Published April 28, 2021
| Version v1
Publication
Open
DNA barcoding for bio-surveillance of emerging pests and species identification in Afrotropical Prioninae (Coleoptera, Cerambycidae)
Creators
- 1. Stellenbosch University
- 2. South African Sugarcane Research Institute
- 3. Centre de Biologie et de Gestion des Populations
- 4. Institut National de Recherche Forestière
Description
DNA barcoding has been succesfully used for bio-surveillance of forest and agricultural pests in temperate areas, but has few applications in the tropics and particulary in Africa. Cacosceles newmannii (Coleoptera: Cerambycidae) is a Prioninae species that is locally causing extensive damage in commercially-grown sugarcane in the KwaZulu-Natal Province in South Africa. Due to the risk of spread of this species to the rest of southern Africa and to other sugarcane growing regions, clear and easy identification of this pest is critical for monitoring and for phytosanitary services. The genus Cacosceles Newman, 1838 includes four species, most being very similar in morphology. The damaging stage of the species is the larva, which is inherently difficult to distinguish morphologically from other Cerambycidae species. A tool for rapid and reliable identification of this species was needed by plant protection and quarantine agencies to monitor its potential abundance and spread. Here, we provide newly-generated barcodes for C. newmannii that can be used to reliably identify any life stage, even by non-trained taxonomists. In addition, we compiled a curated DNA barcoding reference library for 70 specimens of 20 named species of Afrotropical Prioninae to evaluate DNA barcoding as a valid tool to identify them. We also assessed the level of deeply conspecific mitochondrial lineages. Sequences were assigned to 42 different Barcode Index Numbers (BINs), 28 of which were new to BOLD. Out of the 20 named species barcoded, 11 (52.4%) had their own unique Barcode Index Number (BIN). Eight species (38.1%) showed multiple BINs with no morphological differentiation. Amongst them, C. newmannii showed two highly divergent genetic clusters which co-occur sympatrically, but further investigation is required to test whether they could represent new cryptic species.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تم استخدام الترميز الشريطي للحمض النووي بنجاح للمراقبة الحيوية للغابات والآفات الزراعية في المناطق المعتدلة، ولكن له تطبيقات قليلة في المناطق الاستوائية وخاصة في أفريقيا. Cacosceles newmannii (غمدية الأجنحة: Cerambycidae) هو نوع من البريونات التي تسبب محليًا أضرارًا واسعة النطاق في قصب السكر المزروع تجاريًا في مقاطعة كوازولو ناتال في جنوب إفريقيا. نظرًا لخطر انتشار هذا النوع إلى بقية الجنوب الأفريقي ومناطق زراعة قصب السكر الأخرى، فإن التحديد الواضح والسهل لهذه الآفة أمر بالغ الأهمية للرصد ولخدمات الصحة النباتية. يتضمن جنس Cacosceles Newman، 1838، أربعة أنواع، معظمها متشابه جدًا في المورفولوجيا. المرحلة الضارة من الأنواع هي اليرقة، والتي يصعب تمييزها بطبيعتها من الناحية الشكلية عن أنواع السيرامبيسيدا الأخرى. كانت هناك حاجة إلى أداة لتحديد هذا النوع بسرعة وموثوقية من قبل وكالات حماية النباتات والحجر الصحي لرصد وفرته وانتشاره المحتملين. هنا، نقدم الباركود الذي تم إنشاؤه حديثًا لـ C. newmannii والذي يمكن استخدامه لتحديد أي مرحلة من مراحل الحياة بشكل موثوق، حتى من قبل علماء التصنيف غير المدربين. بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتجميع مكتبة مرجعية منظمة لترميز الحمض النووي الشريطي لـ 70 عينة من 20 نوعًا محددًا من البريونات الاستوائية الأفريقية لتقييم ترميز الحمض النووي الشريطي كأداة صالحة لتحديدها. كما قمنا بتقييم مستوى سلالات الميتوكوندريا الدقيقة للغاية. تم تعيين التسلسلات إلى 42 رقمًا مختلفًا من أرقام مؤشر الباركود (BINs)، 28 منها جديدة إلى غامقة. من بين 20 نوعًا تم تسميتها بالرمز الشريطي، كان لدى 11 نوعًا (52.4 ٪) رقم مؤشر الباركود الفريد الخاص بهم (BIN). أظهرت ثمانية أنواع (38.1 ٪) العديد من BINs مع عدم وجود تمايز مورفولوجي. من بينها، أظهر C. newmannii مجموعتين وراثيتين متباينتين للغاية تحدثان بشكل متعاطف، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من التحقيق لاختبار ما إذا كان بإمكانهما تمثيل أنواع خفية جديدة.Translated Description (French)
Le codage à barres de l'ADN a été utilisé avec succès pour la biosurveillance des ravageurs forestiers et agricoles dans les zones tempérées, mais a peu d'applications sous les tropiques et en particulier en Afrique. Cacosceles newmannii (Coleoptera : Cerambycidae) est une espèce de Prioninae qui cause localement des dommages importants à la canne à sucre cultivée commercialement dans la province du KwaZulu-Natal en Afrique du Sud. En raison du risque de propagation de cette espèce au reste de l'Afrique australe et à d'autres régions productrices de canne à sucre, une identification claire et facile de ce ravageur est essentielle pour la surveillance et les services phytosanitaires. Le genre Cacosceles Newman, 1838 comprend quatre espèces, la plupart ayant une morphologie très similaire. Le stade dommageable de l'espèce est la larve, qui est intrinsèquement difficile à distinguer morphologiquement des autres espèces de Cerambycidae. Les agences de protection des végétaux et de quarantaine avaient besoin d'un outil pour une identification rapide et fiable de cette espèce afin de surveiller son abondance et sa propagation potentielles. Ici, nous fournissons des codes-barres nouvellement générés pour C. newmannii qui peuvent être utilisés pour identifier de manière fiable n'importe quelle étape de la vie, même par des taxonomistes non formés. En outre, nous avons compilé une bibliothèque de référence de codage à barres d'ADN organisée pour 70 spécimens de 20 espèces nommées de Prioninae afrotropicales afin d'évaluer le codage à barres d'ADN comme un outil valide pour les identifier. Nous avons également évalué le niveau de lignées mitochondriales profondément conspécifiques. Les séquences ont été attribuées à 42 numéros d'index de code-barres (NIB) différents, dont 28 étaient nouveaux en GRAS. Sur les 20 espèces nommées à code-barres, 11 (52,4 %) avaient leur propre numéro d'index de code-barres (BIN). Huit espèces (38,1 %) présentaient des NIB multiples sans différenciation morphologique. Parmi eux, C. newmannii a montré deux grappes génétiques très divergentes qui coexistent sur le plan sympatrique, mais des recherches plus approfondies sont nécessaires pour tester si elles pourraient représenter de nouvelles espèces cryptiques.Translated Description (Spanish)
El código de barras de ADN se ha utilizado con éxito para la biovigilancia de plagas forestales y agrícolas en áreas templadas, pero tiene pocas aplicaciones en los trópicos y particularmente en África. Cacosceles newmannii (Coleoptera: Cerambycidae) es una especie de Prioninae que está causando localmente grandes daños en la caña de azúcar cultivada comercialmente en la provincia de KwaZulu-Natal en Sudáfrica. Debido al riesgo de propagación de esta especie al resto del sur de África y a otras regiones productoras de caña de azúcar, la identificación clara y fácil de esta plaga es fundamental para el monitoreo y para los servicios fitosanitarios. El género Cacosceles Newman, 1838 incluye cuatro especies, siendo la mayoría muy similares en morfología. La etapa dañina de la especie es la larva, que es intrínsecamente difícil de distinguir morfológicamente de otras especies de Cerambycidae. Se necesitaba una herramienta para la identificación rápida y confiable de esta especie por parte de las agencias de protección fitosanitaria y cuarentena para monitorear su potencial abundancia y propagación. Aquí, proporcionamos códigos de barras recién generados para C. newmannii que pueden usarse para identificar de manera confiable cualquier etapa de la vida, incluso por taxónomos no capacitados. Además, compilamos una biblioteca de referencia de códigos de barras de ADN curada para 70 especímenes de 20 especies nombradas de Afrotropical Prioninae para evaluar los códigos de barras de ADN como una herramienta válida para identificarlos. También evaluamos el nivel de linajes mitocondriales profundamente conespecíficos. Las secuencias se asignaron a 42 números de índice de código de barras (Bin) diferentes, 28 de los cuales eran nuevos en NEGRITA. De las 20 especies nombradas con código de barras, 11 (52.4%) tenían su propio Número de Índice de Código de Barras (BIN). Ocho especies (38.1%) mostraron múltiples bin sin diferenciación morfológica. Entre ellos, C. newmannii mostró dos grupos genéticos altamente divergentes que coexisten simpátricamente, pero se requiere más investigación para probar si podrían representar nuevas especies crípticas.Files
Files
(246.2 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b4d53069447d34a4e12749b8a64dde1f
|
246.2 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الترميز الشريطي للحمض النووي للمراقبة الحيوية للآفات الناشئة وتحديد الأنواع في البريونات الاستوائية الأفريقية (غمدية الأجنحة، Cerambycidae)
- Translated title (French)
- Code à barres ADN pour la biosurveillance des ravageurs émergents et l'identification des espèces chez les Prioninae afrotropicales (Coleoptera, Cerambycidae)
- Translated title (Spanish)
- Código de barras de ADN para la biovigilancia de plagas emergentes y la identificación de especies en Prioninae afrotropical (Coleoptera, Cerambycidae)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3157337912
- DOI
- 10.3897/bdj.9.e64499
References
- https://openalex.org/W1946252112
- https://openalex.org/W1964255240
- https://openalex.org/W2016596510
- https://openalex.org/W2020853199
- https://openalex.org/W2023171186
- https://openalex.org/W2045295541
- https://openalex.org/W2067063349
- https://openalex.org/W2070455810
- https://openalex.org/W2072022921
- https://openalex.org/W2073960156
- https://openalex.org/W2085525886
- https://openalex.org/W2097793126
- https://openalex.org/W2102128253
- https://openalex.org/W2103330559
- https://openalex.org/W2103341162
- https://openalex.org/W2119531100
- https://openalex.org/W2132323289
- https://openalex.org/W2135085926
- https://openalex.org/W2141718064
- https://openalex.org/W2148298021
- https://openalex.org/W2152076240
- https://openalex.org/W2461629302
- https://openalex.org/W2507263787
- https://openalex.org/W2544231323
- https://openalex.org/W2575465821
- https://openalex.org/W2803510894
- https://openalex.org/W2903499200
- https://openalex.org/W2940500219
- https://openalex.org/W2940580918
- https://openalex.org/W2949819089
- https://openalex.org/W2954733066
- https://openalex.org/W2991290125
- https://openalex.org/W3004951982
- https://openalex.org/W3102340809
- https://openalex.org/W3121953277
- https://openalex.org/W3127693274
- https://openalex.org/W3132548619
- https://openalex.org/W3137622608
- https://openalex.org/W4249879934
- https://openalex.org/W4377005395