ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

Transcrição

1 Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas LGN SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS LARISSA C.D. NADALINI DANIEL SCHERER DE MOURA Departamento de Genética Avenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: Piracicaba - São Paulo - Brasil Telefone: (0xx19) / 4125 / Fax: (0xx19)

2 Tópicos Abordados Introdução Defesa das plantas Adaptação dos insetos Estudos avançados ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

3 INTRODUÇÃO

4 Introdução Adaptação ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

5 Introdução Adaptação Seleção Natural - século XIX - Adaptação e especialização dos organismos Charles Robert Darwin ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

6 Introdução?? Adaptação?? É qualquer característica evoluída que torna organismo capacitado a sobreviver em seu habitat. Podem ser anatômicas, fisiológicas ou comportamentais. ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

7 Introdução Adaptação dos insetos Características ou comportamentos evoluídos que torna inseto capacitado a sobreviver no seu habitat. plantas Insetos herbívoros vertebrados protozoa Insetos não-herbívoros Outros invertebrados Schoonhoven et al., 2005 ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

8 Introdução Adaptação dos insetos Parasitoides predadores PLANTA Voláteis provenientes da planta atacada INSETO voláteis GENE ATIVAÇÃO SINAL Inseto elicitores Repostas Indiretas Forma da folha Arquitetura Planta Metabólitos secundários Voláteis Respostas Diretas Barreira Física Metabólitos secundários e Proteínas Barreira Nutricional Inibidores aumento da atividade grupos heterogêneos alta especificidade bifuncionalidade S I N A L A T I V A Ç Ã O G E N I C A HERBIVORIA 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 MELLO & SILVA-FILHO,2002 ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

9 Introdução Formas de adaptação do inseto S I N A I S Inseto elicitores A T I V A Ç Ã O G E N I C A 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 MELLO & SILVA-FILHO,2002

10 Introdução? Benefícios da adaptação para insetos? Fonte de Alimentação Local de Reprodução (quimoreceptores) Abrigo Tornam pragas agrícolas ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

11 Introdução? Benefícios da adaptação para insetos? Adaptação a cultivar resistente introduzida por melhoramento ou engenharia genética Ex: Mosca (Mayetiola destructor) x trigo resistente hessian (1955, 1964, 1971) RAUSHER,M.D Pesquisas- mecanismos adaptativos insetos, forma plantas se posicionam aos seus agressores são interessantes e crescentes ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

12 DEFESA DAS PLANTA ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS S ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS

13 Defesa das plantas NICOTINA Alcalóides piridina Encontrado em Solanaceas predominantemente em tabaco Defesa direta da planta Primeiros inseticidas usado no controle de pragas Atua no sitema nervoso do inseto (acetilcolina) Nicotiana attenuata Nicotiana sylvetris

14 Defesa das plantas NICOTINA Eficiente Inseticida Pesquisa: Steppuhn et al, 2004 Nicotine s defensive function in Nature. Plantas transformadas de N. Attenuata- composto PMT foi inativado(irpmt/108) X Nicotina

15 Defesa das plantas NICOTINA Eficiente Inseticida Steppuhn et al, 2004 Nicotine s defensive function in Nature. Resultados: Todos os herbívoros nicotina Danos na área foliar (%total) Metade danos dos herbivoros Nicotina (normal) Dias depois de transplantadas

16 Defesa das plantas NICOTINA Eficiente Inseticida Steppuhn et al, 2004 Nicotine s defensive function in Nature. 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 Composto orgânico que contém nitrogênio, enxofre, grupo derivado da glucose e grupo lateral

18 Defesa das plantas GLUCOSINOLATOS ( Thioglucosideos, Glicosideos óleo Mostarda) Intactos pouca toxidade, porém quando associados a enzimas da planta é tóxicos, servindo de defesa. glucosinolatos-mirosinase (b-thioglucosidase) bomba de óleo mostarda Dano Corpos de mirosina GRUBB &ABEL, 2006 (modificado)

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 a planta é atacada por inseto ou sobre alguma de injuria.

20 Inibidor Inibidor INIBIDORES DE PROTEASES (IP) Nas folhas a quantidade IP Moura e Rayn, Inibidores protease em folhas de pimenta (PLPIs) Indução de PLPIs em folhas de pimenta Controle Folha inferior Folha apical Tempo (h) Ferimento Folha inferior Folha apical variedades

21 Defesa das plantas INIBIDORES DE PROTEASES (IP) (grande e complexo grupo de proteínas) Como atuam? Essas proteínas formam complexos com proteases, essa interação pode levar a perda de sua atividade (defesa).

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 indiretamente prolongar tempo exposição ao predador

23 Defesa das plantas INIBIDORES DE PROTEASES (IP) Defesa contra inseto: POMPERMAYER, 2001 Tratamento larva Peso Duração Mortalidade (mg±se) (dias ±SE) (%) Controle a SPI Controle 20 DIAS APÓS ECLOSÃO

24 ADAPTAÇÃO DOS INSETOS

25 Adaptação do inseto Desintoxicação através s de atividade enzimática Insetos codificam enzimas que atuam sobre compostos potencialmente tóxicos gerados pela planta, tornando possível o consumo desse alimento. Cytochrome P-450, PSMOs ou MFOs Todos os tecidos dos insetos Genoma composto > 100 genes P450

26 Adaptação do inseto Desintoxicação através s de atividade enzimática Cytochrome P-450, PSMOs ou MFOs Área de ataque da enzima Cotinine-N-oxide CH3 Nicotine-1-N-oxide

27 Adaptação do inseto Desintoxicação através s de atividade enzimática Glendinning, 2002 Atividade Citocromo P-450 Manduca sexta Dieta com nicotina (46.2mM/kg dieta) Dieta sem nicotina Citocromo P-450 x Inibidor PB (piperonil butoxide)

28 Adaptação do inseto Desintoxicação através s de atividade enzimática Glendinning, 2002 Dieta controle Dieta nicotina mg ingerida h -1 Atividade alimentar Duração de exposição à dieta (h)

29 Adaptação do inseto Desintoxicação através s de atividade enzimática Glendinning, 2002 Dieta controle Dieta nicotina Dieta nicotina Duração de exposição à dieta (h) Atividade do Citocromo P-450 nos intestinos nicotina Nicotina +PB Citocromo P-450 x Inibidor PB

30 Adaptação do inseto Desintoxicação através s de atividade enzimática É sulfatase glucosinalato (GSS) presente em Lepidoptera especialista Plutella xylostella ou diamondback moth (DMB) desarmamento do complexo Glucosinalato-mirosinase (bomba óleo mostarda)

31 Adaptação do inseto Desintoxicação através s de atividade enzimática Plutella xylostella tóxicos Desulfo-glucosinolatos Não tóxicos

32 Adaptação do inseto Desintoxicação através s de atividade enzimática Ratza et al.,2002 Disarming the mustard oil bomb. PNAS 99, Alimentaram lagartas Plutella xylostella em variedades de A.thaliana Ensaios enzimáticos de atividade da sulfatase glucosinalato (GSS) partes do corpo da lagarta extrato fecal

33 Adaptação do inseto Desintoxicação através s de atividade enzimática partes do corpo da lagarta Atividade GSS controle corpo tecido conteúdo sem intestino intestino intestinal Ratza et al.,2002

34 Adaptação do inseto Desintoxicação através s de atividade enzimática A atividade da sulfatase glucosinalato (GSS) desse inseto é específica para um determinado tipo de glucosinalato/planta?

35 Adaptação do inseto Desintoxicação através de atividade enzimática PLANTA (nome científico) Folhas Peso Seco Fezes Peso Seco GS Desulfo-GS Não tóxicos

36 Adaptação do inseto Desintoxicação através s de atividade enzimática Conclusão: Os intestinos desses insetos produzem uma enzima (GSS) que atua sobre o glucosinalato decompõe em desulfoglucosinolate (não tóxico) glucosinalato-mirosinase Plutella xylostella

37 Adaptação do inseto Alteração das proteases após IP 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 intestinos da lagartas

38 Adaptação do inseto mudança no padrão de expressão gênica regulação proteases HELICOVERPA ARMIGERA Chougule et al, 2005 Gene expression patterns of Helicoverpa armigera gut proteases Insect Bioch Mol.Biol. 35,p Verificou o padrão de expressão de diversas proteases (tripsinas) em H.armigera submetidas a inibidores extraídos de diferentes plantas.

39 Adaptação do inseto mudança no padrão de expressão gênica Tripsinas (proteases) H.armigera HaTry2 HaTry5 Dieta controle Dieta controle Chougule et al, 2005

40 Adaptação do inseto mudança no padrão de expressão gênica Expressão de genes que codificam proteases de novo Dieta artificial 0% IPSoja Spodoptera frugiperda 0,5% IPSoja 0, 6,12, 24, 48horas BRIOSCHI D., 2006

41 Adaptação do inseto mudança no padrão de expressão gênica Expressão de genes que codificam proteases de novo Tripsinas Regulação gênica absoluta Regulação gênica absoluta Horas 441F01 Horas 443D12.

42 Adaptação do inseto Expressão de genes que codificam proteases de novo Quimotripsinas Horas Horas Regulação gênica absoluta Regulação gênica absoluta RDAFB07 450F Horas 448G Horas Regulação gênica absoluta Regulação gênica absoluta 450F08

43 ESTUDOS AVANÇADOS ADOS

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 Sobrevivência na planta

45 Estudos Avançados Grau de especialização do inseto ao seu alimento Especialista x Generalista 1 ou poucas espécies de plantas relacionadas Ampla variedade de espécies de planta Forma mais eficiente de adaptação (similares fitoquímicos) mecanismos adaptativos mais complexo (diferentes fitoquímicos) Escolha/reconhecimento da planta hospedeira (facilitando a colonização nicho aberto) Escolha aleatória (maiores chances enfrentar concentração elevada para um determinado químico) fontes de nutritivas fontes nutritivas

46 Estudos Avançados Relação com outros organismos 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 Obrigada!