ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

(1)

LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS

Programa de Pós-Graduação em Genética e

Melhoramento de Plantas

Departamento de Genética

Avenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil

Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php

ADAPTA

Ç

ÃO DOS INSETOS

À

S ESTRAT

É

GIAS DE DEFESA DAS

PLANTAS

LARISSA C.D. NADALINI DANIEL SCHERER DE MOURA

(2)

Tópicos Abordados

ADAPTA

ADAPTAÇÇÃO DOS INSETOS ÃO DOS INSETOS ÀÀS ESTRATS ESTRATÉÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTASGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

• Introdução

• Defesa das plantas

• Adaptação dos insetos

• Estudos avançados

(3)

INTRODU

(4)

Introdução

• Adaptação

ADAPTA

(5)

Introdução

• Adaptação

Seleção Natural

- século XIX

- Adaptação e especialização

dos organismos

Charles Robert Darwin

ADAPTA

(6)

Introdução

?? Adaptação ??

“

É qualquer característica evoluída que torna

organismo capacitado a sobreviver em seu

habitat. Podem ser anatômicas, fisiológicas ou

comportamentais.”

ADAPTA

(7)

Introdução

ADAPTA

•

Adaptação dos insetos

plantas Insetos

herbívoros

Schoonhoven et al., 2005

Características ou comportamentos evoluídos que torna

inseto capacitado a sobreviver no seu habitat.

Insetos não-herbívoros

vertebrados protozoa

(8)

Introdução

Fuga Novos metabólitos

Fuga temporal /espacial Detoxificação

Sequestro de venenos Aperfeiçoamento das enzimas digestivas (spectrum modificado) Proteinases para destruir as Proteínas Inibidoras

Utilização de hospedeiros alternativos Aumento da taxa de consumo Modificação da qualidade nutritiva do tecido da planta hospedeira Estabelecimento de associações com microorganismos Inseto elicitores S I N A L A T I V A Ç Ã O G E N I C A

•

Adaptação dos insetos

HERBIVORIA

GENE ATIVAÇÃO SINAL voláteis

Repostas Indiretas Respostas Diretas Barreira Física Metabólitos secundários e Proteínas Barreira Nutricional Inibidores aumento da atividade grupos heterogêneos alta especificidade bifuncionalidade

INSETO

PLANTA

Forma da folha Arquitetura Planta Metabólitos secundários Voláteis Parasitoides predadores Voláteis provenientes da planta atacada ADAPTA

(9)

Introdução

•

Formas de adaptação do inseto

Fuga Novos metabólitos

Fuga temporal /espacial

Detoxificação

Sequestro de venenos

Aperfeiçoamento das enzimas digestivas (spectrum modificado) Proteinases para destruir as proteínas

Inibidoras

Utilização de hospedeiros alternativos Aumento da taxa de consumo

Modificação da qualidade nutritiva do tecido da planta hospedeira

Estabelecimento de associações com microorganismos Inseto elicitores S I N A I S A T I V A Ç Ã O G E N I C A

(10)

Introdução

• ? Benefícios da adaptação para insetos?

9 Fonte de Alimentação

9 Local de Reprodução (quimoreceptores)

9 Abrigo

9 Tornam pragas agrícolas

ADAPTA

(11)

Introdução

• ? Benefícios da adaptação para insetos?

9

Adaptação a cultivar resistente introduzida por

melhoramento ou engenharia genética

Ex: Mosca (Mayetiola destructor) x trigo resistente

hessian (1955, 1964, 1971) RAUSHER,M.D. 2001

9 Pesquisas- mecanismos adaptativos insetos, forma plantas se posicionam aos seus agressores são interessantes e crescentes

ADAPTA

(12)

ADAPTA

DEFESA

(13)

Defesa das plantas

• NICOTINA

9 Defesa direta da planta

9Primeiros inseticidas usado no controle de pragas

Atua no sitema nervoso do inseto (acetilcolina)

9 Alcalóides piridina

Nicotiana attenuata Nicotiana sylvetris

9 Encontrado em Solanaceas

(14)

Defesa das plantas

• NICOTINA – Eficiente Inseticida

Steppuhn et al, 2004 Nicotine’s defensive function in Nature.

Pesquisa:

• Plantas transformadas de N. Attenuata- composto PMT foi inativado

(IRpmt/108)

X

(15)

Defesa das plantas

• NICOTINA – Eficiente Inseticida

Resultados: _nicotina

Nicotina (normal)

Metade danos dos herbivoros

Dias depois de transplantadas

Dano s n a área foliar ( % total) Todos os herbívoros

(16)

Defesa das plantas

• NICOTINA – Eficiente Inseticida

Conclue:

Redução da quantidade de nicotina nas plantas

transgenicas

demonstrou a forte pressão dos

herbivoros sobre N. attenuata

Nicotina é importante e eficiente químico de defesa das

plantas na natureza

(17)

Defesa das plantas

• GLUCOSINOLATOS

Thioglucosideos, ‘Glicosideos óleo mostarda’

Família Brassicacea

¾ Composto orgânico que contém nitrogênio, enxofre, grupo derivado da glucose e grupo lateral

(18)

Defesa das plantas

• GLUCOSINOLATOS

9 Intactos pouca toxidade , porém quando associados a enzimas

da planta é tóxicos, servindo de defesa.

( Thioglucosideos,

‘Glicosideos óleo Mostarda)

GRUBB &ABEL, 2006 (modificado) glucosinolatos-mirosinase (b-thioglucosidase)

“bomba de óleo mostarda”

Corpos de mirosina

(19)

Defesa das plantas

• INIBIDORES DE PROTEASES (IP)

•

São grande e complexo grupo de proteínas presente todas

formas de vida (plantas)

• Plantas

• Nas folhas a quantidade é baixa mas pode ser induzida quando

(20)

• INIBIDORES DE PROTEASES (IP)

Nas folhas a quantidade IP

Moura e Rayn, 2001 - Inibidores protease em folhas de pimenta (PLPIs) Tempo (h) variedades Folha inferior Folha inferior Folha apical Folha apical Controle Ferimento Indução de PLPIs em folhas de pimenta In ib id o r In ib id o r

(21)

Defesa das plantas

• INIBIDORES DE PROTEASES (IP)

•

Como atuam?

• Essas proteínas formam complexos com proteases, essa

interação pode levar a perda de sua atividade (defesa). (grande e complexo grupo de proteínas)

(22)

Defesa das plantas

• INIBIDORES DE PROTEASES (IP)

•

Defesa contra inseto:

• inibibição das proteases intestinais

• super produção das enzimas digestivas

deficiência dos aa ou na sua disponibilidade para produção outras proteínas

atraso no crescimento, desenvolvimento, ou mesmo morte do inseto

(23)

Defesa das plantas

• INIBIDORES DE PROTEASES (IP)

• Defesa contra inseto: ∗ POMPERMAYER, 2001

SPI Controle

20 DIAS APÓS ECLOSÃO

Tratamento larva

Peso Duração Mortalidade (mg±SE) (dias ±SE) (%)

(24)

ADAPTA

Ç

_Ç

ÃO DOS

_{ÃO DOS}

INSETOS

(25)

9

9 Desintoxica

Desintoxica

ç

ão atrav

é

s de atividade enzim

á

tica

Adaptação do inseto

Insetos codificam enzimas que atuam sobre

compostos potencialmente tóxicos gerados pela

planta, tornando possível o consumo desse alimento.

¾

Cytochrome P-450 , PSMOs ou MFOs

Todos os tecidos dos insetos

(26)

9

9 Desintoxica

Desintoxica

ç

ão atrav

é

s de atividade enzim

á

tica

Adaptação do inseto

¾

Cytochrome P-450 , PSMOs ou MFOs

Área de ataque da enzima

Nicotine-1-N-oxide Cotinine-N-oxide

(27)

9

9 Desintoxica

Desintoxica

ç

ão atrav

é

s de atividade enzim

á

tica

Adaptação do inseto

Glendinning, 2002

Manduca sexta

Dieta com nicotina

(46.2mM/kg dieta)

Dieta sem nicotina

Atividade

Citocromo P-450

x Inibidor PB

(28)

9

9 Desintoxica

Desintoxica

ç

ão atrav

é

s de atividade enzim

á

tica

Adaptação do inseto

Glendinning, 2002

Dieta controle Dieta nicotina

Atividade alimentar

Duração de exposição à dieta (h)

m g i n g e ri d a h -1

(29)

9

9 Desintoxica

Desintoxica

ç

ão atrav

é

s de atividade enzim

á

tica

Adaptação do inseto

Glendinning, 2002

Citocromo P-450 x Inibidor PB Atividade do Citocromo P-450 nos intestinos

Dieta controle Dieta nicotina

Duração de exposição à dieta (h)

Dieta nicotina

nicotina Nicotina +PB

(30)

9

9 Desintoxica

Desintoxica

ç

ão atrav

é

s de atividade enzim

á

tica

Adaptação do inseto

desarmamento do complexo Glucosinalato-mirosinase

(bomba óleo mostarda)

¾

É

sulfatase

glucosinalato

(GSS) presente

(GSS)

em Lepidoptera especialista – Plutella

(31)

9

9 Desintoxica

Desintoxica

ç

ão atrav

é

s de atividade enzim

á

tica

Adaptação do inseto

tóxicos

Plutella xylostella

Desulfo-glucosinolatos Não tóxicos

(32)

9

9 Desintoxica

Desintoxica

ç

ão atrav

é

s de atividade enzim

á

tica

Adaptação do inseto

Ratza et al.,2002 Disarming the mustard oil bomb. PNAS 99,11223-28.

9Alimentaram lagartas

Plutella xylostella

em variedades de

A.thaliana

9 Ensaios enzimáticos de atividade da sulfatase glucosinalato (GSS)

partes do corpo da lagarta extrato fecal

(33)

9

9 Desintoxica

Desintoxica

ç

ão atrav

é

s de atividade enzim

á

tica

Adaptação do inseto

Ratza et al.,2002

partes do corpo da lagarta

controle corpo tecido conteúdo sem intestino intestino intestinal

Ativ

(34)

Adaptação do inseto

A atividade da sulfatase glucosinalato (GSS)

desse inseto é específica para um determinado

tipo de glucosinalato/planta?

9

(35)

Adaptação do inseto

9 Desintoxicação através de atividade enzimática

GS Desulfo-GS

Não tóxicos PLANTA (nome científico)

Folhas

Peso Seco _{Peso Seco} Fezes

(36)

Adaptação do inseto

Conclusão:

Os intestinos desses insetos produzem uma enzima (GSS)

que atua sobre o glucosinalato decompõe em

desulfo-glucosinolate (não tóxico)

glucosinalato-mirosinase

Plutella xylostella

9

(37)

9

9 Altera

Altera

ç

ão das proteases ap

ó

s

IP

Adaptação do inseto

aumento da atividade de suas proteases (enzimas

digestivas)

síntese de proteases menos sensíveis aos inibidores

quebra do inibidor via proteinase intestinal

mudança no padrão de expressão dos genes

que codificam as proteases presentes nos

(38)

Adaptação do inseto

mudança no padrão de expressão gênica

regulação proteases

HELICOVERPA

ARMIGERA

9 Chougule et al, 2005 Gene expression patterns of Helicoverpa

armigera gut proteases Insect Bioch Mol.Biol. 35,p. 355–67

Verificou o padrão de expressão de diversas proteases

(

tripsinas

) em H.armigera submetidas a inibidores extraídos de

diferentes plantas.

(39)

Adaptação do inseto

Tripsinas (proteases) H.armigera

Chougule et al, 2005

mudança no padrão de expressão gênica

Dieta controle

HaTry5 HaTry2

(40)

Adaptação do inseto

mudança no padrão de expressão gênica

9 Expressão de genes que codificam proteases

“de novo”

BRIOSCHI D., 2006 Spodoptera frugiperda

Dieta artificial

0% IPSoja

0,5% IPSoja

0, 6,12, 24, 48horas

(41)

Adaptação do inseto

mudança no padrão de expressão gênica

9 Expressão de genes que codificam proteases “de novo”

Tripsinas

0 2 4 6 8 10 12 0 6 12 24 48 Horas R eg u lação g ên ica a b so lu ta 441F01 0 2 4 6 8 10 12 0 6 12 24 48 Horas R e gul a ç ã o gê ni c a a bs ol ut a 443D12.

(42)

Adaptação do inseto

9 Expressão de genes que codificam proteases “de novo”

Quimotripsinas

0 2 4 6 8 0 6 12 24 48 Horas R e gul a ç ã o gê ni c a a bs ol u ta 0 1 2 3 4 5 0 6 12 24 48 Horas R e gul a ç ã o gê ni c a a bs ol ut a 450F05 0 2 4 6 8 10 12 0 6 12 24 48 Horas R eg u laç ão g ên ica a b so lu ta 448G03 0 1 2 3 4 0 6 12 24 48 Horas R e gu la ç ã o gê n ic a a bs o lu ta 450F08 RDAFB07

(43)

ESTUDOS AVAN

(44)

Estudos Avançados

Complexos:

♦ Grau de especialização do inseto ao seu alimento

Especialista x Generalista

♦ Relação com outros organismos

Outros insetos, outros predadores,

bactérias, fungos

(45)

Estudos Avançados

Especialista x Generalista

1 ou poucas espécies de plantas

relacionadas

Forma mais eficiente de

adaptação (similares fitoquímicos)

Escolha/reconhecimento da

planta hospedeira (facilitando a colonização nicho aberto)

↓ fontes de nutritivas

Ampla variedade de espécies de

planta

mecanismos adaptativos mais

complexo (diferentes fitoquímicos)

Escolha aleatória (maiores chances

enfrentar concentração elevada para um determinado químico)

↑ fontes nutritivas

(46)

Estudos Avançados

• Fungos

Algumas espécies de besouros introduzem fungos do gênero Ceratocistis e ophiostoma junto as árvores antes de sua alimentação.

• Bactérias

Afídeos: podem utilizar o floema nutricional através de bactérias que auxiliam na metabolização

dessa fonte de alimento .

(47)