Control of Philaenus spumarius (Linnaeus, 1758) using beneficial microorganisms and their metabolites in preventing the transmission of Xylella fastidiosa Wells et al. (1987)

The meadow spittlebug, P. spumarius (Hemiptera, Aphrophoridae), is a highly polyphagous species widespread in the Holarctic Region. Nymphs and adults are “xylem-feeders” on nearly all parts of the plants. This species has been indicated as the main vector of the bacterium Xylella fastidiosa subspecies pauca involved in the “Olive Quick Decline Syndrome” in the Salento Peninsula (Southern Italy) due to the insect’s capability of acquiring and inoculating the bacterium from/to different host plants (Cornara et al., 2017). Thus, the control of P. spumarius is a key element to limit the transmission of X. fastidiosa. An innovative approach is focused on the search of natural compounds of microbial origin, in the development of new biocontrol strategies, to contrast the use of synthetic insecticides for the human safety, and to limit the environmental pollution and harmful effects on non-target organisms. Entomopathogenic fungi are an important source of natural molecules including volatile organic compounds that play an important role as signaling (semiochemical) molecules in the relationship between microorganisms and insects. With the aim of identifying repellent and pathogenic compounds towards P. spumarius, to reduce the acquisition of X. fastidiosa, we carried out behavioral and pathogenicity bioassays. The former was conducted by treating V. faba plants and shoots with powder cultures of fungi belonging to the genus Trichoderma. The latter by inoculating fungi in the nymph spittle and by dipping nymphs and adults in powdered cultures and related conidial suspensions of different fungal species belonging to the genus Trichoderma, Metarhizium, Beauveria and Lecanicillium, already used in agriculture. The results of our study, showed that T. citrinoviride ITEM-4484 elicited adult behavioral response, and that both sexes are able to discriminate between treated and untreated V. faba plants and shoots. In particular, both the mean number of males and females on the control shoots was significantly greater than that on the treated ones. Powder fungal cultures inoculated into nymph spittle did not shown a pathogenic activity. Pathogenicity bioassays, performed by dipping nymphs and adults, showed that powdered culture and conidial suspensions of both B. bassiana SGB11B and M. anisopliae SGB1K affected the survival of them, causing mortality already 24 hours after the start of the bioassay, and this effect is dose- and time-dependent. Additionally, among the Trichoderma species tested, Trichoderma sp. SAM 9, both in fungal suspension and supernatant form, had a significant lethal effect on the adults already after 24 hours. The pathogenic activity of related supernatant and the observations that the lethal effect is not always linked to the presence of mycelium on the cuticle suggest that the antagonistic activity on nymphs and adults of the tested fungi could be partly due to the presence of toxic metabolites secreted in the culture medium and present in the powdered culture and conidial suspensions. The results obtained certainly deserve to be deepened with further suitable bioassays both in a confined and field environment, as the use of natural compounds with attractive/repellent or phagodeterrent and toxic activity is to be considered one of the most promising means to be introduce in environmentally friendly strategies to limit the transmission of X. fastidiosa.

P. spumarius (Hemiptera, Aphrophoridae), è una specie altamente polifaga, diffusa nella Regione Olartica. Le ninfe e gli adulti sono "xylemomizi" e si alimentano su quasi tutte le parti delle piante. Questa specie è stata indicata come principale vettore del batterio Xylella fastidiosa sottospecie pauca, coinvolta nella "Sindrome da declino rapido delle olive" nella penisola salentina a causa della capacità dell'insetto di acquisire e inoculare il batterio da / verso diverse piante ospiti (Cornara et al., 2017). Pertanto, il controllo di P. spumarius è un elemento chiave per limitare la trasmissione di X. fastidiosa. Un approccio innovativo è focalizzato sulla ricerca di composti naturali, per lo sviluppo di strategie di biocontrollo, per la sicurezza umana, per contrastare l'uso di insetticidi di sintesi, l'inquinamento ambientale e gli effetti dannosi sugli organismi non bersaglio. I funghi entomopatogeni sono un'importante fonte di molecole naturali, inclusi i composti organici volatili, che svolgono un ruolo importante come molecole segnale (semiochimici) nell’interazione tra microrganismi e insetti. Allo scopo di identificare composti repellenti e patogeni nei confronti di P. spumarius, per ridurre l'acquisizione di X. fastidiosa, abbiamo effettuato biosaggi comportamentali e di patogenicità. I biosaggi comportamentali sono stati condotti trattando germogli di V. faba con colture fungine in polvere, del genere Trichoderma. I test di patogenicità sono stati condotti, inoculando i funghi nella schiuma delle ninfe e, immergendo le ninfe e gli adulti sia in colture fungine in polvere sia nelle sospensioni conidiche fungine di specie appartenenti al genere Trichoderma, Metarhizium, Beauveria e Lecanicillium. I risultati del nostro studio mostrano che T. citrinoviride ITEM-4484 ha suscitato una risposta comportamentale negli adulti; entrambi i sessi sono in grado di discriminare tra piante e germogli di V. faba trattati e non trattati. In particolare, sia il numero medio di maschi che di femmine era significativamente maggiore sui germogli di controllo rispetto a quelli trattati. Le colture fungine in polvere inoculate nella schiuma prodotta dalle ninfe non hanno mostrato un'attività patogena. I saggi di patogenicità, eseguiti immergendo ninfe e adulti, mostrano che la coltura in polvere e le sospensioni conidiche di B. bassiana SGB11B e M. anisopliae SGB1K hanno influenzato la loro sopravvivenza, mostrando un effetto dose e tempo-dipendente e causando mortalità già 24 ore dopo l'inizio del biosaggio. Inoltre, tra le specie di Trichoderma saggiate, Trichoderma sp. SAM 9, sia in sospensione fungina che in forma di surnatante, ha avuto un effetto letale significativo sugli adulti già dopo le 24 ore. Osservazioni eseguite al microscopio evidenziano che tale effetto non sempre è legato alla presenza di micelio sulla cuticola, suggerendo che l'attività fungina antagonistica su ninfe e adulti potrebbe essere in parte dovuta alla presenza di metaboliti tossici secreti nel mezzo di coltura e presenti nella coltura in polvere e nelle sospensioni conidiche. I risultati ottenuti meritano sicuramente di essere approfonditi con ulteriori biosaggi, in ambiente ristretto e in campo, in quanto l'uso di composti naturali con attività attrattiva/repellente o fagodeterrente e tossica è considerato uno dei mezzi più promettenti da introdurre nelle strategie di biocontrollo per limitare la trasmissione di X. fastidiosa.