Abstract The rapid wide-scale spread of fall armyworm ( Spodoptera frugiperda ) has caused serious crop losses globally. However, differences in the genetic background of subpopulations and the mechanisms of rapid adaptation behind the invasion are still not well understood. Here we report a 393.25-M chromosome-level genome assembly of fall armyworm with scaffold N50 of 13.3 M consisting of 23281 annotated protein-coding genes. Genome-wide resequencing of 105 samples from 16 provinces in China revealed that the fall armyworm population comprises a complex inter-strain hybrid, mainly with the corn-strain genetic background and less of the rice-strain genetic background, which highlights the inaccuracy of strain identification using mitochondrial or Tpi genes. An analysis of genes related to pesticide- and Bt-resistance showed that the risk of fall armyworm developing resistance to conventional pesticides is very high, while remaining currently susceptible to Bt toxins. Laboratory bioassay results showed that insects invading China carry resistance to organophosphate and pyrethroid pesticides, but are sensitive to genetically modified maize expressing Cry1Ab in field experiments. Additionally, we found that two mitochondrial fragments are inserted into the nuclear genome, and the insertion event occurred after the differentiation of the two strains. This study represents a valuable advancement toward the analysis of genetic differences among subpopulations and improving management strategies for fall armyworm.

Shifting geographical ranges of crop pests and pathogens in response to climate change pose a threat to food security. The orange wheat blossom midge (Sitodiplosis mosellana) is responsible for significant yield losses in China, the world's largest wheat producer. Here we report that rising temperatures in the North China Plain have resulted in a mean northward range shift of 3.3 deg (58.8 km per decade) from the 1950s to 2010s, which accelerated to 91.3 km per decade after 1985 when the highly toxic pesticide hexachlorocyclohexane (HCH) was banned. Phenological matching between wheat midge adult emergence and wheat heading in this new expanded range has resulted in greater damage to wheat production. Around $286.5 million worth of insecticides were applied to around 19 million hectares in an attempt to minimize wheat midge damage to crops between 1985 and 2016. Despite use of these pesticides, wheat midge caused losses of greater than 0.95 million metric tons of grain during this period. Our results demonstrate the potential for indirect negative impacts of climate change on crop production and food security, and constitute the first large scale example of plant pest range shift due to global warming.

BACKGROUND: The fall armyworm (FAW), an invasive pest from the Americas, is rapidly spreading through the Old World, and has recently invaded the Indochinese Peninsula and southern China. In the Americas, FAW migrates from winter-breeding areas in the south into summer-breeding areas throughout North America where it is a major pest of corn. Asian populations are also likely to evolve migrations into the corn-producing regions of eastern China, where they will pose a serious threat to food security. RESULTS: To evaluate the invasion risk in eastern China, the rate of expansion and future migratory range was modelled by a trajectory simulation approach, combined with flight behaviour and meteorological data. Our results predict that FAW will migrate from its new year-round breeding regions into the two main corn-producing regions of eastern China (the North China and Northeast China Plains), via two pathways. The western pathway originates in Myanmar and Yunnan, and FAW will take four migration steps to reach the North China Plain by July. Migration along the eastern pathway from Indochina and southern China progresses faster, with FAW reaching the North China Plain in three steps by June and reaching the Northeast China Plain in July. CONCLUSION: Our results indicate that there is a high risk that FAW will invade the major corn-producing areas of eastern China via two migration pathways, and cause significant impacts to agricultural productivity. Information on migration pathways and timings can be used to inform integrated pest management strategies for this emerging pest.

Recently, the most serious upsurge of desert locust ( Schistocerca gregaria ) in the last 25 years is spreading across eastern Africa and southwestern Asia. Parts of the desert locust ‘invasion area’, namely the northern border areas of Pakistan and India are very close to China, and whether locust swarms will invade China is of wide concern. To answer this question, we identified areas of potentially suitable habitat for the desert locust within China based on historical precipitation and temperature data, and found that parts of Xinjiang and Inner Mongolia provinces could provide ephemeral habitat in summer, but these places are remote from any other desert locust breeding area. Presently, the desert locust populations in Pakistan and India are mature and have laid eggs, and are less likely to spread long distances. The next generation of adults will appear in April and May, and so we examined twenty years’ historical wind data (2000–2019) for this period. Our results showed that winds at the height of locust swarm flight blew eastward during April and May, but the wind speeds were quite slow and would not facilitate desert locust eastward migration over large distances. Furthermore, simulated trajectories of desert locust swarms with 10 days’ migration mostly ended within India. The most easterly point of these trajectories just reached eastern India, close to the border between India and Myanmar, and this is very close to the eastern border of the invasion area of desert locust described in previous studies. In conclusion, the risk that the desert locust will invade China is very low.