Isolation of Metarhizium guizhouense and Metarhizium robertsii strains from soil-exposed Amblyomma americanum (Acarina: Ixodidae) from northwest Arkansas, USA

Authors

  • Austin Goldsmith USDA-ARS, Thad Cochran Southern Horticultural Laboratory, Poplarville, Mississippi 39470, USA
  • Kelly Loftin University of Arkansas, Department of Entomology and Plant Pathology, Fayetteville, Arkansas 72701, USA
  • Donald Steinkraus University of Arkansas, Department of Entomology and Plant Pathology, Fayetteville, Arkansas 72701, USA
  • Allen Szalanski University of Arkansas, Department of Entomology and Plant Pathology, Fayetteville, Arkansas 72701, USA
  • Dylan Cleary University of Arkansas, Department of Entomology and Plant Pathology, Fayetteville, Arkansas 72701, USA
  • Louela Castrillo United States Department of Agriculture Agricultural Research Service, Robert W. Holley Center for Agriculture & Health, Ithaca, NY 14853, USA

Abstract

The lone star tick, Amblyomma americanum (L.) (Acarina: Ixodidae), is the most abundant tick species found in Arkansas and is involved in the trans[1]mission of pathogens of medical and veterinary importance. When not feeding, most non-nidicolous tick species shelter in the soil and leaf litter where they may be exposed to and potentially infected with entomopathogenic fungi that reside naturally in the soil. Entomopathogenic fungi in the genus Metarhizium Sorokīn (Hypocreales: Clavicipitaceae) have shown promise as biological control agents of ticks. Here, the first study to isolate and identify Arkansas-derived isolates of Metarhizium from A. americanum ticks is presented. We exposed 320 ticks artificially to native soil from Savoy. Of these soil exposed ticks, 2.5% of adults and 1.5% of nymphs displayed signs of infection with Metarhizium. Of the infected Savoy adults, 3.3% were females and 1.7% were males. Similarly exposed ticks from West Fork resulted in only 2.4% of nymphal ticks being infected with this fungus. Eight isolates of Metarhizium were cultured from infected ticks exposed to soil from these locations. Four of these Metarhizium isolates (3 from Savoy and 1 from West Fork) were identified to species by sequencing of the ITS locus and the EF1-α genes. Three Savoy strains (P10N1, P10AF1, and P2AM1) had identical sequences and were identified as Metarhizium robertsii (Bischoff, Rehner & Humber) (Hypocreales: Clavicipitaceae). The strain from West Fork (P9N2) was identified as Metarhizium guizhouense (Chen & Guo) (Hypocreales: Clavicipitaceae). The ITS and the EF1-α sequences of the Savoy strains showed 100% similarity to M. robertsii strains ARSEF 2575 and ART 500, respectively. The ITS and EF1-α sequences of the West Fork strain showed 99% similarity to M. guizhouense strains ARSEF 977 and CBS 258.90, respectively. This study demonstrates that entomopathogenic fungi M. guizhouense and M. robertsii are pathogenic to and can be isolated from A. americanum. Furthermore, the EF1-α genetic marker was shown to be a very effective tool for distinguishing different species of Metarhizium from ticks when used in conjunction with ITS sequence data. Standardizing the use of ticks in soil exposure methods for isolating entomopathogenic fungi could be useful for obtaining isolates that are highly virulent to A. americanum. The isolation and identification of Metarhizium spp. from A. americanum in Arkansas indicates that further exploration of entomopathogenic fungi as biological agents to control A. americanum is warranted.

Resumen

La garrapata estrella solitaria, Amblyomma americanum (L.) (Acarina: Ixodidae), es la especie de garrapata más abundante encontrada en Arkansas y está involucrada en la transmisión de patógenos de importancia médica y veterinaria. Cuando no se alimentan, la mayoría de las especies de garrapatas no nídicas se refugian en el suelo y la hojarasca donde pueden estar expuestas y potencialmente infectadas con hongos entomopatógenos que residen naturalmente en el suelo. Los hongos entomopatógenos del género Metarhizium Sorokīn (Hypocreales: Clavicipitaceae) se han mostrado prometedores como agentes de control biológico de las garrapatas. Aquí, se presenta el primer estudio para identificar los aislados de Metarhizium derivados de garrapatas de A. americanum en de Arkansas. Expusimos 320 garrapatas artificialmente a suelo nativo de Saboya. De estas garrapatas expuestas al suelo, el 2,5% de los adultos y el 1,5% de las ninfas mostraron seňales de infección por Metarhizium. De los adultos de Saboya infecta[1]dos, el 3,3% fueron hembras y el 1,7% fueron machos. Las garrapatas expuestas de manera similar de West Fork dieron como resultado que solo el 2,4% de las garrapatas ninfales se infectaran con este hongo. Se cultivaron ocho cepas de Metarhizium de garrapatas infectadas expuestas al suelo de estos lugares. Cuatro de estos aislados de Metarhizium (3 de Savoy y 1 de West Fork) se identificaron en especies mediante la secuenciación del locus ITS y los genes EF1-α. Tres cepas de Savoy (P10N1, P10AF1 y P2AM1) tenían secuencias idénticas y se identificaron como Metarhizium robertsii (J.F. Bischoff, S.A. Rehner & Humber) (Hypocreales: Clavicipitaceae). La cepa de West Fork (P9N2) se identificó como Metarhizium guizhouense (Chen & Guo) (Hypocreales: Clavicipitaceae). Las secuencias ITS y EF1-α de las cepas Savoy mostraron un 100% de similitud con las cepas ARSEF 2575 y ART 500 de M. robertsii, respectivamente. Las secuencias ITS y EF1-α de la cepa West Fork mostraron un 99% de similitud con las cepas ARSEF 977 y CBS 258.90 de M. guizhouense, respectivamente. Este estudio demuestra que los hongos entomopatógenos M. guizhouense y M. robertsii son patógenos y pueden aislarse de A. americanum. Además, se demostró que el marcador genético EF1-α es una herramienta muy eficaz para distinguir diferentes especies de Metarhizium de las garrapatas cuando se usa junto con los datos de la secuencia ITS. La estandarización del uso de garrapatas en los métodos de exposición del suelo para aislar hongos entomopatógenos podría ser útil para obtener aislamientos altamente virulentos para A. americanum. El aislamiento e identificación de especies de Metarhizium sobre A. americanum en Arkansas indica que se justifica una mayor exploración de los hongos entomopatógenos como agentes biológicos para controlar A. americanum.

Key Words: lone star tick; entomopathogenic fungi; isolates; identification; Savoy; West Fork

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Published

2021-10-06

Issue

Section

Research Papers