Effetti del cambiamento climatico sulle interazioni tra mosche bianche e i suoi parassitoidi, i suoi endosimbionti e la pianta ospite

Whiteflies are sap-sucking insects responsible for high economic losses. They colonize hundreds of plant species and cause substantial economic losses on agriculture worldwide by feeding on the plant and by the transmission of devastating viruses. Modern agriculture has seen a history of invasive whitefly species and populations that expand to novel regions, bringing along fierce viruses. Whiteflies harbour an obligatory bacterium, Candidatus Portiera aleyrodidarum, and a diverse set of facultative bacterial endosymbionts which likely contribute to its global success as a pest. Studying facultative microbial community is difficult largely due to the challenges in their selective elimination without removal of the primary endosymbiont, making this aspect of whitefly holobiont poorly understood. The exploitation of endosymbionts for whitefly control remains a recurring dream of many as the current control efforts are hindered by fast virus transmission, insecticide-resistant populations, and a wide host range which permits large natural reservoirs for whiteflies. Biological control by augmentative release of parasitoids is an established practice in protected cropping systems worldwide. However, biocontrol is a system sensitive to the changes in environmental conditions and its efficacy in the future is under question. At the same time, ongoing man-made climate change challenges nearly all aspects of human activities, agriculture included. A transformation of agriculture is necessary to both adapt to and to mitigate the effects of climate change. Among other challenges, a shift in distribution, and risks of insect pests is expected. Present work evaluates the effect of climate change on multitrophic interactions centred around whitefly Bemisia tabaci MED by performing physically consistent climatic chamber simulation driven by the latest, regionally downscaled climate change projections. Results reveal near doubling of whitefly development speed, fecundity increase by a third, and similar faster development, shorter longevity, and increased parasitization of its parasitoids. Evaluation of widely used tool for whitefly endosymbiont manipulation, antibiotic rifampicin, signifies the end of an antibiotic era in whitefly endosymbiont studies. The way forward to learn enough about whitefly endosymbionts to use them in whitefly biocontrol is discussed in a dedicated chapter. In conclusion, the present thesis calls for action in understanding the responses of biological systems to changing climate if we are to predict and prepare for ongoing agroecosystem changes.

Gli aleirodidi sono insetti succhiatori di linfa responsabili di elevate perdite economiche. Essi colonizzano centinaia di specie vegetali e causano notevoli perdite all'agricoltura mondiale, sia per danni diretti che arrecano nutrendosi della linfa delle piante, sia per la trasmissione di virus fitopatogeni assai nocivi. L'agricoltura moderna ha conosciuto numerosi casi di specie e popolazioni invasive di aleirodidi che si espandono verso nuove regioni, portandosi dietro le problematiche di gravissime malattie da virus. Gli aleirodidi ospitano una specie di batterio obbligatorio, Candidatus Portiera aleyrodidarum, e un insieme diversificato di endosimbionti batterici facoltativi che probabilmente contribuiscono al loro successo globale come parassiti. Lo studio della comunità microbica facoltativa è notevolmente problematica, in gran parte a causa delle difficoltà nella loro eliminazione selettiva senza rimozione dell'endosimbionte primario, contribuendo così a rendere ancora poco chiaro questo aspetto della biologia degli aleirodidi quali organismi “olobionti”. Lo sfruttamento degli endosimbionti per il controllo degli aleirodidi rimane un’ambizione ricorrente di molti ricercatori, anche perché gli attuali sforzi profusi nella individuazione di strategie di controllo degli aleirodidi sono ostacolati e vanificati dalla rapidità con cui avviene la trasmissione di virus da parte di questi insetti, dalle popolazioni resistenti agli insetticidi che questi riescono a differenziare e da un'ampia gamma di ospiti che consente loro grandi serbatoi naturali di sopravvivenza. Il controllo biologico mediante rilascio aumentativo di parassitoidi è una pratica consolidata nei sistemi di coltivazione protetta in tutto il mondo. Tuttavia, il biocontrollo è un sistema sensibile ai cambiamenti delle condizioni ambientali e la sua efficacia futura è messa in discussione. Allo stesso tempo, i continui cambiamenti climatici causati dall'uomo pongono continue sfide in quasi tutti i settori delle attività umane, compresa l'agricoltura. Una trasformazione dell'agricoltura è necessaria sia per adattarsi che per mitigare gli effetti del cambiamento climatico, che, tra le altre conseguenze, comporta anche l’ampliamento della distribuzione geografica di insetti nocivi e il conseguente incremento di rischio fitosanitario. Il presente lavoro valuta l'effetto del cambiamento climatico sulle interazioni multitrofiche incentrate sull’aleirodide Bemisia tabaci MED, eseguendo una simulazione fisicamente coerente in camera climatica guidata dalle ultime proiezioni del cambiamento climatico ridimensionate a livello regionale. I risultati rivelano il quasi raddoppio della velocità di sviluppo della mosca bianca, l'aumento di un terzo della sua fecondità, un'analoga velocizzazione del suo sviluppo, nonché una ridotta longevità associata a una maggiore efficacia parassitaria dei suoi parassitoidii. La valutazione dello strumento ampiamente utilizzato per la manipolazione degli endosimbionti della mosca bianca, l’antibiotico rifampicina, indica la fine di un'era negli studi sugli endosimbionti degli aleirodidi. La via da seguire per incrementare le conoscenze sugli endosimbionti delle mosche bianche, anche finalizzata al loro uso nel biocontrollo di questi insetti, è discussa in un capitolo dedicato. In conclusione, la presente tesi pone l’attenzione sulla necessità di comprendere le risposte dei sistemi biologici al cambiamento climatico, se vogliamo prevedere e prepararci ai cambiamenti in corso negli agroecosistemi.