När populationer av den invasiva fläckiga lyktflugan exploderar – och det statligt påtvingade karantänområdet i sydöstra Pennsylvania expanderar – letar forskare vid Penn State College of Agricultural Sciences efter lösningar för att hjälpa till att stoppa insektens spridning och rädda jordbruksgrödor från allvarliga skador.

Den prickiga lyktflugan hittades för första gången i USA i Berks County i september 2014. Mer än tre år senare, Pennsylvania Department of Agricultures karantän, som började med fem townships i östra Berks County, täcker nu hela Berks, dollar, Chester, Lehigh, Montgomery, Northampton, Kol, Delaware, Lancaster, Libanon, Monroe, Philadelphia och Schuylkill län. Karantänen reglerar eller begränsar växternas rörelser, växtbaserat material och hushållsartiklar utomhus ur karantänområdet om inte vissa villkor är uppfyllda.

Tjänstemän är oroliga över hotet som den prickiga lyktflugan utgör mot Pennsylvanias jordbruk, inklusive druvan, trädfrukt, lövträ och plantskolor, som tillsammans är värda nästan 18 miljarder dollar för statens ekonomi. Husägare kan också drabbas av skador på högvärdiga prydnadsväxter i sitt landskap.

Infödd i Kina, Indien, Japan och Vietnam, den fläckiga lyktan angriper inte frukt eller lövverk. Snarare, den använder sina piercing-sugande mundelar för att livnära sig på växternas vedartade delar – som trädstammar eller grenar och vinrankor – där den utsöndrar ett ämne som kallas honungsdagg och åstadkommer sår som gråter av sav. Honungsdagg och saft kan locka till sig andra insekter och utgöra ett medium för tillväxt av svampar, såsom sotig mögel, som täcker bladytor och kan hämma tillväxten. Växter med kraftiga angrepp kanske inte överlever.

sa Tom Baker, framstående professor i entomologi och kemisk ekologi, som har 40 års erfarenhet av entomologisk forskning, "Den prickiga lyktflugan är den konstigaste, den mest skadliga insekten jag någonsin sett."

Penn State-forskare angriper problemet på flera fronter.

"Efter att denna skadegörare upptäcktes i Pennsylvania 2014, vi började grundforskning för att lära oss var den kom ifrån och för att bättre förstå dess biologi och beteende innan vi kunde börja utveckla taktik för att hantera den, " sa Julie Urban, senior forskarassistent vid institutionen för entomologi. "Som ett resultat, vi har flera pågående projekt som vi hoppas ska leda till praktiska lösningar inom en snar framtid."

Till exempel, med stöd från det amerikanska jordbruksdepartementet, Urban studerar populationsgenetiken för fläckig lykta i Pennsylvania. Identifiering av nya genetiska markörer och genotypning av insekten kan hjälpa till i ansträngningen att mer exakt fastställa det asiatiska ursprunget för invasionen av lyktflugan och att geografiskt begränsa sökningen efter naturliga rovdjur och parasitoider.

"Nya genetiska markörer som är varierande inom Pennsylvania-befolkningen kommer också att hjälpa oss att uppskatta den effektiva storleken på den nuvarande befolkningen, gör det möjligt för oss att spåra befolkningstillväxt och rörelse, och upptäcka efterföljande invasioner, " Hon sa.

En annan fråga, Urban sa, kännetecknar bakterier och svampar förknippade med fläckig lykta. Genom att använda nästa generations DNA-sekvensering, hennes team testade för närvaron av bakterie- och svampsamhällen i lyktflugans spottkörtlar och snabel (mundel) och i bukvävnad.

"Vi fann att spottkörtel och snabelvävnad inte innehöll några detekterbara nivåer av bakterier eller svampar. Detta betyder att det är osannolikt att prickig lyktfluga överför bakteriella eller svamppatogener till växter genom utfodring, även om vi fortsätter att undersöka potentiell överföring av andra patogener, " Hon sa.

"I bukvävnad, Vissa bakterier kan skilja sig åt beroende på geografiskt område. Att jämföra mikrobiomet i matsmältningskanalen hos Pennsylvania-populationen med exemplar från Asien kan hjälpa oss att förstå skillnader i värdväxternas preferenser och matningsbeteende, och vi kan upptäcka att asiatiska populationer hyser bakterier som är naturliga patogener för prickig lykta."

Forskare övervakar också de mikrobiella samhällena på flera ekonomiskt viktiga värdväxter för att bedöma förändringar i sammansättning och överflöd av bakterier och svampar på grund av fläckig lyktflugans matning och honungsdeposition. Dessutom, Urbans team undersöker de mikrobiella samhällena som finns i en skummande substans som finns vid basen av Ailanthus (himlens träd) växter som visar kraftiga skador på näring av lyktflugor och honungsdeposition.

Tree-of-heaven är en av den fläckiga lyktflugans mycket föredragna värdväxter, och Urban sa att skummet kommer att analyseras för att avgöra om det fungerar som attraherande medel för skadedjuret. "Vi kommer att sträva efter att fastställa källan till potentiellt attraktiva föreningar, som kan vara till hjälp för att utveckla fläckiga lanternflugsdrag, " Hon sa.

Detta arbete kan också hjälpa forskare att identifiera nyttiga bakterier som kan hjälpa till att hantera lyktflugsassocierad sotmögel genom att döda eller konkurrera ut svampen, Urban förklarade.

Entomolog Baker har använt finansiering från USDA:s djur- och växtskyddsinspektion för att studera parnings- och spridningsbeteendet hos fläckiga lyktflugor. Han noterade att användningen av insektsferomoner för parningsstörningar har använts framgångsrikt för andra skadeinsekter.

"Dock, hittills har vi inte hittat några bevis för att den fläckiga lyktflugan använder feromoner för att hitta kompisar, så det kanske inte är något vi kan använda för parningsstörningar eller för att utveckla beten eller fällor, " han sa.

Bakers laboratorium har samlat in data om hur fläckiga lyktflugor sprids – hur långt de flyger, vad de orienterar sig mot, vad de landar på och så vidare. "Understanding the natural dispersal behavior could be helpful to state and federal agriculture officials and industry stakeholders in planning for where and in what direction the front edge of an infestation will spread, " han sa.

På kort sikt, researchers are closing in on pesticide solutions that can help protect crops from spotted lanternfly damage. Erica Smyers, a doctoral candidate in entomology advised by Urban, has performed efficacy testing on several insecticides to gauge their potential for reducing populations of the pest. Dave Biddinger, research associate professor of entomology at Penn State's Fruit Research and Extension Center in Biglerville, is helping to analyze the results.

Once data analysis is complete, scientists will seek an emergency exemption from the U.S. Environmental Protection Agency under Section 18 of the Federal Insecticide, Fungicide, and Rodenticide Act to permit growers to use the most promising of these chemicals on certain crops.

Sålänge, Penn State entomologists are collaborating with other university and government scientists and seeking additional USDA grants to continue research on spotted lanternfly host-plant requirements, the development of biocontrols such as natural enemies, host-plant effects of sooty mold, and other topics related to this exotic and unusual pest.