticide resistance in ceratitis capitata and its implications for resistance management

Resumo

La mosca mediterránea de la fruta, Ceratitis capitata, es uno de los principales insectos plaga de los frutales. Las prácticas actuales de control en los campos de cítricos de la Comunitat Valenciana se basan principalmente en el uso de insecticidas (spinosad y lambda-cihalotrina mediante pulverización-cebo, y deltametrina en trampas de atracción y muerte) y la suelta de machos estériles. Sin embargo, la sostenibilidad de los programas de manejo está amenazada por la detección de resistencia a lambda-cihalotrina en poblaciones de campo y por la capacidad de esta especie para desarrollar resistencia a spinosad bajo presión de selección en laboratorio. El objetivo de este trabajo fue estudiar los mecanismos y la genética de la resistencia a spinosad y lambda-cihalotrina y su implicación en el monitoreo y manejo de la resistencia. La resistencia a spinosad ha sido asociada en la línea seleccionada de laboratorio JW-100s con diferentes alelos mutantes de la subunidad α6 del receptor nicotínico de acetilcolina (Ccα6), que da lugar a fenotipos de pérdida de función. Con la implementación del sistema GAL4>UAS en una línea resistente de Drosophila melanogaster, que carecía de la subunidad α6 endógena, demostramos que la expresión ectópica de isoformas silvestres de Ccα6 restablecen la susceptibilidad, mientras que la expresión del alelo truncado Ccα63aQ68* (que porta la mutación 3aQ68*) no lo hace. Estos resultados confirmaron que los transcritos truncados no producen una respuesta a spinosad. También generamos isolíneas de C. capitata homocigotas para los alelos: 1) Ccα63aQ68*Δ3b-4, que contiene la mutación 3aQ68* y una deleción de los exones 3b y 4; y 2) Ccα63aQ68*-K352*, que contiene las mutaciones 3aQ68* y K352*. Ambos estaban presentes en JW-100s y ninguno de ellos producía transcritos completos de Ccα6. Confirmamos que ambos alelos contribuyen de igual manera al fenotipo resistente. Sin embargo, su frecuencia descendía cuando se encontraban en competencia con individuos que portaban el alelo silvestre, sugiriendo la existencia de un coste biológico. Diferentes caracteres biológicos y comportamentales fueron analizados, identificándose una reducción en la habilidad de los machos Ccα63aQ68*Δ3b-4 para detectar la paraferomona trimedlure y para aparearse en experimentos de competencia con hembras que portan el alelo Ccα63aQ68*-K352*. La resistencia a lambda-cihalotrina en la línea seleccionada de laboratorio W-1Kλ ha sido previamente asociada con detoxificación metabólica mediada por sobreexpresión del gen CcCYP6A51. Sin embargo, nuestros resultados indicaron que otros caracteres debían también estar implicados. Así, mostramos que la expresión de varios P450, incluyendo CcCYP6A51, era altamente variable e inducida en algunos individuos en respuesta al tratamiento con lambda-cihalotrina, tanto en W-1Kλ como en la línea control C. Además, demostramos que el patrón de herencia es poligénico, dominante y autosómico. Un análisis de genotipado por secuenciación confirmó el carácter poligénico de la resistencia, identificándose siete regiones candidatas asociadas con el fenotipo resistente. Sin embargo, el análisis posterior mostró que tenían una contribución menor con un marcado efecto aditivo. Además, ninguna de las regiones candidatas se encontraba dentro ni cerca de los genes P450. Como resultado, no hemos encontrado un marcador de diagnóstico robusto para monitorizar la resistencia a lambda-cihalotrina en poblaciones de campo de C. capitata. La susceptibilidad a los insecticidas utilizados actualmente se monitorizó en poblaciones españolas de C. capitata durante el periodo 2015-2017. Hemos encontrado que el nivel de resistencia a lambda-cihalotrina (3-8 veces) es similar a la encontrada en años anteriores. La resistencia a deltametrina se detectó por primera vez en poblaciones de campo expuestas a trampas MagnetMEDTM, recubiertas con este insecticida. Todas las poblaciones analizadas permanecen susceptibles a spinosad, aunque se han detectados alelos de resistencia a baja frecuencia mediante el uso combinado de ensayos “F1-screen” y la búsqueda de mutaciones en el gen Ccα6. La evolución de resistencia a spinosad fue modelizada considerando la frecuencia de los alelos en el campo, tipo de herencia, coste biológico, nivel de exposición y el uso de otros insecticidas. Además, se realizó un estudio de simulación en laboratorio para evaluar diferentes escenarios de tratamiento con insecticidas con una línea de laboratorio multirresistente, generada mediante el cruce entre JW-100s y W-1Kλ. Los resultados indicaron que la rotación de insecticidas con diferentes mecanismos de acción y sin resistencia-cruzada es la mejor opción para el manejo de la resistencia. En conclusión, el control de C. capitata está comprometido por el desarrollo de resistencia a los insecticidas disponibles, siendo necesaria la implementación de estrategias de manejo de la resistencia. Es recomendable realizar rotaciones entre spinosad y lambda-cihalotrina, o utilizar spinosad en aquellos cultivos en los que se emplean trampas de atracción y muerte con deltametrina. Por el contrario, el uso simultáneo de lambda-cihalotrina y deltametrina está desaconsejado, ya que existe riesgo de resistencia cruzada entre ambos. Estas estrategias deben de ser armonizadas con otros métodos de control, tales como las prácticas culturales y la técnica del insecto estéril.