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.

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.

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.

Feeding of Spodoptera eridania (Lepidoptera: Noctuidae) on soybean genotypes

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Air-assistance in spray booms which have different spray volumes and nozzle types for chemically controlling spodoptera frugiperda on corn

The study aimed to evaluate the performance of air assistance in spray booms using different types of nozzles and spray volumes. We took into account spray deposits, fall armyworm control and crop corn performance in a narrow row cropping system. The experiment was carried out at the experimental area of Sao Paulo State University, Botucatu/SP, Brazil, during the 2008/2009 agricultural season, in randomized blocks with a factorial scheme (2×2+1) and four replications. Two spray nozzles (flat fan nozzle and hollow cone nozzle) were tested, combined with two air assistance levels in the spray boom (with and without air assistance) and a treatment control. In the experimental spraying, Spinosad insecticide was sprayed in amounts of 48 g active substance (a.s.)/ha. The air assistance in the spray boom increased the spray deposits in the V 4 growth stage of the corn plants. Moreover, the application of this technology showed higher efficiency on fall armyworm control, reaching a 100% level 15 days after spraying, in the V 10 growth stage of the plants. The hollow cone nozzle increased the spray deposit level on the corn plants compared with the flat fan nozzle, at growth stage V 4. However, the flat fan nozzle, combined with air assistance technology, was more effective for controlling fall armyworm in the same growth stage (V 4), although the hollow cone nozzle increased the deposit levels on the plants. All the technologies tested in the study promoted a reduction of plant damage from fall armyworm attack. Corn productivity is directly related to the control efficiency of fall armyworm.

Effects of spray nozzles and spray volume on spodoptera frugiperda management and narrow row corn performance

The high demand of pesticides in the production systems makes the application technology one of the main alternatives to optimize the products efficiency. In this context, the study aimed to evaluate the effects of spray nozzles and spray volumes on spraying deposits, armyworm control and crop corn performance in narrow row sowing system. The experiment was carried out at experimental area of Sao Paulo State University, Campus of Botucatu/SP, Brazil, during the 2009/2010 agricultural season, in randomized blocks with factorial scheme (2x2+1) and four replications. It was tested two flat fan spray nozzles (with and without air induction) combined with two spray volumes (100 and 200 L ha-1) plus a control treatment. There was no influence of spray nozzles (without air induction) in the spray deposits levels on plants. However, the flat fan nozzle with air induction was more effective on fall armyworm, with 100% of control against 47.84% from other at 15 days after spraying. The increase in the spray volume promoted high spray deposits (415.4 and 388.6 μL g-1 dry mass for flat fan nozzle with and without air induction, respectively at V10 growth stage) and consequently, the highest spray volume (200 L-1) was more efficient in the fall armyworm suppression, with 100% of control. All the technologies tested showed lower plant injury from fall armyworm. The insecticide sprayed with different technologies did not affect the parameters of plant height and leaf area index. The corn productivity was directly related with control efficiency of fall armyworm. © 2012 Academic Journals Inc.

Isolamento, caracterização molecular e expressão de um novo gene vip3Aa50 de Bacillus thuringiensis virulento para Anticarsia gemmatalis e Spodoptera frugiperda

Pós-graduação em Agronomia (Genética e Melhoramento de Plantas) - FCAV

Expressão dos genes Vip3Aa e Cry1Ia em Escherichia coli efetivos no controle de Spodoptera frugiperda

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Obtenção de mutantes de Bacillus thuringiensis por inserção do transposon Tn-5 e avaliação da toxicidade frente a larvas de Spodoptera frugiperda

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

Assistência de ar e volumes de aplicação associados a pontas de pulverização no controle de Spodoptera frugiperda (J. e. Smith, 1797) na cultura do milho

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)