Production optimization of rotavirus-like particles: a system biology approach

Dissertation presented to obtain a Ph.D. degree in Engineering and Technology Sciences, Systems Biology at the Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa

Standardization of an ELISA test using a recombinant nucleoprotein from the Junin virus as the antigen and serological screening for arenavirus among the population of Nova Xavantina, State of Mato Grosso

INTRODUCTION: Arenavirus hemorrhagic fever is a severe emerging disease. METHODS: Considering that the levels of antibodies against arenavirus in the Brazilian population are completely unknown, we have standardized an ELISA test for detecting IgG antibodies using a recombinant nucleoprotein from the Junin virus as the antigen. This protein was obtained by inserting the gene of the Junin virus nucleoprotein into the genome of Autographa californica nucleopolyhedrovirus, using the Bac-to-Bac baculovirus expression system. This recombinant baculovirus was used to infect S. frugiperda cells (SF9). RESULTS: The infection resulted in synthesis of high concentrations of recombinant protein. This protein was detected on 12.5% polyacrylamide gel and by means of Western blot. Using the standardized ELISA test, 343 samples from the population of Nova Xavantina were analyzed. We observed that 1.4% of the serum samples (five samples) presented antibody titers against arenavirus. CONCLUSIONS: These results show the population studied may present exposure to arenavirus infection.

Exigências térmicas para o desenvolvimento de Palmistichus elaeisis (Hymenoptera, Eulophidae) em pupas de cinco espécies de lepidópteros

The thermal requirements of Palmistichus elaeisis Delvare & LaSalle, 1993 were determined by rearing this pupal parasitoid in the following lepidopteran hosts: Diatraea saccharalis (Fabricius, 1794) (Crambidae), Anticarsia gemmatalis (Hübner, 1818), Heliothis virescens (Fabricius, 1777), Spodoptera frugiperda (J.E. Smith, 1797) (Noctuidae) and Thyrinteina arnobia (Stoll, 1782) (Geometridae). The experiment was set in laboratory conditions (temperatures between 18ºC and 30ºC, RH=70 ± 10% and 14-hour photoperiod). The life cycle (egg-adult) ranged from 40.4 ± 0.63 days (18ºC, H. virescens) to 18.1 ± 0.13 days (28ºC, D. saccharalis). The thermal constant of the egg-adult period ranged from 353.1 (D. saccharalis) to 407.7 degree-days (S. frugiperda). The lowest thermal threshold ranged from 5.0ºC (A. gemmatalis) to 7.5ºC (D. saccharalis). At 30ºC, all prepupae died. These results suggest that P. elaeisis can be reared in laboratory on all the hosts tested.

In vivo binding of the Cry11Bb toxin of Bacillus thuringiensis subsp. medellin to the midgut of mosquito larvae (Diptera: Culicidae)

Bacillus thuringiensis subsp. medellin produces numerous proteins among which 94 kDa known as Cry11Bb, has mosquitocidal activity. The mode of action of the Cry11 proteins has been described as similar to those of the Cry1 toxins, nevertheless, the mechanism of action is still not clear. In this study we investigated the in vivo binding of the Cry11Bb toxin to the midgut of the insect species Anopheles albimanus, Aedes aegypti, and Culex quinquefasciatus by immunohistochemical analysis. Spodoptera frugiperda was included as negative control. The Cry11Bb protein was detected on the apical microvilli of the midgut epithelial cells, mostly on the posterior midgut and gastric caeca of the three mosquito species. Additionally, the toxin was detected in the Malpighian tubules of An. albimanus, Ae. aegypti, Cx. quinquefasciatus, and in the basal membrane of the epithelial cells of Ae. aegypti midgut. No toxin accumulation was observed in the peritrophic membrane of any of the mosquito species studied. These results confirm that the primary site of action of the Cry11 toxins is the apical membrane of the midgut epithelial cells of mosquito larvae.

Desenvolvimento dos estágios imaturos de Palmistichus elaeisis Delvare & LaSalle (Hymenoptera, Eulophidae) em pupas de Lepidoptera

Palmistichus elaeisis Delvare & LaSalle, 1993 é um endoparasitóide coletado de pupas de Sabulodes sp. (Lepidoptera, Geometridae). Os estágios imaturos deste parasitóide foram estudados em laboratório (25 ± 1ºC; 70 ± 10% UR; fotofase 14 h) em pupas dos seguintes lepidópteros: Diatraea saccharalis (Fabricius, 1794) (Crambidae), Anticarsia gemmatalis Hübner, 1818, Heliothis virescens (Fabricius, 1781), Spodoptera frugiperda (J. E. Smith, 1797) (Noctuidae) e Thyrinteina arnobia (Stoll, 1782) (Geometridae). Observou-se que os ovos e as larvas de 1º ínstar são hialinas e himenopteriformes; as larvas dos 2º, 3º e 4º ínstares são esbranquiçadas e 12 segmentadas. A espécie de hospedeiro não influenciou o número de ínstares.

Efeito de diferentes fontes de carboidrato e da privação de alimento sobre aspectos biológicos de Telenomus remus Nixon (Hymenoptera, Scelionidae)

O efeito de cinco fontes de carboidratos, da água e da ausência de alimentação foi avaliado sobre aspectos biológicos de T. remus. Os tratamentos constituíram-se de: (a) fêmeas não alimentadas, e alimentadas com (b) água destilada; (c) mel puro; (d) xarope de glicose (Karo®); (e) solução de glicose 1M; (f) solução de frutose 1M; (g) solução de sacarose 1M; (h) solução de glicose+frutose+sacarose 1M; (i) solução de glicose+frutose+sacarose 3M. Os alimentos foram disponibilizados durante todo o experimento. Posturas de Sodoptera frugiperda com aproximadamente 100 ovos (< 24h) foram ofertadas às fêmeas de T. remus. O parasitismo, a razão sexual e a longevidade foram avaliados. No aspecto parasitismo, as fêmeas alimentadas com mel e soluções de glicose, frutose e sacarose mostraram maior eficiência, não diferindo significativamente entre si, enquanto que as fêmeas não alimentadas e alimentadas somente com água apresentaram níveis mais baixos de parasitismo. Já as fêmeas alimentadas com xarope de glicose (Karo®), solução de glicose+frutose+sacarose 1M e 3M apresentaram parasitismo mais baixo quando comparados com os outros tratamentos, não diferindo significativamente entre si. Quanto à razão sexual, os tratamentos não apresentaram diferenças significativas, mantendo-se em torno de 0,57. No que se refere à longevidade, os insetos mantiveram-se vivos em média 5 dias quando alimentados com qualquer um dos carboidratos, já aqueles alimentados com água ou não alimentados sobreviveram apenas por 1 dia. Logo, conclui-se que o mel, glicose, frutose e sacarose mostram-se mais adequados para a alimentação de fêmeas de T. remus.

Interaction between Telenomus remus and Trichogramma pretiosum in the management of Spodoptera spp.

Interaction betweeen Telenomus remus and Trichogramma pretiosum in the management of Spodoptera spp. The use of egg parasitoids is a promising strategy for Integrated Pest Management (IPM), but different species of parasitoids have greater or lesser control efficiency, depending on the pest species. Recently, not only Anticarsia gemmatalis and Pseudoplusia includens but also Spodoptera cosmioides and S. eridania have been among the key Lepidoptera larvae attacking soybeans. This study evaluated the combination of Telenomus remus and Trichogramma pretiosum for parasitism of eggs of the Spodoptera complex, for better control efficiency and broader spectrum of action among the key pests of soybeans. The experiment was carried out under controlled environmental conditions (25 ± 2ºC; 70 ± 10% RH; and 14 h photophase) in a completely randomized experimental design with seven treatments and 10 replicates with S. frugiperda, S. cosmioides and S. eridania eggs. Each replicate consisted of one egg mass of each Spodoptera species, with approximately 100 eggs offered to the parasitoids. The treatments were: 1) 10 females of T. pretiosum; 2) nine females of T. pretiosum and one female of T. remus; 3) eight females of T. pretiosum and two females of T. remus; 4) seven females of T. pretiosum and three females of T. remus; 5) six females of T. pretiosum and four females of T. remus; 6) five females of T. pretiosum and five females of T. remus, and 7) 10 females of T. remus. The parameter evaluated was the percentage of parasitized eggs. Results showed that treatments combining both parasitoid species with only 1 T. remus for each 9 T. pretiosum (10%) and only 2 T. remus for each 8 T. pretiosum (20%) were enough to significantly increase the parasitism observed on eggs of S. cosmioides and S. frugiperda, respectively. This association of T. pretiosum and T. remus in different proportions is very promising for biological control in IPM programs because it provides wide spectrum of control.

Host preference of the egg parasitoids Telenomus remus and Trichogramma pretiosum in laboratory

Host preference of the egg parasitoids Telenomus remus and Trichogramma pretiosum in laboratory. This research aimed to evaluate the host preference of the egg parasitoids Telenomus remus and Trichogramma pretiosum. Trials were carried out in laboratory, under controlled environmental conditions (25 ± 2ºC temperature; 70 ± 10% RH; and 14 h photophase). The parasitoid searching behavior was evaluated based on the distribution (%) of eggs parasitized by each parasitoid, on egg masses of each host species. Results showed the host preference of T. remus by Spodoptera cosmioides eggs. T. pretiosum, reared in A. gemmatalis eggs, choose to parasitize always eggs of the host where the parasitoid had been reared. The egg preference was not observed when T. pretiosum was reared in S. frugiperda eggs. These results show that, in general, host preference of T. remus is less influenced by the host where it is developed than T. pretiosum. Host preference is an important parameter for biological control programs because more than one pest species may occur in the field, different from those where they were reared in the laboratory.

Does the aggressiveness of the prey modify the attack behavior of the predator Supputius cincticeps (Stål) (Hemiptera, Pentatomidae)?

Does the aggressiveness of the prey modify the attack behavior of the predator Supputius cincticeps (Stål) (Hemiptera, Pentatomidae)? The stink bug Supputius cincticeps (Stål) (Hemiptera, Pentatomidae) is a predator found in several Brazilian regions, which possesses desirable attributes as a natural control agent and in biological control programs. The aim of this study was to test if the attack behavior and predation success of S. cincticeps were affected by prey species. Larvae of Tenebrio molitor (L.) (Coleoptera, Tenebrionidae), Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) (Lepidoptera, Noctuidae), and Thyrinteina arnobia (Stoll) (Lepidoptera, Geometridae) were offered to S. cincticeps in laboratory bioassays where predatory attack and prey defensive behaviors were observed for 2-hour periods. The attack behavior of S. cincticeps changed with the prey species offered. More than 25% of T. molitor and S. frugiperda larvae were immediately attacked, but T. arnobia was not immediately attacked by S. cincticeps. Successful attack (i.e., successful insertion of the predator stylets into the prey) depends on the region of the body attacked, with a greater proportion of successful attacks in the anterior than in the median or posterior regions. Larvae of T. arnobia and S. frugiperda displayed a sequence of abrupt head and body movements in response to S. cincticeps attack. Attempts of predation were more successful on T. molitor and S. frugiperda than on T. arnobia. Information about the differential attack behavior of S. cincticeps on different prey species is important for designing successful biological control programs using this hemipteran predator.

Novo isolado de Bacillus thuringiensis efetivo contra a lagarta-do-cartucho

Com o objetivo de encontrar princípios ativos que possam ser usados no controle da lagarta-do-cartucho, Spodoptera frugiperda (Smith, 1797), foram testados 205 isolados de Bacillus, provenientes de diferentes regiões brasileiras, contra larvas deste inseto. Apenas um isolado de B. thuringiensis subsp. kurstaki, denominado S93, causou 100% de mortalidade. A CL50 da mistura esporos-cristais do isolado S93 para larvas de 3º estádio de S. frugiperda foi de 37,0 ng/mL, enquanto a da estirpe HD-1 de B. thuringiensis subsp. kurstaki isolada do produto Dipel foi de 177,73 mg/mL, demonstrando ser o novo isolado muito mais tóxico contra a lagarta-do-cartucho do que HD-1-Dipel.

Estirpes de Bacillus thuringiensis efetivas contra insetos das ordens Lepidoptera, Coleoptera e Diptera

O objetivo deste trabalho foi selecionar entre 300 estirpes de Bacillus thuringiensis as efetivas simultaneamente contra larvas de Spodoptera frugiperda J.E. Smith e Anticarsia gemmatalis Hübner (Lepidoptera: Noctuidae), Anthonomus grandis Boheman (Coleoptera: Curculionidae), Aedes aegypti Linnaeus e Culex quinquefasciatus Say (Diptera: Culicidae). Foram selecionadas duas estirpes de B. thuringiensis, denominadas S234 e S997, que apresentaram atividade contra as três ordens de insetos. As estirpes foram caracterizadas por métodos morfológicos, bioquímicos e moleculares. As mesmas apresentaram duas proteínas principais de 130 e 65 kDa, produtos de reação em cadeia da polimerase de tamanho esperado para a detecção dos genes cry1Aa, cry1Ab, cry1Ac, cry1B e cry2 e cristais bipiramidais, cubóides e esféricos.

Relação entre a lagarta-do-cartucho e seus agentes de controle biológico natural na produção de milho

Este trabalho teve como objetivo quantificar as perdas na cultura do milho BRS 3123 decorrentes do ataque da lagarta-do-cartucho (Spodoptera frugiperda), na ausência e presença de seus inimigos naturais. Aos 15 dias depois da emergência da planta, foi realizada uma infestação artificial da praga (uma postura por metro quadrado). As lagartas alimentaram-se da planta, sem a interferência de seus inimigos naturais, pela utilização de uma gaiola de proteção (inicial, de dois dias depois da infestação, até uma proteção máxima de 16 dias). O dano da praga, determinado por uma escala de notas de 0 (plantas sem dano) a 5 (plantas mortas), foi em média de 4,01, 1,39, 1,09 e 0,93 para o período de proteção da praga de 16, 6, 4 e 2 dias, respectivamente. Na ausência de agentes de controle biológico, o ataque da praga ocasionou perdas na produção de matéria seca de 47,27% e perdas no rendimento de grãos de 54,49%. Os resultados evidenciaram a importância dos inimigos naturais na supressão de lagartas de S. frugiperda na cultura de milho.

Molecular characterization and pathogenicity of isolates of Beauveria spp. to fall armyworm

The objective of this work was to evaluate the pathogenicity of 24 Beauveria isolates to Spodoptera frugiperda larvae, and characterize them molecularly through rDNA-ITS sequencing and RAPD markers. Sequencing of rDNA-ITS fragments of 570 bp allowed the identification of isolates as B. bassiana or B. brongniarti by sequence comparison to GenBank. Sixty seven polymorphic RAPD fragments were capable to differentiate 20 among 24 Beauveria isolates, grouping them according to the derived host insect and to pathogenicity against maize fall armyworm larvae. Three RAPD markers were highly associated to the pathogenicity against S. frugiperda, explaining up to 67% of the phenotypic variation. Besides identification and molecular characterization of Beauveria isolates, ITS sequence and RAPD markers proved to be very useful in selecting the isolates potentially effective against S. frugiperda larvae and in monitoring field release of these microorganisms in biocontrol programs.

Respostas da lagarta‑do‑cartucho a milho geneticamente modificado expressando a toxina Cry 1A(b)

O objetivo deste trabalho foi avaliar parâmetros biológicos da lagarta-do-cartucho do milho (Spodoptera frugiperda), alimentada com híbridos de milho Bt, que expressam a toxina Cry 1A(b), e com seus respectivos isogênicos não Bt. Os experimentos foram realizados no laboratório da Embrapa Milho e Sorgo, em Sete Lagoas, MG. Os parâmetros avaliados foram: sobrevivência de larvas após 48 horas, sobrevivência da fase larval e pré-imaginal, biomassa de larvas aos 14 dias de idade, biomassa de pupas, período de desenvolvimento larval, e não preferência alimentar de larvas do primeiro ínstar. Larvas de S. frugiperda apresentam menor sobrevivência nas primeiras 48 horas de alimentação e durante toda a fase larval, na maioria dos híbridos de milho Bt, em comparação ao milho não Bt. A biomassa de larvas e pupas foi sempre menor no milho Bt, e o período larval e o pré-imaginal, maior. Houve interação entre a toxina Cry 1A(b) e a base genética dos híbridos transgênicos, quanto à sobrevivência e à biomassa larval. Larvas recém-eclodidas de S. frugiperda apresentam preferência pela alimentação em milho não Bt.

Avaliação de tecnologias de refúgio no cultivo de milho transgênico

O objetivo deste trabalho foi comparar o uso de refúgio tradicional em áreas separadas com a tecnologia alternativa de refúgio pela mistura de sementes não transgênicas no saco ("refuge in the bag" - RIB) em diferentes proporções. Foram utilizados os híbridos comerciais transgênicos AG 7000YG e DKB 390YG com refúgios plantados com as respectivas cultivares convencionais. Avaliaram-se sete tratamentos: RIB com quatro proporções de mistura de sementes não transgênicas (2,5, 5,0, 7,5 e 10%) no saco; refúgio tradicional, com 10% da área plantada exclusivamente com cultivar não transgênica; e área totalmente cultivada com plantas transgênicas ou totalmente com plantas não transgênicas. O híbrido DKB 390YG foi o mais produtivo. Para este híbrido, não foram observadas diferenças de produtividade entre os tratamentos, com exceção do controle inteiramente convencional, que produziu menos. Com o híbrido AG 7000YG, a tecnologia RIB com proporções de 5,0 e 7,5% de sementes não transgênicas apresentou as maiores produtividades, significativamente superiores às do refúgio tradicional, que não diferiu do controle convencional. Nos tratamentos RIB, as diferenças nas intensidades de dano por Spodoptera frugiperda não se refletiram em diferenças na produtividade. O refúgio no saco é alternativa viável para substituir o método de refúgio utilizado atualmente.