Caracterização citológica dos hemócitos de Anticarsia gemmatalis (Lepidoptera, Noctuidae) em larvas resistentes ao vírus AgMNPV

A ocorrência de larvas de Anticarsia gemmatalis (Hübner, 1932) resistentes ao vírus AgMNPV em laboratório levou ao estudo dos hemócitos deste inseto para avaliar sua participação nos mecanismos que possibilitam a resistência ao vírus. As larvas resistentes com 6 - 11 dias de desenvolvimento (3º a 5º instar) foram anestesiadas por resfriamento e rapidamente limpas em álcool 70%. A hemolinfa foi coletada através de punção abdominal, a análise morfológica foi realizada em contraste de fase e esfregaços corados com solução de Seller. A contagem total de hemócitos (CTH) foi realizada em câmara de Neubauer com hemolinfa não diluída. Para a contagem diferencial de hemócitos (CDH), utilizou-se hemolinfa diluída em solução anticoagulante para insetos. Foram identificados seis tipos de hemócitos: plasmatócitos (38,5%), granulócitos (22,6%), oenocitóides (20,4%), esferulócitos (14,5%), prohemócitos (2,3%) e vermiformes (1,5%). O número total de hemócitos mostrou um aumento significativo durante o período larval estudado.

Molecular analysis of a mutant Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) shows an interruption of an inhibitor of apoptosis gene (iap-3) by a new class-II piggyBac-related insect transposon

A new piggyBac-related transposable element (TE) was found in the genome of a mutant Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus interrupting an inhibitor of apoptosis gene. This mutant virus induces apoptosis upon infection of an Anticarsia gemmatalis cell line, but not in a Trichoplusia ni cell line. The sequence of the new TE (which was named IDT for iap disruptor transposon) has 2531 bp with two DNA sequences flanking a putative Transposase (Tpase) ORF of 1719 bp coding for a protein with 572 amino acids. These structural features are similar to the piggyBac TE, also reported for the first time in the genome of a baculovirus. We have also isolated variants of this new TE from different lepidopteran insect cells and compared their Tpase sequences.

A morphometric study of the midgut in resistant and non-resistant Anticarsia gemmatalis (Hubner) (Lepidoptera: Noctuidae) larvae to its nucleopolyhedrovirus (AgMNPV)

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

Susceptibility/resistance of Anticarsia gemmatalis larvae to its nucleopolyhedrovirus (AgMNPV): Structural study of the peritrophic membrane

This investigation compares the peritrophic membrane (PM) morphology along the midgut of susceptible (SL) and resistant (RL) Anticarsia gemmatalis larvae to the AgMNPV. The PM increased the thickness from the anterior to the posterior midgut region in both insects strain; however, the intensity of FITC-WGA reaction of the PM in the RL were greater than in SL. The PM in RL was ultrastructurally constituted by several layers of fibrous/vesicular materials in comparison with the few ones in SL. Our results showed that the structure of PM in the RL could be one of the resistance barriers to AgMNPV. © 2007.

Estudo da cinética de crescimento de células de inseto Sf21 e infecção por baculovírus Anticarsia gemmatalis (AgMNPV) para a produção de bioinseticida.

O interesse em estudar o cultivo das células de inseto está relacionado entre outros usos a sua utilização na produção de biopesticidas. Há muitos anos os pesticidas químicos vêm contribuindo no controle de pragas na agricultura. Entretanto, o uso desses compostos prolongadamente tem resultado na seleção de insetos resistentes e em poluição ambiental. Diante disso, torna-se necessário o desenvolvimento e aprimoramento dos bioinseticidas. No Brasil, o baculovírus Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) foi o principal agente de controle biológico da praga da soja Anticarsia gemmatalis. Assim, estudos que viabilizem a produção desses vírus in vitro possibilitariam uma produção mais controlada e de melhor qualidade desses biopesticidas. Neste trabalho, investigou-se a suscetibilidade à infecção por AgMNPV de diferentes linhagens celulares de Sf21 e o crescimento dessas células em diferentes sistemas: cultivos em schotts, em spinner e em biorreator, variando-se a idade do inóculo (IA) e a concentração celular inicial (X0). Constatou-se variação no perfil de infecção das linhagens, sendo as linhagens mais adequadas para a produção de bioinseticida as linhagens de Sf21 denominadas EMBRAPA, UFRN e GibcoG, uma vez que estas apresentaram mais do que 40 % das células com poliedros em cultivos em suspensão, enquanto a linhagem denominada GibcoSF teve menos de 2 % das células infectadas com poliedros. Ao se estudar o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento celular, foi averiguado um aumento no diâmetro de 10 % e no volume de 26 % das células UFRN em relação às células GibcoSF. Além disso, o crescimento das células UFRN foi 49% menor do que das células GibcoSF. Quando realizado o Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para se analisar o efeito da IA e a X0 na taxa de crescimento específica máxima (?max) e na concentração celular máxima (Xvmax) em cultivos em schott com células UFRN, obteve-se um modelo empírico. Quando analisadas as variáveis IA e X0 separadamente, não foram encontradas diferenças significativas para as respostas Xvmax e ?max em relação a X0. Para a IA, entretanto, obteve-se os resultados mais satisfatórios para os inóculos com IA de 72 e 96 horas: Xvmax de 5,97.106 cel/mL e 5,99.106 cel/mL, e ?max de 0,70 dia-1 e 0,63 dia-1, respectivamente. Nos cultivos em spinner com células UFRN, foi observada a formação de grumos, o que levou a Xvmax de 2,00.106 cel/mL. No cultivo em biorreator com células UFRN, foi obtido um Xvmax de 6,21.106 cel/mL, ?max de 0,70 dia-1, Qo2 na fase exponencial de 67,3 ± 3,6 .10-18 molO2/cel/s, rendimento de glicose em célula igual a 1,0.109 cel/g de glicose e um rendimento de glutamina em células de 3,0.109 cel/mL. Comprovou-se, portanto, a existência de alterações na infecção entre diferentes linhagens de Sf21; a importância do estado fisiológico da célula nos subcultivos, a ocorrência de mudanças no crescimento celular de acordo com os sistemas de cultivo e o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento de células Sf21.

Pressurização da calda de pulverização na viabilidade de microrganismos entomopatogênicos

Avaliou-se a influência da pressurização da calda de pulverização na viabilidade dos seguintes microrganismos entomopatogênicos: o fungo Metarhizium anisopliae, a bactéria Bacillus thuringiensis var. kurstaki, o nucleopoliedrovirus de Anticarsia gemmatalis (AgMNPV) e o nematóide Steinernema glaseri. Utilizou-se do sistema hidráulico de um pulverizador, sem filtros, equipado com ponta de pulverização de jato cônico JA-2. O delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado, com sete tratamentos: pressurização da calda em 172; 345; 517; 689; 1.034 e 1.379 MPa, e a testemunha (calda não submetida à pressurização). A avaliação da viabilidade de M. anisopliae foi realizada por meio da porcentagem de germinação dos conídios. Para B. thuringiensis, foi considerado o número de colônias. A eficácia do AgMNPV foi estimada indiretamente, pela mortalidade causada às lagartas de A. gemmatalis no início do terceiro instar, alimentadas com dieta artificial impregnada com suspensão viral. No caso do S. glaseri, foi calculada a porcentagem de indivíduos vivos em lâmina de Peters. Conclui-se que se podem pulverizar os entomopatógenos M. anisopliae, B. thuringiensis, AgMNPV e S. glaseri, até a pressão de 1.379 MPa, sem que haja perda na viabilidade desses organismos utilizados como agentes de controle biológico.

Structural and phylogenetic relationship of ORF 31 from the Anticarsia gemmatalis MNPV to poly (ADP-ribose) polymerases (PARP)

ORF 31 is a unique baculovirus gene in the genome of Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus isolate 2D (AgMNPV-2D). It encodes a putative polypeptide of 369 aa homologous to poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) found in the genomes of several organisms. Moreover, we found a phylogenetic association with Group I PARP proteins and a 3D homology model of its conserved PARP C-terminal catalytic domain indicating that had almost an exact spatial superimposition of < 1 angstrom with other PARP available structures. The 5` end of ORF 31 mRNA was located at the first nucleotide of a CATT motif at position -27. Using real-time PCR we detected transcripts at 3 h post-infection (p.i.) increasing until 24 h p.i., which coincides with the onset of DNA replication, suggestive of a possible role in DNA metabolism.

Pressurização da calda de pulverização na viabilidade de microrganismos entomopatogênicos

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

Estratégias de Produção in vitro de Bioinseticida Viral: influências do Isolado, da Cinética e do Modo de operação

Societal concerns about environmental sustainability has lead to the development of ecologically-friendly alternatives to chemical insecticides for crop protection. One such alternative is biological pest control. In particular, baculoviruses are well suited as insect biopesticides due to their narrow host specificity and relative ease of propagation. In Brazil, the baculovirus Anticarsia gemmatalis nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) is the main biological control agent employed for the soybean pest, Anticarsia gemmatalis. This baculovirus biopesticide is currently produced using caterpillars, but increasing market demand for the product has encouraged the development of an in vitro manufacturing process, which can be scaled up to much higher virus productivities. In this study, three wild-type AgMNPV isolates (AgMNPV-2D, AgMNPV-MP2 and AgMNPV-MP5) and a recombinant form (vAgEGT-LacZ) were characterised in terms of occlusion body (OB) production and infection kinetics, to enable future optimisation of the in vitro production process. These viruses were propagated using a Spodoptera frugiperda (IPLB-SF21) insect cell line grown in shaker-flask batch cultures. Among the virus isolates tested, AgMNPV-MP5 was found to be the best producer, yielding (5.3±0.85)x108 OB/mL after 8 days post infection. The characterisation of vAgEGT-LacZ propagation in suspension cell cultures has not been previously reported in the literature; hence it became the main focus for this thesis. In particular, it was carried out a study on the effect of the multiplicity of infection (MOI) on OB production. Five successive batches were performed getting a final production (8.9±1.42)x1014 occlusion bodies, considering that production is related for a bioreactor with final volume of 10m3. A low MOI associated with a fed-batch process for vAgEGT-LacZ production was found to support a 3-fold higher OB yield when compared to the default batch process (1.8x107 and 5.3x107 OB/mL, respectively). This yield is competitive with regards to the production process.

Interferência da pressurização da calda de pulverização sobre microrganismos entomopatogênicos

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

Modularity and evolutionary constraints in a baculovirus gene regulatory network

Abstract Background The structure of regulatory networks remains an open question in our understanding of complex biological systems. Interactions during complete viral life cycles present unique opportunities to understand how host-parasite network take shape and behave. The Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) is a large double-stranded DNA virus, whose genome may encode for 152 open reading frames (ORFs). Here we present the analysis of the ordered cascade of the AgMNPV gene expression. Results We observed an earlier onset of the expression than previously reported for other baculoviruses, especially for genes involved in DNA replication. Most ORFs were expressed at higher levels in a more permissive host cell line. Genes with more than one copy in the genome had distinct expression profiles, which could indicate the acquisition of new functionalities. The transcription gene regulatory network (GRN) for 149 ORFs had a modular topology comprising five communities of highly interconnected nodes that separated key genes that are functionally related on different communities, possibly maximizing redundancy and GRN robustness by compartmentalization of important functions. Core conserved functions showed expression synchronicity, distinct GRN features and significantly less genetic diversity, consistent with evolutionary constraints imposed in key elements of biological systems. This reduced genetic diversity also had a positive correlation with the importance of the gene in our estimated GRN, supporting a relationship between phylogenetic data of baculovirus genes and network features inferred from expression data. We also observed that gene arrangement in overlapping transcripts was conserved among related baculoviruses, suggesting a principle of genome organization. Conclusions Albeit with a reduced number of nodes (149), the AgMNPV GRN had a topology and key characteristics similar to those observed in complex cellular organisms, which indicates that modularity may be a general feature of biological gene regulatory networks.