Acquisition of insecticide tolerance in apple orchards and its consequences on an auxiliary species, the forficula Forficula auricularia L

Dans le contexte Européen visant la réduction de l’utilisation des pesticides, la connaissance des effets des insecticides sur les auxiliaires est une piste novatrice et prometteuse au développement de nouveaux programmes en Production Fruitière Intégrée (PFI). Prédateur généraliste le forficule (perce oreille), Forficula auricularia L., contribue à la lutte biologique grâce à son efficacité sur certains ravageurs tels que les pucerons en vergers de pommiers.Les forficules sont prélevés dans des vergers de pommiers (PACA, France) conduits en agriculture biologique (AB), en Production Fruitière Intégrée (PFI), en agriculture conventionnelle ou dans des vergers ne recevant aucun traitement phytosanitaire. Nos résultats montrent que cet auxiliaire est capable de développer des mécanismes de résistance/tolérance à un insecticide organophosphoré (OP), le chlorpyriphos-éthyl. Après exposition au chlorpyriphos-éthyl à la dose autorisée en vergers, les organismes provenant d’un verger conduit en agriculture conventionnelle sont caractérisés par une faible mortalité. Cette diminution de la mortalité est expliquée par une activité élevée des glutathion-S-transférases et des carboxylestérases, deux enzymes impliquées dans les voies de détoxication, et par une diminution de la sensibilité de l’acétylcholinestérase (cible moléculaire des OP au niveau du système nerveux). L’étude de la sensibilité de l’AChE vis à vis des OP, montre une dichotomie entre les mâles plus sensibles et femelles plus résistantes.Nous nous sommes également intéressés à l’induction des Hsp70 après exposition au chlorpyriphos, pour évaluer les mécanismes de défense cellulaire mis en place. Les résultats, malgré leur grande variabilité, soulignent la différence de sensibilité entre vergers, et entre sexes au sein du même verger. Il est connu que les mécanismes de défense génèrent un coût métabolique important. Nous avons donc analysé la quantité de réserves énergétiques (glucides, lipides et protéines) ainsi que certaines caractéristiques morphologiques chez F. auricularia selon le verger d’origine des forficules. Les perce-oreilles prélevés en vergers conventionnels sont généralement plus petits que ceux provenant des autres vergers. La quantité de réserves dépend des conditions environnementales liées à l’utilisation des pesticides et de la période de prélèvement des forficules en vergers. En particulier la quantité élevée de glycogène observée chez les femelles prélevées à l’automne (deux mois après la fin des traitements) dans les vergers conventionnels, est en accord avec une réallocation des réserves pour la reproduction.Cette étude met en évidence pour la première fois l’acquisition de mécanismes de résistance chez le forficule fortement exposé aux insecticides en vergers conventionnels. Elle ouvre la voie à de nouvelles pistes de recherche sur l’apparition de cette résistance en fonction de la pression anthropique exercée sur un auxiliaire des cultures.In the European context of reducing pesticide use, knowledge of the effects of insecticides on natural enemies is an innovative and promising approach for the development of new Integrated Pest Management (IPM) program. European earwigs Forficula auricularia (Linnaeus) are considered as efficient predators in apple orchards and contribute to the biological control of aphids, leaf rollers and psyllids.Earwigs were sampled in apple orchards in Provence, (South-Eastern France), managed under contrasting strategies: organic, integrated pest management (IPM), conventional, or untreated orchards. Our study underlines the differences in metabolic pathway responses in F. auricularia populations influenced by their historic management strategies. In particular, we have shown that earwigs collected in conventional orchard exhibited lower mortality and higher enzyme activities (glutathion-S-transferases and carboxylesterases) involved in detoxification, compare to organic orchard. A decrease in sensitivity of the acetylcholinesterase (the molecular target of OP insecticides, involved in the nervous system functioning) was also observed in earwigs pre-exposed in the conventional orchard with higher sensitivity of AChE in male compared to female earwigs. We have investigated the induction of Hsp70s as an efficient defense mechanism, which could play an important role in tolerance to insecticide. Our results underlined the differences previously observed depending on management strategy and for a considered orchard, depending on earwig sex.It is well known that insecticide tolerance can be associated with fitness costs. That is why energetic reserves (glycogen, lipids and proteins) and morphological traits have been quantified on earwigs from orchards with different management practices. F. auricularia from conventional orchards were smaller than the other earwigs. Moreover, we have shown that the amount of energetic reserves depended on insecticide use and on the period of sampling. The high glycogen content observed in females collected in conventional orchards, 2 months after the end of treatments, supports a reallocation of reserves to the reproduction.This work brought to light the emergence of resistance to insecticides of the natural enemy F. auricularia, exposed to pesticides in conventional apple orchard

Acquisition d’une tolérance aux insecticides en vergers de pommiers et ses conséquences chez une espèce auxiliaire, le forficule Forficula auricularia L

Dans le contexte Européen visant la réduction de l’utilisation des pesticides, la connaissance des effets des insecticides sur les auxiliaires est une piste novatrice et prometteuse au développement de nouveaux programmes en Production Fruitière Intégrée (PFI). Prédateur généraliste le forficule (perce oreille), Forficula auricularia L., contribue à la lutte biologique grâce à son efficacité sur certains ravageurs tels que les pucerons en vergers de pommiers.Les forficules sont prélevés dans des vergers de pommiers (PACA, France) conduits en agriculture biologique (AB), en Production Fruitière Intégrée (PFI), en agriculture conventionnelle ou dans des vergers ne recevant aucun traitement phytosanitaire. Nos résultats montrent que cet auxiliaire est capable de développer des mécanismes de résistance/tolérance à un insecticide organophosphoré (OP), le chlorpyriphos-éthyl. Après exposition au chlorpyriphos-éthyl à la dose autorisée en vergers, les organismes provenant d’un verger conduit en agriculture conventionnelle sont caractérisés par une faible mortalité. Cette diminution de la mortalité est expliquée par une activité élevée des glutathion-S-transférases et des carboxylestérases, deux enzymes impliquées dans les voies de détoxication, et par une diminution de la sensibilité de l’acétylcholinestérase (cible moléculaire des OP au niveau du système nerveux). L’étude de la sensibilité de l’AChE vis à vis des OP, montre une dichotomie entre les mâles plus sensibles et femelles plus résistantes.Nous nous sommes également intéressés à l’induction des Hsp70 après exposition au chlorpyriphos, pour évaluer les mécanismes de défense cellulaire mis en place. Les résultats, malgré leur grande variabilité, soulignent la différence de sensibilité entre vergers, et entre sexes au sein du même verger. Il est connu que les mécanismes de défense génèrent un coût métabolique important. Nous avons donc analysé la quantité de réserves énergétiques (glucides, lipides et protéines) ainsi que certaines caractéristiques morphologiques chez F. auricularia selon le verger d’origine des forficules. Les perce-oreilles prélevés en vergers conventionnels sont généralement plus petits que ceux provenant des autres vergers. La quantité de réserves dépend des conditions environnementales liées à l’utilisation des pesticides et de la période de prélèvement des forficules en vergers. En particulier la quantité élevée de glycogène observée chez les femelles prélevées à l’automne (deux mois après la fin des traitements) dans les vergers conventionnels, est en accord avec une réallocation des réserves pour la reproduction.Cette étude met en évidence pour la première fois l’acquisition de mécanismes de résistance chez le forficule fortement exposé aux insecticides en vergers conventionnels. Elle ouvre la voie à de nouvelles pistes de recherche sur l’apparition de cette résistance en fonction de la pression anthropique exercée sur un auxiliaire des cultures

How lasting are the effects of pesticides on earwigs? A study based on energy metabolism, body weight and morphometry in two generations of Forficula auricularia from apple orchards

International audienceWidespread use of pesticides to control pests is the dominant system in conventional apple orchards. To avoid adverse side effects, there is a growing interest in promoting alternative methods including biological control based on the use of natural enemies. The European earwig Forficula auricularia L. (Dermaptera: Forficuidae) is an effective predator in apple orchards. Pesticide pressure has been shown to divert energy resources which could have a negative impact on life history traits. In this study we assessed (i) whether variations in pesticide exposure could differentially impact energy reserves, body weight and morphometric parameters of F. auricularia, and (ii) whether these effects persist into the next generation reared under optimal conditions. Individuals from the first generation were collected in late October from organic, IPM and conventional orchards. The next generation was obtained under a rearing program, in the absence of pesticide exposure. Earwigs collected from conventional orchards exhibited lower values for all morphometric parameters compared to those collected in organic orchards. However, a relaxed period without pesticide exposure (in autumn) appears to have allowed the females to recover their energy reserves to ensure reproduction and maternal care. Glycogen contents were the reserves that were more easily restored. However, probably due to the rearing conditions (food ad libitum), all the earwigs from the second generation exhibited higher body weights and energy reserves than their parents

Metabolic mechanisms and acetylcholinesterase sensitivity involved in tolerance to chlorpyrifos-ethyl in the earwig Forficula auricularia.

International audienceApple orchards are highly treated crops, in which organophosphorus (OP) are among the most heavily sprayed insecticides. These pesticides are toxic to non-target arthropods and their repeated use increases the risk of resistance. We studied mechanisms involved in tolerance and resistance to OP insecticides in the earwig Forficula auricularia, an effective generalist predator in pomefruit orchards. Adult earwigs were sampled in three apple orchards managed under contrasting strategies: conventional, Integrated Pest Management, and organic. The threshold activities of enzyme families involved in pesticides tolerance: Glutathione-S-transferases (GSTs) and Carboxylesterases (CbEs) were measured in earwig extracts. Acetylcholinesterase (AChE) was monitored as a toxicological endpoint. Variations in these activities were assessed prior to and after exposure to chlorpyrifos-ethyl at the normal application rate. We observed that the mortality of earwigs exposed to chlorpyrifos-ethyl depended on the management strategy of orchards. Significantly lower mortality was seen in individuals sampled from conventional orchard. The basal activities of CbEs and GSTs of collected organisms were higher in conventional orchard. After in vivo exposure, AChE activity appeared to be inhibited in surviving males with no difference between orchards. However an in vitro inhibition trial with chlorpyrifos-oxon showed that AChE from earwigs collected in organic and IPM orchards were more sensitive than from conventional ones. These observations support the hypothesis of a molecular target modification in AChE and highlight the possible role of CbEs in effective protection of AChE. Our findings suggest that the earwigs with a high historic level of insecticide exposure could acquire resistance to chlorpyrifos-ethyl

An exploratory study of energy reserves and biometry as potential tools for assessing the effects of pest management strategies on the earwig, Forficula auricularia L

International audienceApple orchards are heavily treated crops and some sprayed insecticides are recognized to have toxic effects on non-target arthropods. Earwigs are important natural enemies in pip-fruit orchards and contribute to the biological control of aphids. In addition, due to their ease of capture and identification, they are an interesting potential bioindicator of the possible detrimental effects of different orchard management strategies. In this study, we measured the energy reserves and some morphological traits of Forficula auricularia L. sampled in apple orchards under management strategies (organic versus integrated pest management (IPM)). We observed a significant decrease in mass (22 to 27%), inter-eye width (3%), and prothorax width (2 to 5%) in earwigs from IPM compared to organic orchards. Energy body reserves also confirmed these results with a significant decrease of 48% in glycogen and 25 to 42% in lipid content in earwigs from IPM compared to organic orchards. However, the protein content was approximately 70% higher in earwigs from IPM than in organic orchards. Earwigs sampled in IPM orchards may adapt to minimize the adverse toxic effects of pesticide treatments using a large number of strategies, which are reflected in changes to their energy reserves. These strategies could, in turn, influence the population dynamics of natural enemies and impair their role in the biological control of pests in apple orchards

The Molecular Resistance Mechanisms of European Earwigs from Apple Orchards Subjected to Different Management Strategies

International audienceTo date, apple orchards are among the most treated crops in Europe with up to 35 chemical treatments per year. Combining control methods that reduce the number of pesticide treatments is essential for agriculture and more respectful of the environment, and the use of predatory insects such as earwigs may be valuable to achieve this goal. European earwigs, Forficula auricularia (Dermaptera: Forficulidae) are considered beneficial insects in apple orchards where they can feed on many pests like aphids. The aim of this study was to investigate the potential impact of orchards’ insecticide treatments on resistance-associated molecular processes in natural populations of earwigs. Because very few molecular data are presently available on earwigs, our first goal was to identify earwig resistance-associated genes and potential mutations. Using earwigs from organic, integrated pest management or conventional orchards, we identified mutations in acetylcholinesterase 2, α1 and β2 nicotinic acetylcholine receptors. In addition, the expression level of these targets and of some essential detoxification genes were monitored using RT-qPCR. Unexpectedly, earwigs collected in organic orchards showed the highest expression for acetylcholinesterase 2. Four cytochromes P450, one esterase and one glutathione S-transferases were over-expressed in earwigs exposed to various management strategies in orchards. This first study on resistance-associated genes in Forficula auricularia paves the way for future experimental studies aimed at better understanding the potential competition between natural enemies in apple orchards in order to optimize the efficiency of biocontrol

Soil pollution induced changes in leaf litter chemical composition and in detritivore physiology and activity

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Pollution effects on leaf litter decomposition

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