Tracing the origin of the alien pest Cydia pomonella in Algeria through a worldwide comparison of the species’ DNA barcodes

Abstract

DNA barcodes (i.e., gene sequences used as identifiers for species identification) constitute a very useful tool in invasive pest research. Using them, we studied, for the first time, the origin and population structure of the alien Cydia pomonella in Africa, a major apple pest. We sequenced a fragment of the mitochondrial gene Cytochrome c oxidase subunit I (COI) from C. pomonella caterpillars collected in northern Algeria and compared them with DNA barcodes from the rest of the world available at public repositories. The phylogeny built upon that COI database supports the European origin of the species: haplotypes at the base of the phylogeny were registered in this continent. In Algeria, the results suggest that this pest could have been introduced from Europe, with two unique African mutations probably favoured by C. pomonella multivoltinism and large population sizes. Population genetic analyses at three Algerian localities showed neither structure nor founder effects. However, to confirm the underlying process of the observed population patterns, it is necessary to perform analyses using genes with higher mutation rates. Compared to higher resolution markers, mitochondrial DNA barcodes are still a cost-effective tool for taxonomic determination of unknown specimens and, sometimes, may also allow a preliminary tracing of its origin. This is crucial to detect and stop the spread of invasive pests (i.e., borders). We encourage further studies including functional genes to assess whether any mutations are promoting C. pomonella adaptation to the Northern Africa environment.

Los códigos de barras de ADN (secuencias de genes que se usan para la identificación de especies) constituyen una herramienta muy útil en la investigación sobre especies plaga invasoras. Utilizándolos estudiamos, por primera vez, el origen y la estructura poblacional de Cydia pomonella, especie exótica en África que aparte es una de las principales plagas de las manzanas. Secuenciamos un fragmento del gen mitocondrial Citocromo c oxidasa subunidad I (COI) de orugas de C. pomonella recolectadas en el norte de Argelia y las comparamos con códigos de barras de ADN del resto del mundo disponibles en bases de datos públicas. La filogenia construida a partir de esa base de datos de COI apoya el origen Europeo de la especie: los haplotipos en la base de la filogenia se registraron en este continente. En Argelia, los resultados sugieren que esta plaga pudo haber sido introducida desde Europa, con dos mutaciones únicas probablemente favorecidas por el multivoltinismo de C. pomonella y sus grandes tamaños poblacionales. Los análisis genéticos a nivel de población entre tres localidades en Argelia mostraron que no había ni estructura ni efecto fundador. Sin embargo, para confirmar los procesos subyacentes de los patrones poblacionales observados es necesario llevar a cabo análisis utilizando genes con tasas de mutación más altas. Comparados con marcadores moleculares con mayor resolución, los códigos de barras de ADN son todavía una herramienta económica para la determinación taxonómica de especímenes desconocidos y, algunas veces, pueden permitir también un trazado preliminar de su origen. Esto es crucial para detectar y parar la expansión de plagas (p. ej. en las fronteras). Animamos a realizar nuevos estudios que incluyan genes funcionales para analizar si hay mutaciones que estén favoreciendo la adaptación de C. pomonella al entorno Norteafricano.