Research Article

Near-infrared imaging for automated tsetse pupae sex sorting in support of the sterile insect technique

Imagerie dans l’infrarouge proche pour le tri automatisé du sexe des pupes de glossines comme aide à la technique de l’insecte stérile

¹ Joint FAO/IAEA Centre of Nuclear Techniques in Food and Agriculture, Insect Pest Control Laboratory, Department of Nuclear Sciences and Applications, International Atomic Energy Agency, 1400 Vienna, Austria
² Instituto Universitario de Investigación en Tecnología Centrada en el Ser Humano. Universitat Politècnica de València, Camino de Vera, s/n, 46022 València, Spain
³ Roppersbergweg 15, 2381 Laab im Walde, Austria
⁴ Departamento de Ciencias Básicas y Transversales. Facultad de Veterinaria y Ciencias Experimentales, Universidad Católica de Valencia San Vicente Mártir, C/Guillem de Castro 94, 46001 Valencia, Spain
⁵ Institut Sénégalais de Recherches Agricoles, Laboratoire National de l’Élevage et de Recherches Vétérinaires, Service de Bio-écologie et Pathologies Parasitaires, BP 2057, Hann, Dakar, Senegal
⁶ Ministère de l’Élevage et des Productions animales, Sphères Ministérielles de Diamniadio, BP 13 000, Dakar, Senegal
⁷ Institute of Zoology, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, 845 06 Bratislava, Slovakia
⁸ Scientica, Ltd., Hybešova 33, 831 06 Bratislava, Slovakia

^* Corresponding author: C.De-Beer@iaea.org

Received: 6 March 2023
Accepted: 3 May 2023

Abstract

Tsetse flies are the cyclical vectors of African trypanosomes and one of several methods to manage this vector is the sterile insect technique (SIT). The ability to determine the sex of tsetse pupae with the objective to separate the sexes before adult emergence has been a major goal for decades for tsetse management programmes with an SIT component. Tsetse females develop faster and pharate females inside the pupae melanise 1–2 days before males. This earlier melanisation can be detected by infrared cameras through the pupal shell, and the newly developed Near InfraRed Pupae Sex Sorter (NIRPSS) takes advantage of this. The melanisation process is not homogeneous for all fly organs and the pupa needs to be examined ventrally, dorsally and laterally to ensure accurate classification by an image analysis algorithm. When the pupae are maturing at a constant temperature of 24 °C and sorted at the appropriate age, 24 days post-larviposition for Glossina palpalis gambiensis, the sorting machine can efficiently separate the sexes. The recovered male pupae can then be sterilised for field releases of males, while the rest of the pupae can be used to maintain the laboratory colony. The sorting process with the new NIRPSS had no negative impact on adult emergence and flight ability. A mean male recovery of 62.82 ± 3.61% was enough to provide sterile males to an operational SIT programme, while mean contamination with females (4.69 ± 3.02%) was low enough to have no impact on the maintenance of a laboratory colony.

Résumé

Les glossines sont les vecteurs cycliques des trypanosomes africains et la technique de l’insecte stérile (TIS) est l’une des méthodes de gestion de ce vecteur. La capacité à déterminer le sexe des pupes de glossines dans le but de séparer les sexes avant l’émergence des adultes a été un objectif majeur, pendant des décennies, pour les programmes de lutte contre les glossines avec une composante TIS. Les femelles tsé-tsé se développent plus rapidement et les pharates femelles à l’intérieur des pupes se mélanisent 1 à 2 jours avant les mâles. Cette mélanisation précoce peut être détectée par des caméras infrarouges à travers la coque de la pupe, ce que le nouveau trieur de sexe des pupes dans le proche infrarouge (TSPPIR) utilise. Le processus de mélanisation n’est pas homogène pour tous les organes de la mouche et la pupe doit être examinée ventralement, dorsalement et latéralement pour assurer une classification précise par un algorithme d’analyse d’image. Lorsque les pupes mûrissent à une température constante de 24 °C et sont triées à l’âge approprié, 24 jours après la larviposition pour Glossina palpalis gambiensis, la machine de tri peut séparer efficacement les sexes. Les pupes mâles récupérées peuvent ensuite être stérilisées pour les lâchers de mâles sur le terrain tandis que le reste des pupes peut être utilisé pour maintenir la colonie de laboratoire. Le processus de tri avec le nouveau TSPPIR n’a eu aucun impact négatif sur l’émergence et la capacité de vol des adultes. Une récupération moyenne des mâles de 62,82 ± 3,61% était suffisante pour fournir des mâles stériles à un programme TIS opérationnel, tandis que la contamination moyenne par les femelles (4,69 ± 3,02%) était suffisamment faible pour n’avoir aucun impact sur le maintien d’une colonie de laboratoire.