Insecticide resistance is a long standing and expanding problem for pest arthropod control. Effective insecticide resistance management (IRM) is essential if the utility of current and future insecticides is to be preserved. Established in 1984, the Insecticide Resistance Action Committee (IRAC) is an international association of crop protection companies. IRAC serves as the Specialist Technical Group within CropLife International focused on ensuring the long term efficacy of insect, mite and tick control products through effective resistance management for sustainable agriculture and improved public health. A key function of IRAC is the continued development of the Mode of Action (MoA) classification scheme, which provides up-to-date information on the modes of action of new and established insecticides and acaricides and which serves as the basis for developing appropriate IRM strategies for crop protection and vector control. The IRAC MoA classification scheme covers more than 25 different modes of action and at least 55 different chemical classes. Diversity is the spice of resistance management by chemical means and thus it provides an approach to IRM providing a straightforward means to identify potential rotation/alternation options.

Neonicotinoid insecticides are compounds acting agonistically on insect nicotinic acetylcholine receptors (nAChR). They are especially active on hemipteran pest species such as aphids, whiteflies, and planthoppers, but also commercialized to control many coleopteran and some lepidopteran pest species. The most prominent member of this class of insecticides is imidacloprid. All neonicotinoid insecticides bind with high affinity (I50-values around 1 nM) to [3H]imidacloprid binding sites on insect nAChRs. One notable ommission is the neonicotinoid thiamethoxam, showing binding affinities up to 10,000-fold less potent than the others, using housefly head membrane preparations. Electrophysiological whole cell voltage clamp studies using neurons isolated from Heliothis virescens ventral nerve cord showed no response to thiamethoxam when applied at concentrations of 0.3 mM, although the symptomology of poisoning in orally and topically treated noctuid larvae suggested strong neurotoxicity. Other neonicotinoids, such as clothianidin, exhibited high activity as agonists on isolated neurons at concentrations as low as 30 nM. There was no obvious correlation between biological efficacy of thiamethoxam against aphids and lepidopterans and receptor affinity in electrophysiological and binding assays. Pharmacokinetic studies using an LC-MS/MS approach to analyze haemolymph samples taken from lepidopteran larvae revealed that thiamethoxam orally applied to 5th instar Spodoptera frugiperda larvae was rapidly metabolized to clothianidin, an open-chain neonicotinoid. Clothianidin shows high affinity to nAChRs in both binding assays and whole cell voltage clamp studies. When applied to cotton plants, thiamethoxam was also quickly metabolized, with clothianidin being the predominant neonicotinoid in planta briefly after application, as indicated by LC-MS/MS analyses. Interestingly, the N-desmethylated derivative of thiamethoxam, N-desmethyl thiamethoxam, was not significantly produced in either lepidopteran larvae or in cotton plants, although it was often mentioned as a possible metabolite, being nearly as active as imidacloprid. In conclusion, our investigations show that thiamethoxam is likely to be a neonicotinoid precursor for clothianidin.

The two most damaging biotypes of Bemisia tabaci, B and Q, have both evolved strong resistance to the neonicotinoid insecticide imidacloprid. The major mechanism in all samples investigated so far appeared to be enhanced detoxification by cytochrome P450s monooxygenases (P450s). In this study, a polymerase chain reaction (PCR) technology using degenerate primers based on conserved P450 helix I and heme-binding regions was employed to identify P450 cDNA sequences in B. tabaci that might be involved in imidacloprid resistance. Eleven distinct P450 cDNA sequences were isolated and classified as members of the CYP4 or CYP6 families. The mRNA expression levels of all 11 genes were compared by real-time quantitative RT-PCR across nine B and Q field-derived strains of B. tabaci showing strong resistance, moderate resistance or susceptibility to imidacloprid. We found that constitutive over-expression (up to ∼17-fold) of a single P450 gene, CYP6CM1, was tightly related to imidacloprid resistance in both the B and Q biotypes. Next, we identified three single-nucleotide polymorphic (SNP) markers in the intron region of CYP6CM1 that discriminate between the resistant and susceptible Q-biotype CYP6CM1 alleles (r-Q and s-Q, respectively), and used a heterogeneous strain to test for association between r-Q and resistance. While survivors of a low imidacloprid dose carried both the r-Q and s-Q alleles, ∼95% of the survivors of a high imidacloprid dose carried only the r-Q allele. Together with previous evidence, the results reported here identify enhanced activity of P450s as the major mechanism of imidacloprid resistance in B. tabaci, and the CYP6CM1 gene as a leading target for DNA-based screening for resistance to imidacloprid and possibly other neonicotinoids in field populations.

Vector-borne diseases are a global problem--a trend that may only increase if global temperature rises and demographic trends continue--and their economic and social impact are enormous. Insecticides play a vital role in the fight against these diseases by controlling the vectors themselves in order to improve public health; however, resistance to commonly used insecticides is on the rise. This perspective outlines the major classes of disease vector control agents and the mechanisms of resistance that have evolved, arguing that effective resistance management strategies must carefully monitor resistance in field populations and use combinations of the limited modes of action available to best effect. Moreover, the development of novel insecticide classes for control of adult mosquitoes and other vectors becomes increasingly important.

Insecticide resistance has been and continues to be a significant problem for invertebrate pest control. As such, effective insecticide resistance management (IRM) is critical to maintain the efficacy of current and future insecticides. A technical group within CropLife International, the Insecticide Resistance Action Committee (IRAC) was established 35 years ago (1984) as an international association of crop protection companies that today spans the globe. IRAC's focus is on preserving the long-term utility of insect, mite, and most recently nematode control products through effective resistance management to promote sustainable agriculture and improved public health. A central task of IRAC has been the continual development and documentation of the Mode of Action (MoA) Classification scheme, which serves as an important tool for implementing IRM strategies focused on compound rotation / alternations. Updates to the IRAC MoA Classification scheme provide the latest information on the MoA of current and new insecticides and acaricides, and now includes information on biologics and nematicides. Details for these new changes and additions are reviewed herein.

Cytochrome P450-mediated detoxification is one of the most important mechanisms involved in insecticide resistance. However, the molecular basis of this mechanism and the physiological functions of P450s associated with insecticide resistance remain largely unknown. Here, we exploited the functional genomics and reverse genetic approaches to identify and characterize a P450 gene responsible for the majority of deltamethrin resistance observed in the QTC279 strain of Tribolium castaneum . We used recently completed whole-genome sequence of T. castaneum to prepare custom microarrays and identified a P450 gene, CYP6BQ9 , which showed more than a 200-fold higher expression in the deltamethrin-resistant QTC279 strain when compared with its expression in the deltamethrin-susceptible Lab-S strain. Functional studies using both double-strand RNA (dsRNA)-mediated knockdown in the expression of CYP6BQ9 and transgenic expression of CYP6BQ9 in Drosophila melanogaster showed that CYP6BQ9 confers deltamethrin resistance. Furthermore, CYP6BQ9 enzyme expressed in baculovirus metabolizes deltamethrin to 4-hydroxy deltamethrin. Strikingly, we also found that unlike many P450 genes involved in insecticide resistance that were reported previously, CYP6BQ9 is predominantly expressed in the brain, a part of the central nervous system (CNS) containing voltage-gated sodium channels targeted by deltamethrin. Taken together, the current studies on the brain-specific insect P450 involved in deltamethrin resistance shed new light on the understanding of the molecular basis and evolution of insecticide resistance.

Pyrethroid insecticides are widely used as one of the most effective control measures in the global fight against agricultural arthropod pests and mosquito-borne diseases, including malaria and dengue. They exert toxic effects by altering the function of voltage-gated sodium channels, which are essential for proper electrical signaling in the nervous system. A major threat to the sustained use of pyrethroids for vector control is the emergence of mosquito resistance to pyrethroids worldwide. Here, we report the successful expression of a sodium channel, AaNa v 1–1, from Aedes aegypti in Xenopus oocytes, and the functional examination of nine sodium channel mutations that are associated with pyrethroid resistance in various Ae. aegypti and Anopheles gambiae populations around the world. Our analysis shows that five of the nine mutations reduce AaNa v 1–1 sensitivity to pyrethroids. Computer modeling and further mutational analysis revealed a surprising finding: Although two of the five confirmed mutations map to a previously proposed pyrethroid-receptor site in the house fly sodium channel, the other three mutations are mapped to a second receptor site. Discovery of this second putative receptor site provides a dual-receptor paradigm that could explain much of the molecular mechanisms of pyrethroid action and resistance as well as the high selectivity of pyrethroids on insect vs. mammalian sodium channels. Results from this study could impact future prediction and monitoring of pyrethroid resistance in mosquitoes and other arthropod pests and disease vectors.

Abstract BACKGROUND The development and commercialisation of new chemical classes of insecticides for efficient crop protection measures against destructive invertebrate pests is of utmost importance to overcome resistance issues and to secure sustainable crop yields. Flupyradifurone introduced here is the first representative of the novel butenolide class of insecticides active against various sucking pests and showing an excellent safety profile. RESULTS The discovery of flupyradifurone was inspired by the butenolide scaffold in naturally occurring stemofoline. Flupyradifurone acts reversibly as an agonist on insect nicotinic acetylcholine receptors but is structurally different from known agonists, as shown by chemical similarity analysis. It shows a fast action on a broad range of sucking pests, as demonstrated in laboratory bioassays, and exhibits excellent field efficacy on a number of crops with different application methods, including foliar, soil, seed treatment and drip irrigation. It is readily taken up by plants and translocated in the xylem, as demonstrated by phosphor imaging analysis. Flupyradifurone is active on resistant pests, including cotton whiteflies, and is not metabolised by recombinantly expressed CYP6CM1 , a cytochrome P450 conferring metabolic resistance to neonicotinoids and pymetrozine. CONCLUSION The novel butenolide insecticide flupyradifurone shows unique properties and will become a new tool for integrated pest management around the globe, as demonstrated by its insecticidal, ecotoxicological and safety profile. © 2014 The Authors. Pest Management Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry.