adaptação dos insetos às estratégias de defesa das - Esalq
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Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS LARISSA C.D. NADALINI DANIEL SCHERER DE MOURA 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 Tópicos Abordados • Introdução • Defesa das plantas • Adaptação dos insetos • Estudos avançados ADAPTAÇ ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS ESTRATÉ ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS INTRODUÇÃO Introdução • Adaptação ADAPTAÇ ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS ESTRATÉ ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS Introdução • Adaptação Seleção Natural - século XIX - Adaptação e especialização dos organismos Charles Robert Darwin ADAPTAÇ ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS ESTRATÉ ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS Introdução ?? Adaptação ?? “É qualquer característica evoluída que torna organismo capacitado a sobreviver em seu habitat. Podem ser anatômicas, fisiológicas ou comportamentais.” ADAPTAÇ ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS ESTRATÉ ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS Introdução • Adaptação dos insetos Características ou comportamentos evoluídos que torna inseto capacitado a sobreviver no seu habitat. plantas Insetos herbívoros vertebrados Insetos não-herbívoros protozoa Outros invertebrados Schoonhoven et al., 2005 ADAPTAÇ ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS ESTRATÉ ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS Introdução • Parasitoides predadores Adaptação dos insetos PLANTA GENE ATIVAÇÃO Voláteis provenientes da planta atacada INSETO Inseto elicitores SINAL voláteis Repostas Indiretas Respostas Diretas Barreira Física Metabólitos secundários e Proteínas Barreira Nutricional Forma da folha Arquitetura Planta Metabólitos secundários Voláteis 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 ADAPTAÇ ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS ESTRATÉ ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS Introdução • Formas de adaptação do inseto Inseto elicitores Fuga Novos metabólitos Fuga temporal /espacial S I N A I S A T I V A Ç Ã O G E N I C A 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 Introdução • ? Benefícios da adaptação para insetos? 9 Fonte de Alimentação 9 Local de Reprodução (quimoreceptores) 9 Abrigo 9 Tornam pragas agrícolas ADAPTAÇ ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS ESTRATÉ ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS 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 ADAPTAÇ ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS ESTRATÉ ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS DEFESA DAS PLANTA ADAPTAÇ ADAPTAÇÃO DOS INSETOS ÀS ESTRATÉ ESTRATÉGIAS DE DEFESA DAS PLANTAS Defesa das plantas • NICOTINA 9 Alcalóides piridina 9 Encontrado em Solanaceas predominantemente em tabaco 9 Defesa direta da planta 9Primeiros inseticidas usado no controle de pragas Atua no sitema nervoso do inseto (acetilcolina) Nicotiana attenuata Nicotiana sylvetris 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 Nicotina Defesa das plantas • NICOTINA – Eficiente Inseticida Steppuhn et al, 2004 Nicotine’s defensive function in Nature. Resultados: nicotina Danos na área foliar (%total) Todos os herbívoros Nicotina (normal) Metade danos dos herbivoros Dias depois de transplantadas 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 Defesa das plantas • GLUCOSINOLATOS Thioglucosideos, ‘Glicosideos óleo mostarda’ Família Brassicacea ¾ Composto orgânico que contém nitrogênio, enxofre, grupo derivado da glucose e grupo lateral Defesa das plantas • GLUCOSINOLATOS ( Thioglucosideos, ‘Glicosideos óleo Mostarda) 9 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) 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. • INIBIDORES DE PROTEASES (IP) Nas folhas a quantidade IP Moura e Rayn, 2001 - Inibidores protease em folhas de pimenta (PLPIs) Indução de PLPIs em folhas de pimenta Controle Folha apical Inibidor Folha inferior Tempo (h) Ferimento Inibidor Folha inferior variedades Folha apical 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). 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 Defesa das plantas • INIBIDORES DE PROTEASES (IP) • Defesa contra inseto: ∗ POMPERMAYER, 2001 Tratamento larva Peso (mg±SE) Controle a SPI Controle 20 DIAS APÓS ECLOSÃO Duração (dias ±SE) Mortalidade (%) ADAPTAÇÃO DOS INSETOS Adaptação do inseto 9Desintoxicação através de atividade enzimática 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 Genoma composto > 100 genes P450 Adaptação do inseto 9Desintoxicação através de atividade enzimática ¾ Cytochrome P-450 , PSMOs ou MFOs Área de ataque da enzima Cotinine-N-oxide CH3 Nicotine-1-N-oxide Adaptação do inseto 9Desintoxicação através 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) Adaptação do inseto 9Desintoxicação através de atividade enzimática Glendinning, 2002 Dieta nicotina mg ingerida h-1 Dieta controle Atividade alimentar Duração de exposição à dieta (h) Adaptação do inseto 9Desintoxicação através de atividade enzimática Glendinning, 2002 Dieta controle Dieta nicotina Dieta nicotina nicotina Nicotina +PB Duração de exposição à dieta (h) Atividade do Citocromo P-450 nos intestinos Citocromo P-450 x Inibidor PB Adaptação do inseto 9Desintoxicação através de atividade enzimática ¾ É sulfatase glucosinalato (GSS) presente em Lepidoptera especialista – Plutella xylostella ou “diamondback moth”(DMB) desarmamento do complexo Glucosinalato-mirosinase (bomba óleo mostarda) Adaptação do inseto 9Desintoxicação através de atividade enzimática Plutella xylostella tóxicos Desulfo-glucosinolatos Não tóxicos Adaptação do inseto 9Desintoxicação através de atividade enzimática 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 Adaptação do inseto 9Desintoxicação através de atividade enzimática Atividade GSS partes do corpo da lagarta controle corpo sem intestino tecido intestino conteúdo intestinal Ratza et al.,2002 Adaptação do inseto 9Desintoxicação através de atividade enzimática A atividade da sulfatase glucosinalato (GSS) desse inseto é específica para um determinado tipo de glucosinalato/planta? Adaptação do inseto 9Desintoxicação através de atividade enzimática Folhas PLANTA (nome científico) Peso Seco GS Fezes Peso Seco Desulfo-GS Não tóxicos Adaptação do inseto 9Desintoxicação através 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 Adaptação do inseto 9Alteração 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 Adaptação do inseto mudança no padrão de expressão gênica regulação proteases HELICOVERPA ARMIGERA 9Chougule 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. Adaptação do inseto mudança no padrão de expressão gênica Tripsinas (proteases) H.armigera HaTry2 HaTry5 Dieta controle Dieta controle Chougule et al, 2005 Adaptação do inseto mudança no padrão de expressão gênica 9 Expressão de genes que codificam proteases “de novo” Dieta artificial 0% IPSoja 0,5% IPSoja Spodoptera frugiperda 0, 6,12, 24, 48horas BRIOSCHI D., 2006 Adaptação do inseto mudança no padrão de expressão gênica 12 12 Regulação gênica absoluta Regulação gênica absoluta 9 Expressão de genes que codificam proteases “de novo” Tripsinas 10 8 6 4 2 0 10 8 6 4 2 0 0 6 12 Horas 24 441F01 48 0 6 12 Horas 24 443D12. 48 Adaptação do inseto 9 Expressão de genes que codificam proteases “de novo” Regulação gênica absoluta 8 6 4 2 0 6 12 Horas Regulação gênica absoluta 5 4 3 2 1 0 0 0 24 10 8 6 4 2 0 6 12 Horas 12 Horas RDAFB07 12 0 6 48 24 448G03 48 Regulação gênica absoluta Regulação gênica absoluta Quimotripsinas 24 48 450F05 4 3 2 1 0 0 6 12 Horas 24 450F08 48 ESTUDOS AVANÇADOS 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 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 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 . Obrigada !
