Characterization of a beta-1,3-glucanase active in the alkaline midgut of Spodoptera frugiperda larvae and its relation to beta-glucan-binding proteins

Spodoptera frugiperda beta-1,3-glucanase (SLam) was purified from larval midgut. It has a molecular mass of 37.5 kDa, an alkaline optimum pH of 9.0, is active against beta-1,3-glucan (laminarin), but cannot hydrolyze yeast beta-1,3-1,6-glucan or other polysaccharides. The enzyme is an endoglucanase with low processivity (0.4), and is not inhibited by high concentrations of substrate. In contrast to other digestive beta-1,3-glucanases from insects, SLam is unable to lyse Saccharomyces cerevisae cells. The cDNA encoding SLam was cloned and sequenced, showing that the protein belongs to glycosyl hydrolase family 16 as other insect glucanases and glucan-binding proteins. Multiple sequence alignment of beta-1,3-glucanases and beta-glucan-binding protein supports the assumption that the beta-1,3-glucanase gene duplicated in the ancestor of mollusks and arthropods. One copy originated the derived beta-1,3-glucanases by the loss of an extended N-terminal region and the beta-glucan-binding proteins by the loss of the catalytic residues. SLam homology modeling suggests that E228 may affect the ionization of the catalytic residues, thus displacing the enzyme pH optimum. SLam antiserum reacts with a single protein in the insect midgut. Immunocytolocalization shows that the enzyme is present in secretory vesicles and glycocalyx from columnar cells. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The catalytic and other residues essential for the activity of the midgut trehalase from Spodoptera frugiperda

Trehalase (EC 3.2.1.28) hydrolyzes only alpha, alpha`- trehalose and is present in a variety of organisms, but is most important in insects and fungi. Crystallographic data showed that bacterial trehalase has 0312 and E496 as the catalytical residues and three Arg residues in the active site. Those residues have homologous in all family 37 trehalases including Spodoptera frugiperda trehalase (0322, E520, R169, R227, R287). To test the role of these residues, mutants of trehalase were produced. All mutants were at least four orders of magnitude less active than wild type trehalase and no structural difference between these mutants and wild type enzyme were discernible by circular dichroism. D322A and E520 pH-activity profile lacked the alkaline arm and the acid arm, respectively, suggesting that D322 is the acid and E520 the basic catalyst. Azide increases E520A activity three times, confirming its action as the basic catalyst. Taking into account the decrease in activity after substitution for alanine residue, the three arginine residues are as important as the catalytical ones to trehalase activity. This clarifies the previous misidentification of an Arg residue as the acid catalyst. As far as we know, this is the first report on the functional identification residues important for trehalase activity. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Sequencing of Spodoptera frugiperda midgut trehalases and demonstration of secretion of soluble trehalase by midgut columnar cells

Both soluble (SfTre1) and membrane-bound (SfTre2) trehalases occur along the midgut of Spodoptera frugiperda larvae. Released SfTre2 was purified as a 67 kDa protein. Its K(m) (1.6 mM) and thermal stability (half life 10 min at 62 degrees C) are different from the previously isolated soluble trehalase (K(m) = 0.47 mM; 100% stable at 62 degrees C). Two cDNAs coding for S. frugiperda trehalases have been cloned using primers based on consensus sequences of trehalases and having as templates a cDNA library prepared from total polyA-containing RNA extracted from midguts. One cDNA codes for a trehalase that has a predicted transmembrane sequence and was defined as SfTre2. The other, after being cloned and expressed, results in a recombinant trehalase with a K(m) value and thermal stability like those of native soluble trehalase. This enzyme was defined as SfTre1 and, after it was used to generate antibodies, it was immunolocalized at the secretory vesicles and at the glycocalyx of columnar cells. Escherichia coli trehalase 3D structure and sequence alignment with SfTre1 support a proposal regarding the residue modulating the pKa value of the proton donor.

Campoletis flavicincta (Hym., Ichneumonidae) : ocorrência, criação e interação com Spodoptera frugiperda (Lep., Noctuidae) e Bacillus thuringiensis aizawai

Spodoptera frugiperda é um inseto-praga responsável por altos níveis de desfolhamento em gramíneas cultivadas, sendo que, dentre os métodos de controle, o biológico pode vir a tornar-se uma alternativa. Foi feita uma revisão de literatura sobre parasitóides de S. frugiperda. A ocorrência de parasitóides desse inseto, em áreas de cultivo de milho da EEA/IRGA, foi avaliada em Cachoeirinha, RS. Verificou-se a presença de Chelonus sp., Cotesia sp. e Exaticolus sp. (Hym., Braconidae), Campoletis flavicincta e Ophion sp. (Hym., Ichneumonidae) e de Archytas incertus e Lespesia archippivora (Dip., Tachinidae), com predomínio de C. flavicincta. Em função da dificuldade de obtenção de fêmeas deste inseto em laboratório, foram avaliadas diferentes condições de criação. Desta forma, registrou-se uma razão sexual de 0,41 quando foram expostas lagartas de segundo ínstar de S. frugiperda, as fêmeas do parasitóide apresentavam idade entre 3 e 6 dias e os casais foram formados no momento da exposição. Por fim, aspectos referentes à interação entre C. flavicincta/S. frugiperda/B. thuringiensis aizawai, em laboratório, foram avaliados A partir de análise do consumo alimentar de folhas de milho, observou-se que lagartas parasitadas e infectadas apresentaram um menor consumo, apesar do mesmo não ter diferido daquele de lagartas apenas parasitadas. A mortalidade das lagartas parasitadas e infectadas foi superior tanto das infectadas quanto das parasitadas. Lagartas infectadas mostraram um período de alimentação que não diferiu das sadias, apesar de terem apresentado maior duração da fase larval. Indivíduos descendentes de casais que emergiram de lagartas infectadas não tiveram alteradas suas características biológicas. A análise histológica de lagartas parasitadas e infectadas indicou não ter havido alteração no ovo e larva do parasitóide, resultante da ação do bacilo. Pode-se, portanto, inferir que o uso conjunto do parasitóide e da bactéria não resulta em prejuízo para o parasitóide.

Biologia de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) (Lepidoptera: noctuidae) em genótipos de milho doce e comum

Spodoptera frugiperda, uma das principais pragas do milho, tem grande importância pelos danos e dificuldades de controle. A ausência de informações sobre seu impacto em milho doce motivou a comparação de sua biologia entre os genótipos ELISA, BR 400 (milho doce) e BR PAMPA (milho comum). Parcelas com estes genótipos foram estabelecidas em área experimental do Departamento de Fitossanidade, UFRGS, Porto Alegre, RS, de outubro-novembro/2000 e de outubro-novembro/2001. Em condições de laboratório (25±1ºC; 70±10%UR; fotofase 12 horas), lagartas foram individualizadas e alimentadas com seções de 3,14 cm2 de milho, totalizando 60 indivíduos/genótipo. Diariamente, avaliou-se a área foliar consumida, peso das lagartas, indivíduos mortos e recolheram-se as cápsulas cefálicas. As pupas foram sexadas e pesadas, computando-se os indivíduos mortos. Os adultos foram mantidos aos casais, registrando-se períodos de pré-oviposição, oviposição e pós-reprodutivo, número de posturas e de ovos/postura, período de incubação, intervalo entre oviposições e longevidade. A preferência alimentar foi avaliada quantificando-se o consumo foliar em observações de 12, 36 e 72 horas. Foram calculados índices nutricionais. Os dados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas por Tukey a 5%. Não se registrou diferença na largura das cápsulas, nos três primeiros ínstares. No quarto e quinto ínstares, as cápsulas das lagartas mantidas em BR 400 foram menores O consumo foliar, o peso das lagartas e das pupas, a duração dos ínstares e a razão sexual não diferiram entre os genótipos. A duração da fase pupal foi menor nas fêmeas mantidas em BR 400. A mortalidade foi maior, na fase larval, em ELISA e na pupal, em BR PAMPA. Na fase reprodutiva constatou-se diferença apenas no período de incubação, que em BR 400 foi mais longo. Não se observou preferência alimentar. Em relação aos índices nutricionais, somente a taxa de crescimento relativo (RGR) diferiu entre os genótipos, sendo que em BR 400 e ELISA foram observados valores superiores.

Biological activity of astilbin from Dimorphandra mollis against Anticarsia gemmatalis and Spodoptera frugiperda

Astilbin was isolated in high yield from Dimorphandra mollis, and its insecticidal and growth inhibiting activity by stomach ingestion were evaluated against Anticarsia gemmatalis and Spodoptera frugiperda. The insecticidal activity of astilbin, the weight reduction of the larval phase and the prolongation of the larval and pupal phases were verified for both species. Astilbin was identified on the base of its NMR, MS and physical data. (C) 2002 Society of Chemical Industry.

Associação de bioensaios e caracterização molecular para seleção de novos isolados de Bacillus thuringiensis efetivos contra Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Amostragem seqüencial com base na lei de Taylor para levantamento de Spodoptera frugiperda na cultura do milho

A lagarta do cartucho do milho é uma das principais pragas do milho nas Américas, podendo ocorrer durante todos os estágios de crescimento da cultura, causando perdas de 15 a 37% na produção. Neste trabalho estudou-se a distribuição espacial dessa praga no campo, com a finalidade de desenvolver um sistema de amostragem para estimar sua densidade populacional. Na área cultivada com milho foram selecionados 3 campos experimentais de 40 m x 250 m cada, divididos em 100 parcelas cada. Foram contados o número de lagartas pequenas e grandes de S. frugiperda nas folhas e no cartucho das plantas, em 10 plantas ao acaso por parcela, num total de 1000 plantas por campo, em 5, 5 e 4 datas de amostragem, respectivamente. Lagartas menores que 1 cm eram consideradas pequenas e lagartas maiores que 1 cm, grandes. Foram estimados os parâmetros da lei de Taylor, sendo as estimativas dos parâmetros das regressões altamente significativas para todas as categorias larvais. O parâmetro b da lei de Taylor para lagarta pequena foi igual a 1,57, indicando que a forma de distribuição dessa categoria larval é agregada. Para lagartas grandes o parâmetro b foi igual a 0,79, o que conduz a um tipo de distribuição tendendo para aleatoriedade. Para o número total de lagartas os resultados são equivalentes aos obtidos para lagartas pequenas. Foi desenvolvido um plano de amostragem seqüencial com base nos parâmetros da lei de Taylor.

Spatial analysis of the distribution of Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) and losses in maize crop productivity using geostatistics

A lagarta-do-cartucho, Spodoptera frugiperda (J.E. Smith), é uma das principais pragas do milho nas Américas. O estudo de sua distribuição espacial é fundamental para a utilização de estratégias de controle, otimização de técnicas de amostragens, determinação de danos econômicos e incorporação de um programa de agricultura de precisão. em uma área cultivada com milho foram realizadas amostragens com intervalo semanal, correspondendo ao estádio vegetativo que compreende desde a germinação até o pendoamento. Foram amostradas 10 plantas ao acaso por parcela, no total de 2000 plantas em cada amostragem. A produtividade foi obtida através da colheita de todas as parcelas que eram pesadas separadamente no campo e em cada parcela foram coletadas 15 espigas aleatoriamente para estimar o comprimento e o diâmetro médio. As análises espaciais, utilizando geoestatística, mostraram que o modelo esférico apresentou o melhor ajuste às lagartas pequenas. À medida que as lagartas foram se desenvolvendo sua distribuição foi tornando aleatória, representada por um modelo ajustado por uma reta, não tendo sido detectado nenhum tipo de dependência espacial nos pontos de amostragem. A produtividade e o diâmetro e comprimento da espiga foram descritos por modelos esféricos, indicando uma variabilidade espacial nos parâmetros de produtividade na área cultivada. A geoestatística mostrou-se promissora para a aplicação de métodos precisos no controle integrado de pragas.

Distribuição Espacial da Lagarta-do-Cartucho, Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae), na Cultura do Milho

O estudo da distribuição espacial da lagarta-do-cartucho, Spodoptera frugiperda (J.E. Smith), na cultura do milho é fundamental para garantir a utilização de estratégias de controle, otimização de técnicas de amostragem, determinação de danos econômicos e incorporação da dinâmica espacial dentro do modelo populacional. O experimento foi conduzido em três campos contendo 100 parcelas cada, sendo amostradas 10 plantas ao acaso por parcela, num total de 1000 plantas por campo em cinco datas de amostragem. Foram contados o número de lagartas pequenas (menor que 10 mm) e grandes (maior que 10 mm) por planta. As lagartas pequenas apresentaram um ajuste muito bom à distribuição binomial negativa e não à Poisson, indicando que esta categoria larval encontra-se agregada no campo. Os números de lagartas grandes por planta ajustaram-se razoavelmente à distribuição binomial negativa, com algumas datas ajustando-se à distribuição de Poisson. Portanto, as lagartas pequenas (alta densidade populacional) têm distribuição agregada no campo, enquanto que as lagartas grandes (baixa densidade populacional) podem ser mais dispersas no campo, tendendo à aleatoriedade.

Biology and thermal requirements of Telenomus remus reared on fall armyworm Spodoptera frugiperda eggs

Este trabalho teve como objetivo estudar a biologia de Telenomus remus Nixon criado em ovos de Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) em diferentes temperaturas. Com base no desenvolvimento do ciclo (ovo-adulto), foram determinados as exigências térmicas e o número de gerações dos parasitóides em temperaturas constantes. Inicialmente, ovos de S. frugiperda, com 24 horas de idade, foram submetidos ao parasitismo por T. remus, durante cinco horas, sendo então transferidos para câmaras climatizadas reguladas para as temperaturas de 15, 20, 25, 28, 31 e 35°C. A duração do ciclo (ovo-adulto) foi influenciada pela temperatura variando de 8,3±0,01 a 47,2±0,01 dias para fêmeas e 8,1±0,01 a 46,8±0,01 dias para machos de T. remus nas temperaturas de 31 e 15°C, respectivamente. A porcentagem de emergência (viabilidade) de T. remus em ovos de S. frugiperda também foi influenciada pela variação da temperatura, apresentando redução significativa apenas nas temperaturas extremas. Foi observada redução na viabilidade a 15°C e não houve desenvolvimento biológico do parasitóide a 35°C. A razão sexual de T. remus não sofreu influência da temperatura. em relação às exigências térmicas, a constante térmica (K) e temperatura base (Tb) foram maiores para as fêmeas de T. remus (158,88 graus dias e 12,52°C) quando comparadas aos machos (154,12 graus dias e 12,59°C). A estimativa do número de gerações anuais para T. remus para machos e fêmeas em condições de laboratório foi respectivamente 5,6 e 5,6; 16,9 e 17,3; 28,3 e 29,0; 35,1 e 36,0; 39,6 e 40,7 nas temperaturas de 15, 20, 25, 28 e 31°C.

Feeding non-preference by Spodoptera frugiperda and Spodoptera eridania on tomato genotypes

Lagartas do gênero Spodoptera spp. são altamente polífagas, podendo causar danos econômicos em diversas culturas agrícolas. em vista de sua emergente importância na cultura do tomate, principalmente o destinado à indústria, este trabalho teve por objetivo avaliar a não preferência, para alimentação, de lagartas de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith, 1797) e Spodoptera eridania (Cramer, 1782) por genótipos de tomateiro, e classificá-los quanto aos graus de resistência. Como padrão susceptível, utilizou-se o cultivar comercial Santa Clara e, como resistente, a linhagem PI 134417, sendo avaliadas, ainda, as linhagens PI 134418, PI 126931, LA 462 e LA 716. Realizaram-se testes de não preferência, para alimentação, com e sem chance de escolha, avaliando-se a atratividade dos genótipos de tomateiro para as lagartas, em tempos pré-estabelecidos após sua liberação, além da massa foliar consumida. em geral, os genótipos LA 716 e PI 126931 foram os menos atrativos para a S. frugiperda, enquanto Santa Clara foi o mais atrativo e consumido. Quanto a S. eridania, os genótipos PI 126931, LA 462, LA 716 e PI 134418 foram os menos preferidos, para a alimentação, pelas lagartas, e Santa Clara e PI 134417 foram os mais atrativos e consumidos. Os genótipos LA e PI 126931 são moderadamente resistentes, do tipo não preferência para alimentação, para a S. frugiperda e S. eridania; PI 134418 e LA 462 são moderadamente resistentes a S. eridania; PI 134417 é susceptível a S. frugiperda e S. eridania; Santa Clara é altamente susceptível a S. frugiperda e S. eridania.

Influência da competição intra-específica entre fêmeas e da ausência de hospedeiro no parasitismo de Telenomus remus Nixon (Hymenoptera, Scelionidae) sobre ovos de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) (Lepidoptera, Noctuidae)

A competição intraespecífica e a ausência de hospedeiros podem comprometer o sucesso de programas de controle biológico. Assim, este trabalho objetivou avaliar o efeito de diferentes densidades de fêmeas (1, 3, 6 e 9 fêmeas/ 100 ovos) e da ausência de hospedeiro no parasitismo de Telenomus remus Nixon (Hymenoptera, Scelionidae) em ovos de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) (Lepidoptera, Noctuidae). Observou-se aumento no parasitismo de ovos de S. frugiperda por T. remus a partir da densidade 3 fêmeas/ 100 ovos tanto em condições de laboratório (18%) quanto em campo (32%), embora o parasitismo causado por densidades maiores que 1 fêmea/100 ovos não foi significativamente diferente. Todavia, isso não causou superparasitismo. Por outro lado, o número de fêmeas produzidas na progênie diminuiu (39%) com a maior densidade de fêmeas sob condições de laboratório. Contudo, não verificou-se diferença significativa sob condições de campo. Mesmo após 9 dias de ausência de hospedeiro não houve redução nos índices de parasitismo, permanecendo em torno de 95 ovos parasitados/fêmea/dia. Todavia, no décimo dia pode-se observar redução (40%) no número médio de ovos parasitados. Desse modo, a liberação de três fêmeas por 100 ovos é adequada para se obter elevados níveis de parasitismo.

Functional response of Telenomus remus Nixon(Hymenoptera, Scelionidae) to Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) (Lepidoptera, Noctuidae) eggs: effect of female age

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)