The defensive functions of plant inhibitors are not restricted to insect enzyme inhibition

Three plant proteinase inhibitors BbKI (kallikrein inhibitor) and BbCI (cruzipain inhibitor) from Bauhinia bouhinioides, and a BrTI (trypsin inhibitor) from B. rufa, were examined for other effects in Callosobruchus maculatus development; of these only BrTI affected bruchid emergence. BrTI and BbKI share 81% identities in their primary sequences and the major differences between them are the regions comprising the RGD and RGE motifs in BrTI. These sequences were shown to be essential for BrTI insecticidal activity, since a modified BbKI [that is a recombinant form (BbKIm) with some amino acid residues replaced by those found in BrTI sequence] also strongly inhibited insect development. By using synthetic peptides related to the BrTI sequence, YLEAPVARGDGGLA-NH(2) (RGE) and IVYYPDRGETGL-NH(2) (RGE), it was found that the peptide with an RGE sequence was able to block normal development of C. maculatus larvae (ED(50) 0.16% and LD(50) 0.09%), this being even more effective than the native protein. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

INSECT CHYMOTRYPSINS: CHLOROMETHYL KETONE INACTIVATION AND SUBSTRATE SPECIFICITY RELATIVE TO POSSIBLE COEVOLUTIONAL ADAPTATION OF INSECTS AND PLANTS

Insect digestive chymotrypsins are present in a large variety of insect orders but their substrate specificity still remains unclear. Ewer insect chymotrypsins from 3 different insect orders (Dictyoptera, Coleoptera and two Lepidoptera) were isolated using affinity chromatography. Enzymes presented molecular masses in the range of 20 to 31 kDa and pH optima in the range of 7.5 to 10.0. Kinetic characterization. using different, colorimetric and fluorescent substrates indicated that insect chymotrypsins differ from, bovine chymotrypsin in their primary specificity toward small substrates (like N-benzoyl-L-Tyr p-nitroanilide) rather than on their preference for large substrates (exemplified by Succynil-Ala-Ala-Pro-Phe P-nitroanilide). Chloromethyl ketones (TPCK, N-alpha-tosyl-L-Phe chloromethyl ketone and Z-GGF-CK, N-carbobenzoxy-Gly-Gly-phe-CK) inactivated all chymotrypsins legated. Inactivation rates follow apparent first-order kinetics with variable second order rates (TPCK, 42 to 130 M(-1)s(-1); Z-GGF-CK, 150 to 450 M(-1)s(-1) that may be remarkably low for S. frugiperda chymotrypsin (TPCK, 6 M(-1)s(-1); Z-GGF-CK, 6.1 M(-1) s(-1)). Homology modelling and sequence alignment showed that. in lepidopteran chymotrypsins, differences in the amino acid residues in the neighborhood of the catalytic His 57 may affect its pKa, value. This is Proposed as the cause of the decrease in His 57 reactivity toward chloromethyl ketones. Such amino acid replacement in the active site is proposed. to be an adaptation to the presence of dietary ketones. (C) 2009 Wiley Periodicals, Inc.

Subsite substrate specificity of midgut insect chymotrypsins

Insect chymotrypsins are distinctively sensitive to plant protein inhibitors, suggesting that they differ in subsite architecture and hence in substrate specificities. Purified digestive chymotrypsins from insects of three different orders were assayed with internally quenched fluorescent oligopeptides with three different amino acids at P1 (Tyr, Phe, and Leu) and 13 amino acid replacements in positions P1`, P2, and P3. The binding energy (Delta G(s), calculated from Km values) and the activation energy (Delta G(T)(double dagger), determined from k(cat)/K-m values) were calculated. The hydrophobicities of each subsite were calculated from the efficiency of hydrolysis of the different amino acid replacements at that subsite. The results showed that except for S1, the other subsites (S2, S3, and S1`) vary among chymotrypsins. This result contrasts with insect trypsin data that revealed a trend along evolution, putatively associated with resistance to plant inhibitors. In spite of those differences, the data suggested that in lepidopteran chymotrypsins S2 and S1` bind the substrate ground state, whereas only S1` binds the transition state, supporting aspects of the present accepted mechanism of catalysis. 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Purification and partial characterization of an aminopeptidase from the midgut tissue of Dysdercus peruvianus

The surface of midgut cells in Hemiptera is ensheathed by a lipoprotein membrane (the perimicrovillar membrane), which delimits a closed compartment with the microvillar membrane, the so-called perimicrovillar space. In Dysdercus peruvianus midgut perimicrovillar space a soluble aminopeptidase maybe involved in the digestion of oligopeptides and proteins ingested in the diet. This D. peruvianus aminopeptidase was purified to homogeneity by ion-exchange chromatography on an Econo-Q column, hydrophobic interaction chromatography on phenyl-agarose column and preparative polyacrylamide gel electrophoresis. The results suggested that there is a single molecular species of aminopeptidase in D. peruvianus midgut. Molecular mass values for the aminopeptidase were estimated to be 106 kDa (gel filtration) and 55 kDa (SDS-PAGE), suggesting that the enzyme occurs as a dimer under native conditions. Kinetic data showed that D. peruvianus aminopeptidase hydrolyzes the synthetic substrates LpNA, RpNA, A beta NA and AsnMCA (K(m)s 0.65, 0.14, 0.68 and 0.74 mM, respectively). The aminopeptidase activity upon LpNA was inhibited by EDTA and 1,10-phenanthroline, indicating the importance of metal ions in enzyme catalysis. One partial sequence of BLAST-identified aminopeptidase was found by random sequencing of the D. peruvianus midgut cDNA library. Semi-quantitative RT-PCR analysis showed that the aminopeptidase genes were expressed throughout the midgut epithelium, in the epithelia of V1, V2 and V3. Malphigian tubules and fat body, but it was not expressed in the salivary glands. These results are important in furthering our understanding of the digestive process in this pest species. (c) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Avaliação da ação bioinseticida de SBTI e vicilina de Erythrina velutina em enzimas digestivas e membrana peritrófica de larvas de Plodia interpunctella (Lepidoptera: Pyralidae)

Plodia interpunctella (Indian meal moth) is a cosmopolitan pest that attacks not only a wide range of stored grain as well other food products. Due to its economic importance several researches have focused in a method with ability to control this pest with few or no damage to the environment. The study of digestive enzymes inhibitors, lectins and chitin-binding proteins, has often been proposed as an alternative to reduce insect damage. In this study we report the major classes of digestive enzymes during larval growth in P. Interpunctella, being those proteinases actives at pH 9.5 and optimum temperature of 50 oC to both larvae of the 3rd instar and pre-pupal stage of development. In vitro and zymogram assays presented the effects of several inhibitors, such as SBTI, TLCK and PMSF to intestinal homogenate of 3rd instar larvae of 62%, 92% and 87% of inhibition and In pre-pupal stage of 87%, 62 % and 55% of inhibition, respectively. Zymograms showed inhibition of two low molecular masses protein bands by TLCK and that in presence of SBTI were retarded. These results are indicative of predominance of digestive serine proteinases in gut homogenate from Plodia interpunctella larvae. This serine proteinase was then used as a target to evaluate the effect of SBTI on larvae in in vivo assay. Effect of SBTI on mortality and larval mass was not observed at until 4% of concentration (w/w) in diets. Chitin, another target to insecticidal proteins, was observed by chemical method. Moreover, optic microscopy confirmed the presence of a peritrophic membrane. Established this target, in vivo effect of EvV, a chitin binding vicilin, evaluated during the larval development of P. interpunctella and was obtained a LD50 of 0,23% and WD50 of 0,27% to this protein. Mechanism of action was proposed through of the in vivo digestibility of EvV methodology. During the passage through the larval digestive tract was observed that EvV was susceptible to digestive enzymes and a reactive fragment, visualized by Western blotting, produced by digestion was recovered after dissociation of the peritrophic membrane. The bound of EvV to peritrophic membrane was confirmed by immunohystochemical assays that showed strong immunofluorescent signal of EvV-FITC binding and peritrophic membrane. These results are a indicative that vicilins could be utilized as potential insecticide to Plodia interpunctella and a control methods using EvV as bioinsecticide should be studied to reduce lost caused by storage insect pests

Prey captured and used in Polistes versicolor (Olivier) (Hymenoptera: Vespidae) Nourishment

As vespas sociais são predadoras de muitas espécies de insetos e o estudo de suas presas pode revelar seu potencial para programas de controle biológico de pragas. Foram realizadas 240h de coleta de presas em 32 colônias de Polistes versicolor (Olivier) no município de Juiz de Fora, MG, de março de 2000 a fevereiro de 2001. As presas capturadas por P. versicolor foram, principalmente, das ordens Lepidoptera (95,4%) e Coleoptera (1,1%) além de 3,4% de indivíduos não identificados. A espécie mais coletada foi Chlosyne lacinia saundersii Doubleday & Hewitson (13,5%) (Lepidoptera: Nymphalidae) e o número total estimado de presas capturadas por colônia de P. versicolor foi de 4.015 indivíduos por ano. Isso mostra que a espécie pode ser utilizada em programas de manejo integrado de pragas de insetos herbívoros, principalmente lagartas desfolhadoras.

Flutuação populacional e distribuição vertical de Brevicoryne brassicae (L.) (Hemiptera: Aphididae) em couve

O conhecimento da dinâmica populacional e da distribuição vertical de insetos pragas em plantas hospedeiras é fundamental para o desenvolvimento de programas de manejo integrado de pragas. No presente trabalho efetuou-se um levantamento populacional de formas ápteras do pulgão Brevicoryne brassicae (L.), visando determinar a época de maior densidade populacional e a distribuição vertical em plantas de couve, (Brassica oleracea L. var. acephala DC.), cultivadas em Jaboticabal, SP. O estudo foi realizado durante as safras de brássicas de 1998 e 1999, efetuando-se correção da acidez do solo por meio de aplicação de calcário apenas no campo utilizado em 1998. A amostragem dos pulgões foi feita visualmente em folhas classificadas em três categorias: apical, mediana e basal. Nas duas safras estudadas, a infestação de B. brassicae na couve atingiu a maior densidade populacional em setembro, diminuindo rapidamente a seguir. Nos dois campos não se observou a mesma distribuição de B. brassicae em folhas apicais, medianas e basais. Os fatores que podem ter contribuído para as diferenças observadas no padrão de distribuição do pulgão devem estar relacionados com a precipitação pluvial e o calcário magnesiano.

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.

Distribuição espacial de Dilobopterus costalimai young (Hemiptera: Cicadellidae) em citros na região de Taquaritinga, SP

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Preferência de Bemisia tabaci biótipo B para oviposição em cultivares de algodoeiro

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Adult attractiveness and oviposition preference of Bemisia tabaci (Genn.) (Homoptera: Aleyrodidae) B-biotype in cotton genotypes

Considerada importante praga do algodoeiro, a mosca-branca Bemisia tabaci biótipo B pode através de sua alimentação, diminuir o vigor das plantas, trasmitir vírus e prejudicar a qualidade da fibra. Visando avaliar a resistência de genótipos de algodoeiro, Gossypium hirsutum (L.), à mosca-branca Bemisia tabaci biótipo B, realizaram-se testes de atratividade e não-preferência para oviposição, com e sem chance de escolha, em telado, a temperatura ambiente. Verificou-se baixa atratividade das plantas dos genótipos Fabrika, CNPA Ita 90, Makina, Coodetec 407 e IAC 01-639 CPA 02-24 a adultos dessa mosca-branca, o que pode representar um componente de resistência destes materiais genéticos ao inseto. Os genótipos BRS Aroeira, Coodetec 406, Fabrika e Coodetec 401 apresentaram resistência do tipo não-preferência para oviposição, nos testes com e sem chance de escolha. Os números de tricomas e de glândulas de gossipol por cm² não foram adequados para se avaliar a não-preferência para oviposição de adultos da mosca-branca em genótipos de algodoeiro.

Determinação dos tipos de resistência em genótipos de feijoeiro ao ataque de Zabrotes subfasciatus (Coleoptera: Bruchidae)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Interação tritrófica e influência de produtos químicos e vegetais no complexo: brássicas x traça-das-crucíferas x parasitóides de ovos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Preferência alimentar do bicudo-do-algodoeiro por frutos de diferentes cultivares e idades

O objetivo deste trabalho foi avaliar a preferência alimentar de adultos do bicudo-do-algodoeiro, Anthonomus grandis Boheman, 1843 (Coleoptera: Curculionidae), por duas cultivares de algodão (Gossypium hirsutum L.) com frutos de diferentes idades. Foram realizados quatro experimentos em laboratório, avaliando-se o número de orifícios de alimentação. Maçãs de 2, 8 e 12 dias de idade, das cultivares IAC-20 e Reba P288, foram oferecidas aos insetos, confinados em recipientes, com opção de escolha quanto à idade e cultivar (primeiro experimento), sem opção de escolha quanto à idade e cultivar (segundo experimento), sem opção de escolha quanto à cultivar e com opção quanto a idade (terceiro experimento) e sem opção quanto à idade e com opção de escolha quanto à cultivar (quarto experimento). Observou-se preferência por maçãs da cultivar IAC-20 com dois dias de idade, com uma redução de danos de 23,53% e 78,43%, respectivamente, aos oito e aos doze dias de idade.