CytA enables CryIV endotoxins of Bacillus thuringiensis to overcome high levels of CryIV resistance in the mosquito, Culex quinquefasciatus

Cry proteins produced by Bacillus thuringiensis are selective biodegradable insecticides used increasingly in bacterial insecticides and transgenic plants as alternatives to synthetic chemical insecticides. However, the potential for development of resistance and cross-resistance in target insect populations to Cry proteins used alone or in combination threatens the more widespread use of this novel pest control technology. Here we show that high levels of resistance to CryIV proteins in larvae of the mosquito, Culex quinquefasciatus, can be suppressed or reduced markedly by combining these proteins with sublethal quantities of CytA, a cytolytic endotoxin of B. thuringiensis. Resistance at the LC95 level of 127-fold for a combination of three CryIV toxins (CryIVA, B, and D), resulting from 60 generations of continuous selection, was completely suppressed by combining sporulated powders of CytA in a 1:3 ratio with sporulated powders of a CryIVA, CryIVB, and CryIVD strain. Combining the CytA strain with a CryIVA and CryIVB strain also completely suppressed mosquito resistance of 217-fold to the latter toxins at the LC95 level, whereas combination of CytA with CryIVD reduced resistance in a CryIVD-selected mosquito strain from greater than 1,000-fold to less than 8-fold. The CytA/CryIV model provides a potential molecular genetic strategy for engineering resistance management for Cry proteins directly into bacterial insecticides and transgenic plants.

Molecular cloning of a family of xenobiotic-inducible drosophilid cytochrome P450s: Evidence for involvement in host-plant allelochemical resistance

Cytochrome P450s constitute a superfamily of genes encoding mostly microsomal hemoproteins that play a dominant role in the metabolism of a wide variety of both endogenous and foreign compounds. In insects, xenobiotic metabolism (i.e., metabolism of insecticides and toxic natural plant compounds) is known to involve members of the CYP6 family of cytochrome P450s. Use of a 3′ RACE (rapid amplification of cDNA ends) strategy with a degenerate primer based on the conserved cytochrome P450 heme-binding decapeptide loop resulted in the amplification of four cDNA sequences representing another family of cytochrome P450 genes (CYP28) from two species of isoquinoline alkaloid-resistant Drosophila and the cosmopolitan species Drosophila hydei. The CYP28 family forms a monophyletic clade with strong regional homologies to the vertebrate CYP3 family and the insect CYP6 family (both of which are involved in xenobiotic metabolism) and to the insect CYP9 family (of unknown function). Induction of mRNA levels for three of the CYP28 cytochrome P450s by toxic host-plant allelochemicals (up to 11.5-fold) and phenobarbital (up to 49-fold) corroborates previous in vitro metabolism studies and suggests a potentially important role for the CYP28 family in determining patterns of insect–host-plant relationships through xenobiotic detoxification.

A single amino acid substitution converts a carboxylesterase to an organophosphorus hydrolase and confers insecticide resistance on a blowfly

Resistance to organophosphorus (OP) insecticides is associated with decreased carboxylesterase activity in several insect species. It has been proposed that the resistance may be the result of a mutation in a carboxylesterase that simultaneously reduces its carboxylesterase activity and confers an OP hydrolase activity (the “mutant ali-esterase hypothesis”). In the sheep blowfly, Lucilia cuprina, the association is due to a change in a specific esterase isozyme, E3, which, in resistant flies, has a null phenotype on gels stained using standard carboxylesterase substrates. Here we show that an OP-resistant allele of the gene that encodes E3 differs at five amino acid replacement sites from a previously described OP-susceptible allele. Knowledge of the structure of a related enzyme (acetylcholinesterase) suggests that one of these substitutions (Gly137 → Asp) lies within the active site of the enzyme. The occurrence of this substitution is completely correlated with resistance across 15 isogenic strains. In vitro expression of two natural and two synthetic chimeric alleles shows that the Asp137 substitution alone is responsible for both the loss of E3’s carboxylesterase activity and the acquisition of a novel OP hydrolase activity. Modeling of Asp137 in the homologous position in acetylcholinesterase suggests that Asp137 may act as a base to orientate a water molecule in the appropriate position for hydrolysis of the phosphorylated enzyme intermediate.

Global variation in the genetic and biochemical basis of diamondback moth resistance to Bacillus thuringiensis

Insecticidal proteins from the soil bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) are becoming a cornerstone of ecologically sound pest management. However, if pests quickly adapt, the benefits of environmentally benign Bt toxins in sprays and genetically engineered crops will be short-lived. The diamondback moth (Plutella xylostella) is the first insect to evolve resistance to Bt in open-field populations. Here we report that populations from Hawaii and Pennsylvania share a genetic locus at which a recessive mutation associated with reduced toxin binding confers extremely high resistance to four Bt toxins. In contrast, resistance in a population from the Philippines shows multilocus control, a narrower spectrum, and for some Bt toxins, inheritance that is not recessive and not associated with reduced binding. The observed variation in the genetic and biochemical basis of resistance to Bt, which is unlike patterns documented for some synthetic insecticides, profoundly affects the choice of strategies for combating resistance.

A synthetic cryIC gene, encoding a Bacillus thuringiensis δ-endotoxin, confers Spodoptera resistance in alfalfa and tobacco

Spodoptera species, representing widespread polyphagous insect pests, are resistant to Bacillus thuringiensis δ-endotoxins used thus far as insecticides in transgenic plants. Here we describe the chemical synthesis of a cryIC gene by a novel template directed ligation–PCR method. This simple and economical method to construct large synthetic genes can be used when routine resynthesis of genes is required. Chemically phosphorylated adjacent oligonucleotides of the gene to be synthesized are assembled and ligated on a single-stranded, partially homologous template derived from a wild-type gene (cryIC in our case) by a thermostable Pfu DNA ligase using repeated cycles of melting, annealing, and ligation. The resulting synthetic DNA strands are selectively amplified by PCR with short specific flanking primers that are complementary only to the new synthetic DNA. Optimized expression of the synthetic cryIC gene in alfalfa and tobacco results in the production of 0.01–0.2% of total soluble proteins as CryIC toxin and provides protection against the Egyptian cotton leafworm (Spodoptera littoralis) and the beet armyworm (Spodoptera exigua). To facilitate selection and breeding of Spodoptera-resistant plants, the cryIC gene was linked to a pat gene, conferring resistance to the herbicide BASTA.

Chrysanthemyl diphosphate synthase: Isolation of the gene and characterization of the recombinant non-head-to-tail monoterpene synthase from Chrysanthemum cinerariaefolium

Chrysanthemyl diphosphate synthase (CPPase) catalyzes the condensation of two molecules of dimethylallyl diphosphate to produce chrysanthemyl diphosphate (CPP), a monoterpene with a non-head-to-tail or irregular c1′-2-3 linkage between isoprenoid units. Irregular monoterpenes are common in Chrysanthemum cinerariaefolium and related members of the Asteraceae family. In C. cinerariaefolium, CPP is an intermediate in the biosynthesis of the pyrethrin ester insecticides. CPPase was purified from immature chrysanthemum flowers, and the N terminus of the protein was sequenced. A C. cinerariaefolium λ cDNA library was screened by using degenerate oligonucleotide probes based on the amino acid sequence to identify a CPPase clone that encoded a 45-kDa preprotein. The first 50 aa of the ORF constitute a putative plastidial targeting sequence. Recombinant CPPase bearing an N-terminal polyhistidine affinity tag in place of the targeting sequence was purified to homogeneity from an overproducing Escherichia coli strain by Ni2+ chromatography. Incubation of recombinant CPPase with dimethylallyl diphosphate produced CPP. The diphosphate ester was hydrolyzed by alkaline phosphatase, and the resulting monoterpene alcohol was analyzed by GC/MS to confirm its structure. The amino acid sequence of CPPase aligns closely with that of the chain elongation prenyltransferase farnesyl diphosphate synthase rather than squalene synthase or phytoene synthase, which catalyze c1′-2-3 cyclopropanation reactions similar to the CPPase reaction.

Construction of an improved mycoinsecticide overexpressing a toxic protease.

Mycoinsecticides are being used for the control of many insect pests as an environmentally acceptable alternative to chemical insecticides. A key aim of much recent work has been to increase the speed of kill and so improve commercial efficacy of these biocontrol agents. This might he achieved by adding insecticidal genes to the fungus, an approach considered to have enormous potential for the improvement of biological pesticides. We report here the development of a genetically improved entomopathogenic fungus. Additional copies of the gene encoding a regulated cuticle-degrading protease (Pr1) from Metarhizium anisopliae were inserted into the genome of M. anisopliae such that Pr1 was constitutively overproduced in the hemolymph of Manduca sexta, activating the prophenoloxidase system. The combined toxic effects of Pr1 and the reaction products of phenoloxidase caused larvae challenged with the engineered fungus to exhibit a 25% reduction in time of death and reduced food consumption by 40% compared to infections by the wild-type fungus. In addition, infected insects were rapidly melanized, and the resulting cadavers were poor substrates for fungal sporulation. Thus, environmental persistence of the genetically engineered fungus is reduced, thereby providing biological containment.

Dinâmica de interações tróficas de Euschistus heros (Hemiptera: Pentatomidae) com Telenomus podisi e Trissolcus basalis (Hymenoptera: Platygastridae)

Dentre os insetos que causam prejuízo a produção de soja, os percevejos fitófagos destacam-se como o principal grupo de pragas, sendo Euschistus heros (Fabricius, 1798), atualmente, a principal espécie de praga da cultura, que está distribuída em todas as regiões brasileiras de cultivo da leguminosa. Para o controle das populações destes insetos, o método mais utilizado é o controle químico. No entanto, as exigências tem sido crescentes no que diz respeito à redução do uso de agroquímicos. Dentre as alternativas, o uso dos parasitoides de ovos Telenomus podisi Ashmead, 1881 e Trissolcus basalis Wollaston, 1858 emerge com bom potencial para programas de controle biológico. O uso desses agentes de controle deve ser baseado em estudos que assegurem a eficiência dos insetos no manejo da população da praga. O presente estudo combina experimentação laboratorial e de campo com modelagem matemática para investigar o potencial dos parasitoides como controladores do percevejo da soja. Foram realizados estudos relacionados aos parâmetros biológicos e potenciais reprodutivos de T. podisi e T. basalis através de tabelas de vida de fertilidade. Foram determinadas as exigências térmicas de ambos os parasitoides de ovos e observou-se o efeito da idade dos ovos de E. heros no parasitismo por T. podisi e T. basalis. Foi também avaliada a interação entre as duas espécies de parasitóides e determinado o número ideal de cada espécie de parasitoide a ser liberado de acordo com a densidade de ovos do hospedeiro. Finalmente um modelo matemático foi proposto visando simular interações e liberações em parasitoides, para o controle de E. heros. Com a combinação entre os experimentos e a implementação de metodologia analítica através de modelagem ecológica espera-se incrementar estratégias de controle da praga, para fundamentar a recomendação do uso do parasitoide mais eficiente para controlar E. heros, ou mesmo a melhor forma de combinar o o uso das espécies de inimigos naturais.

Exposição a substâncias organocloradas em São Paulo: níveis séricos em doadores de sangue e fatores associados

A utilização de pesticidas organoclorados é motivo de preocupação das entidades ligadas à área de saúde em todo o mundo. Apesar de as formas de contaminação serem bem conhecidas, não há um controle eficaz na fiscalização do seu uso no Brasil. Sabe-se que altos níveis séricos destes compostos nos organismos de seres humanos e animais acarretam sérios problemas de saúde. Tendo em vista essa realidade, foi realizado, em 2009, o Projeto Piloto do I Inquérito Nacional de Populações Expostas a Substâncias Químicas, cujo subprojeto \"doadores de sangue\" teve como objetivo mensurar as concentrações de substâncias químicas no sangue de 547 residentes da região metropolitana de São Paulo, dentre elas os pesticidas organoclorados. Este trabalho teve como objetivos avaliar as concentrações dos pesticidas hexaclorobenzeno (HCB), alfa-HCH, ?-HCH, beta-HCH, beta-HCH, heptacloro, heptacloro epóxido, dieldrin, mirex, o,p\'-DDT, p,p\'-DDT, o,p\'-DDE, p,p\'-DDE, o,p\'-DDD e p,p\'-DDD nesta população e compará-las com as encontradas em outros países e determinar fatores associados aos níveis mais elevados destas substâncias. O método analítico utilizado foi de cromatografia a gás. Os resultados deste estudo indicam que a população adulta de São Paulo não está exposta a níveis preocupantes de pesticidas organoclorados, pois dentre os compostos analisados, apenas o beta-HCH e o p,p\'-DDE tiveram um número significante de amostras acima do limite de quantificação, 10,7% e 31,2% das amostras respectivamente. Quando utilizada a metade do limite de quantificação para substituir os valores abaixo do limite de quantificação do método, o valor médio encontrado para o beta-HCH foi de 0,028 ug/dL e para o p,p\'-DDE foi de 0,045 ug/dL. Este estudo propôs dois modelos multivariados para explicar os fatores associados aos compostos beta-HCH e p,p\'-DDE no sangue dos doadores. Segundo o modelo de Regressão Logística Ordinal Multivariado, os fatores associados a níveis mais altos de beta-HCH foram ter idade entre 26 e 45 anos e ser do sexo feminino. Para o p,p\'-DDE os fatores associados a níveis mais altos foram ter idade entre 26 e 45 anos, ser do sexo feminino e ter trabalhado com pesticidas, enquanto receber renda mensal de 3 a 5 salários mínimos e consumir derivados de origem animal uma ou mais vezes por semana foram associados a níveis mais baixos de p,p\'-DDE. Segundo o modelo de Regressão Linear Múltipla, os fatores associados a níveis mais altos de beta-HCH foram o sexo feminino, ter contato prévio com pesticidas na região agrícola, ter trabalhado com pesticidas em campanhas de saúde pública, ter trabalhado em empresas de capacitores ou transformadores, ter trabalhado em indústrias de solventes clorados, ter renda mensal de 3 a 5 salários mínimos, consumo de carnes uma ou duas vezes por semana e consumo de frutos do mar uma ou duas vezes por semana, enquanto consumo frequente de cerveja e ter renda mensal de 1 a 3 salários mínimos foram associado a níveis menores de beta-HCH. Já para o p,p\'-DDE, os fatores associados a níveis mais elevados foram ser do sexo feminino, ser não branco, ter trabalhado com pesticidas e consumir água de fontes que não sejam minerais ou de rede, enquanto o consumo frequente de bebidas alcoólicas foi associado a níveis mais baixos de p,p\'-DDE

Desenvolvimento e validação de metodologia para determinação de resíduos de pesticidas piretróides por HPLC em feijão

Um método rápido utilizando cromatografia liquida (LC) foi desenvolvido para determinação simultânea de 7 pesticidas piretróides (bifentrina, cipermetrina, fenpropatrina, fenvalerato, permetrina, lambda-cialotrina, e deltametrina). Os resíduos são extraídos com acetona e a partição realizada de acordo com o método multi-resíduos DFG-S19, substituindo diclorometano por acetato de etila/ciclohexano (1+1) e purificação usando cromatografia de permeação a gel com uma coluna Biobeads SX3 e acetato de etila/ciclohexano (1+1) como eluente. A separação por LC é realizada com uma coluna LiChrospher 100 RP-18 e acetonitrila/água (8+2) como fase móvel. Os pesticidas são detectados em 212nm. As recuperações dos 7 pesticidas piretróides em amostras de feijão fortificadas em 0,010; 0,100; e 1,000 mg/kg ficaram entre 71-105%. A diferença particular deste método é o limite de quantificação, os quais ficaram entre 0,004-0,011 mg/kg, abaixo de muitos outros métodos de LC descritos na literatura. A cromatografia a gás (GC) com detector de captura de elétrons é mais sensível que a LC, mas o método com LC facilita a identificação dos picos. A GC apresenta muitos picos enquanto a LC apresenta apenas um para a maioria dos piretróides. A análise com LC é uma boa alternativa para a determinação de resíduos de piretróides em feijão. Durante o ano de 2005, um total de 48 amostras de feijão comercializadas na cidade de São Paulo, foram analisadas. Nenhum resíduo de pesticida piretróide foi detectado nas amostras.

Tuta absoluta (Meyrick, 1917) (Lepidoptera: Gelechiidae): adequação de uma dieta artificial e avaliação do seu controle biológico com Trichogramma pretiosum Riley em tomateiro

Tuta absoluta (Meyrick, 1917) é uma das pragas-chave da cultura do tomate e outras solanáceas na América do Sul e atualmente também na Eurásia e África. Devido aos grandes prejuízos que causa à cultura, são principalmente usados inseticidas para o seu controle. Entretanto, na busca de estratégias mais sustentáveis, cada dia adquire maior importância o uso do controle biológico, como uma das estratégias do manejo integrado de pragas. Para o desenvolvimento destas estratégias é fundamental desenvolver um método de criação de T. absoluta em laboratório, em dieta artificial, sem necessitar do hospedeiro natural, muitas vezes difícil de ser obtido e mantido em laboratório, e, de grande importância para produzir parasitoides específicos para esta praga. Dentre os parasitoides mais usados para ovos de lepidópteros está Trichogramma pretiosum Riley 1879 que é usado no controle biológico aplicado desta praga. Tendo como foco principal T. absoluta, neste trabalho foram pesquisados 1) a seleção de uma dieta artificial para este lepidóptero baseando-se em características físicas e químicas, avaliando o seu desempenho por várias gerações em laboratório, e 2) avaliação de aspectos biológicos e reprodutivos de T. pretiosum parasitando ovos de T. absoluta e aspectos físicos da planta (tricomas) para compreender o controle biológico desta praga no tomateiro. Foi encontrado que uma dieta à base de germe-de-trigo, caseína e celulose é apropriada para a criação deste lepidóptero, já que o inseto mostrou adaptação à mesma no transcorrer das gerações com base em características biológicas e de tabela de vida; adicionalmente, os ovos provenientes de T. absoluta alimentada com dieta artificial são comparáveis aos da dieta natural, no parasitismo de T. pretiosum. Com relação ao controle biológico foi demonstrado que este parasitoide desenvolvido em ovos de T. absoluta, diminui seu tamanho e desempenho com o transcorrer das gerações, apresentando menor capacidade de voo do que os insetos produzidos em A. kuenhiella, sendo necessária a liberação de altas densidades de parasitoides por ovo da praga. Foi observado que, embora o parasitismo de T. pretiosum de ovos de T. absoluta seja melhor em variedades com poucos tricomas, uma alta densidade destas estruturas não impede o controle da praga alvo dependendo da disposição destas estruturas. O controle biológico de T. absoluta com T. pretiosum tem uma ação momentânea, sendo necessárias liberações frequentes devido ao fato de os parasitoides desenvolvidos na praga serem menos competitivos com aqueles provenientes do hospedeiro alternativo que apresenta ovos maiores do que T. absoluta.

Effects of mirex, methoxychlor, and malathion on development of crabs /

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Ambient water quality criteria for heptachlor /

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Insecticide application equipment for the control of insects of public health importance /

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Toxicological profile for pyrethrins and pyrethroids /

"Prepared by Syracuse Research Corporation under contract no. 205-1999-00024; prepared for U.S. Dept. of Health and Human Services, Public Health Service, Agency for Toxic Substances and Disease Registry."