Development of postharvest disinfestation treatment protocols against major quarantine pests of export fruits and vegetables

In sub-Saharan Africa, mango (Mangifera indica L.), French beans (Phaseolus vulgaris L.), and bell pepper (Capsicum annuum L.) are three economically significant horticultural crops. Despite their economic and nutritional significance, their production and trade are hampered by several constraints; chief among them is infestation by devastating quarantine pests such as oriental fruit fly (Bactrocera dorsalis), western flower thrips (Frankliniella occidentalis) and false codling moth (Thaumatotibia leucotreta). Preharvest control measures have been developed and implemented against these pests, however, being considered as A1 and A2 pests in many importing countries, postharvest measures are required to guarantee quarantine security in these countries. In this regard, this study aimed to (1) Develop postharvest hot water treatment (HWT) protocols for Tommy Atkins mango, French beans, and bell pepper against B. dorsalis, F. occidentalis, and T. leucotreta, respectively, (2) Assess the effect of the HWT regimes on the quality of the treated commodities and (3) Elucidate the differential gene expression of T. leucotreta under extreme temperature treatments. The results of HWT for postharvest disinfestation of Tommy Atkins mango against B. dorsalis show that the third larval instar is the most heat tolerant stage of B. dorsalis, and the minimum time required to achieve its probit-9 control efficacy (99.9968% mortality), at 46.1ºC is 72.63 min. The findings of HWT for postharvest disinfestation of French beans against F. occidentalis egg indicate that 8.01 min is the minimum immersion time required to achieve probit-9 control efficacy at 45ºC. In the assessment of the effectiveness of HWT as a phytosanitary treatment for T. leucotreta in bell pepper, the immersion duration of 44.23 min is the minimum time required to achieve probit-9 control efficacy of the most heat-tolerant stage at 50ºC. The HWT schedules did not have any discernible effect on the quality parameters of the respective commodities after treatment. The differential gene expression analysis of T. leucotreta larvae under thermal stress revealed several genes including heat shock proteins, cytochrome P450, cuticle proteins, odorant binding proteins, and immune system genes that may be associated with the T. leucotreta's ability to withstand cold and heat. Overall, this study provides a basis for the standardization and subsequent adoption of quarantine treatment protocols for Tommy Atkins mango, French beans, and bell pepper against quarantine pests, B. dorsalis, F. occidentalis, and T. leucotreta, respectively. In Afrika südlich der Sahara sind Mango (Mangifera indica L.), Buschbohnen (Phaseolus vulgaris L.) und Paprika (Capsicum annuum L.) drei wirtschaftlich bedeutende Gartenbaukulturen. Trotz ihrer wirtschaftlichen und ernährungsphysiologischen Bedeutung werden ihre Produktion und ihr Handel durch verschiedene Einschränkungen behindert; die wichtigste davon ist der Befall durch verheerende Quarantäneschädlinge wie die Orientalische Fruchtfliege (Bactrocera dorsalis), den Westlichen Blütenthrips (Frankliniella occidentalis) und den Falschen Apfelwickler (Thaumatotibia leucotreta). Gegen diese Schädlinge wurden Maßnahmen zur Vorerntebekämpfung entwickelt und umgesetzt. Da sie jedoch in vielen Einfuhrländern als A1- und A2-Schädlinge gelten, sind Maßnahmen nach der Ernte erforderlich, um die Quarantänesicherheit in diesen Ländern zu gewährleisten. Vor diesem Hintergrund zielte diese Studie darauf ab, (1) Protokolle für die Heißwasserbehandlung nach der Ernte von Tommy Atkins Mango, Brechbohnen und Paprika gegen B. dorsalis, F. occidentalis bzw. T. leucotreta zu entwickeln, (2) die Auswirkungen der Heißwasserbehandlungsverfahren auf die Qualität der behandelten Waren zu bewerten und (3) die unterschiedliche Genexpression von T. leucotreta bei extremen Temperaturbehandlungen zu erforschen. Die Ergebnisse der HWT zur Nachernte-Entwesung von Tommy Atkins Mango gegen B. dorsalis zeigen, dass das dritte Larvenstadium das hitzetoleranteste Stadium von B. dorsalis ist und dass die Mindestzeit, die erforderlich ist, um seine Probit-9-Kontrollwirkung (99.9968 % Mortalität) zu erreichen, bei 46.1ºC, 72.63 Minuten beträgt. Die Ergebnisse der HWT für die Entwesung von Bohnen nach der Ernte gegen F. occidentalis-Eier zeigen, dass 8.01 Minuten die minimale Eintauchzeit ist, die erforderlich ist, um eine Probit-9-Kontrollwirkung bei 45°C zu erreichen. Bei der Bewertung der Wirksamkeit der HWT als phytosanitäre Behandlung von T. leucotreta in Paprika ist die Eintauchdauer von 44.23 Minuten die Mindestzeit, die erforderlich ist, um bei 50ºC eine Probit-9-Kontrolle des hitzetolerantesten Stadiums zu erreichen. Die HWT-Zeitpläne hatten keine erkennbaren Auswirkungen auf die Qualitätsparameter der jeweiligen Waren nach der Behandlung. Die differenzielle Genexpressionsanalyse von T. leucotreta-Larven unter thermischem Stress ergab mehrere Gene, darunter Hitzeschockproteine, Cytochrom P450, Kutikulaproteine, Geruchsstoffbindungsproteine und Gene des Immunsystems, die möglicherweise mit der Fähigkeit von T. leucotreta, Kälte und Hitze zu widerstehen, in Verbindung stehen. Insgesamt bietet diese Studie eine Grundlage für die Standardisierung und anschließende Einführung von Quarantänebehandlungsprotokollen für Tommy Atkins Mango, Bohnen und Paprika gegen die invasiven Schädlinge B. dorsalis, F. occidentalis bzw. T. leucotreta