Anoxia-conditioning hormesis alters the relationship between irradiation doses for survival and sterility in the cactus moth, Cactoblastis cactorum (Lepidoptera: Pyralidae)

Giancarlo López-Martínez, James E. Carpenter, Stephen D. Hight, Daniel A. Hahn

Abstract


One of the most important components of a program that has a sterile insect technique (SIT) component is an appropriate irradiation dose. Knowing the organismal dose-response enables the selection of a dose that induces the highest level of sterility while preserving the sexual competitiveness and other desired qualities of the sterile insect. Finding this balance in Lepidoptera is crucial because of the use of inherited (F1) sterility, where the irradiated parent must be competitive enough to mate while its offspring must be sterile. Manipulations of atmospheric oxygen content have been shown to be an effective way of lowering post-irradiation somatic damage while preserving sterility and improving sterile insect performance, particularly in fruit flies. In this study we tested the irradiation dose response of adults of the cactus moth, Cactoblastis cactorum (Berg) (Lepidoptera: Pyralidae), and the effects of those doses on sterility, longevity, and F1 performance, and whether a nitrogen conditioning-treatment (anoxia) prior to and during irradiation affected these metrics. We found that male and female fecundities were not impacted by dose or atmospheric treatment, but females were sterilized at lower doses than males. Eggs of irradiated parents took longer to hatch than those of unirradiated controls, and offspring of moths irradiated in anoxia lived longer in the absence of food and water. Anoxia conditioning rescued female fertility at intermediate doses but had no similar rescue effect on male fertility, which was always greater than female fertility at a given dose. Males generally lived longer than females and anoxia had a strong effect in lowering the male mortality rate and extending lifespan at a given dose. We show evidence that anoxia-conditioning prior to and during irradiation as part of a lepidopteran program with an SIT component could improve parental and larval performance and longevity.

 

Resumen

Uno de los componentes más importantes en la técnica del insecto estéril (TIE) es la dosis usada para irradiación. El conocimiento sobre la respuesta a la dosis es necesario y de suma importancia para ajustar la dosis optima que induzca el mayor grado de esterilidad manteniendo la calidad del insecto y su competitividad sexual. Encontrar este balance en lepidopteros es esencial dado la inducción de esterilidad heredada (esterilidad F1), donde el macho irradiado tiene que ser competitivo para lograr el apareamiento efectivo dando descendencia estéril. Se ha demostrado un mayor grado de efectividad haciendo manipulaciones atmosféricas de oxigeno, el cual reduce el daño somático que resulta de la irradiación. Este tipo de tratamiento preserva la esterilidad de las palomillas y mejora el rendimiento de los insectos estériles, particularmente las moscas fruteras. Aquí ponemos a prueba la respuesta a la dosis de adultos de la palomilla del nopal, Cactoblastis cactorum (Berg) (Lepidoptera: Pyralidae), y el efecto de los dosis en la esterilidad, longevidad, y el rendimiento de la generación F1. También estudiamos como el acondicionamiento con nitrógeno (anoxia) antes y durante la irradiación afecta estas métricas de rendimiento. Encontramos que la fecundidad de machos y hembras no fue impactada por la dosis usada o el tratamiento atmosférico, aunque las hembras son efectivamente esterilizadas con dosis más bajas que los machos. Los huevecillos de adultos irradiados tomaron más tiempo para eclosionar que los huevecillos de adultos no tratados, y la cría de insectos irradiados en anoxia sobrevivieron más en la ausencia de comida y agua. El acondicionamiento con anoxia rescato la fertilidad de las hembras en dosis intermedias pero no tuvo ningún efecto en la fertilidad de los machos, la cual siempre fue mejor que la fertilidad de las hembras en cualquiera de las dosis probadas. Los machos generalmente vivieron más que las hembras, y la anoxia redujo la mortalidad y extendió la longevidad de los machos. Aquí presentamos evidencias que demuestran que el acondicionamiento de anoxia antes y durante la irradiación como parte de un programa de TIE para lepidopteros puede mejorar el rendimiento de los adultos y las larvas al igual que su longevidad.

 

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Keywords


sterile insect technique; dose response; invasive species; inherited (F1) sterility

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