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Pesquisa Agropecuária Brasileira

Print version ISSN 0100-204XOn-line version ISSN 1678-3921

Pesq. agropec. bras. vol.50 no.8 Brasília Aug. 2015

http://dx.doi.org/10.1590/S0100-204X2015000800012 

NOTAS CIENTÍFICAS

Seleção e caracterização molecular de isolados de Bacillus thuringiensis para o controle de Spodoptera spp.

Selection and molecular characterization of Bacillus thuringiensis isolates for controlling Spodoptera spp.

Kelly Christiane Constanski(1) 

Janaina Zorzetti(1) 

Gislayne Trindade Vilas Boas(1) 

Ana Paula Scaramal Ricieto(1) 

Fernanda Aparecida Pires Fazion(1) 

Laurival Vilas Boas(1) 

Rose Gomes Monnerat(2) 

Pedro Manuel Oliveira Janeiro Neves(1) 

(1)Universidade Estadual de Londrina, Centro de Ciências Agrárias, Campus Universitário, Caixa Postal 10011, CEP 86057-970 Londrina, PR, Brasil. E-mail: kellyconstanski@gmail.com, jzorzetti@hotmail.com, gtvboas@gmail.com, ricietto@gmail.com, fernandafazion@gmail.com, laurival.vboas@gmail.com, pedroneves@uel.br

(2)Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, Parque Estação Biológica, Avenida W5 Norte (Final), Caixa Postal 02372, CEP 70849-970 Brasília, DF, Brasil. E-mail: rose.monnerat@embrapa.br


Resumo:

O objetivo deste trabalho foi selecionar e caracterizar molecularmente isolados de Bacillus thuringiensis tóxicos a Spodoptera eridania eS. frugiperda. Trinta e quatro isolados foram submetidos ao bioensaio, dos quais três foram selecionados e usados para a estimativa da CL50. Os isolados selecionados não diferiram da linhagem padrão HD-1. Na caracterização molecular, identificou-se a presença dos genes cry1 e cry2, nos isolados BR37 e BR94, e dos genes cry4A, cry4B, cry10, cry11 e cyt1 no isolado BR58, o que confirmou o perfil proteico obtido de 130, 70 e 65 kDa. Foram identificados cristais bipiramidais e esféricos. O isolado BR58, apesar de não conter os genes relacionados à toxicidade a Lepidoptera, causa mortalidade em ambas as espécies

Termos para indexação: Spodoptera eridania; Spodoptera frugiperda; controle biológico; genes cry ; proteínas Cry

Abstract:

The objective of this work was to select and molecularly characterize Bacillus thuringiensis isolates toxic to Spodoptera eridania and S. frugiperda. Thirty four isolates were subjected to the bioassay, of which three were selected and used to estimate the LC50. The selected isolates did not differ from the HD-1 standard line. In the molecular characterization, the presence of the cry1 and cry2 genes was identified in the BR37 and BR94 isolates, and of the cry4A, cry4B, cry10, cry11, and cyt1 genes in the BR58 isolate, which confirmed the obtained protein profile of 130, 70, and 65 kDa. Bipyramidal and spherical crystals were identified. The BR58 isolate, although not containing the genes related to toxicity to Lepidoptera, causes mortality in both species.

Index terms: Spodoptera eridania; Spodoptera frugiperda; biological control; cry genes; Cry proteins

O gênero Spodoptera (Lepidoptera: Noctuidae) apresenta grande importância econômica, por englobar várias espécies capazes de causar danos a diversas culturas (Santos, 2007). No Brasil, a espécie Spodoptera frugiperda (J. E. Smith, 1797) é considerada praga chave da cultura do milho, por causar perdas significativas na produção, especialmente pela voracidade das lagartas e pela sua ocorrência durante todos os estágios fenológicos da cultura (Santos, 2007). Já Spodoptera eridania (Cramer, 1782) é comumente encontrada na soja, e apresenta importância a partir do início da fase reprodutiva da cultura, quando se alimenta de folhas e vagens (Bueno et al., 2008).

A medida de controle mais utilizada no manejo de Spodoptera spp. é a aplicação de inseticidas sintéticos, que, muitas vezes, são utilizados de forma errônea e abusiva, o que causa danos ao homem e ao ambiente (Van Lenteren & Bueno, 2003). Entre as alternativas de controle que minimizam os problemas de contaminação ambiental, destaca-se a utilização de bioinseticidas formulados à base de Bacillus thuringiensis.

A bactéria B. thuringiensis (Bt) é o principal agente de controle biológico de insetos, principalmente em razão da descoberta de novos isolados com variado espectro de ação (Melo & Azevedo, 1998). Essa bactéria produz inclusões cristalinas, denominadas de proteínas Cry, que são tóxicas a várias ordens de insetos (Monnerat & Bravo, 2000). Atualmente, 743 genes cry, classificados em 73 grupos de proteínas Cry, com diferentes subdivisões, encontram-se clonados e sequenciados (Crickmore et al., 2014). Apesar da grande quantidade de genes descritos e de sua grande diversidade, o número de proteínas ativas para o controle de uma determinada praga pode ser muito limitado (Herrero et al., 2002). Portanto, o interesse pela busca de novos isolados e novos genes tem se mantido constante.

O objetivo deste trabalho foi selecionar e caracterizar molecularmente isolados de B. thruringiensis tóxicos a S. eridania e S. frugiperda.

Foram avaliados 34 isolados de B. thuringiensis pertencentes ao Banco de Entomopatógenos do Laboratório de Genética e Taxonomia de Bactérias da Universidade Estadual de Londrina e da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia. Os isolados foram recebidos na forma liofilizada e recuperados em solução aquosa de Tween 20 (0,05% v/v), na concentração de 10.000 μg mL-1 (0,03 g em 3,0 mL de água destilada esterilizada). Após a obtenção da solução, esta foi agitada em aparelho do tipo Vortex, por 60 s.

As lagartas de S. eridania e S. frugiperda foram cedidas pela Embrapa Soja. Em todos os testes, foram utilizadas lagartas de segundo instar e folhas de milho com 40 dias de emergência, produzidas em casa de vegetação, sem aplicação de produtos fitossanitários. Para o bioensaio seletivo, as folhas foram previamente desinfetadas com solução de hipoclorito (1%), cortadas (2,25 cm2) e, após secagem, imersas na suspensão descrita anteriormenteNa testemunha, as folhas de milho foram imersas apenas na solução aquosa de Tween 20 (0,05% v/v). As lagartas foram individualizadas, para evitar o canibalismo, e o experimento foi acondicionado em câmara climatizada (25±1°C e fotófase de 12 horas). As avaliações de mortalidade foram realizadas 24, 48 e 72 horas após a aplicação dos tratamentos. Utilizou-se o delineamento experimental inteiramente casualizado, com cinco repetições de 20 lagartas.

Os isolados responsáveis por mortalidades maiores que 90%, para ambas as espécies, foram submetidos a bioensaios de dose-resposta para estimativa da CL50. Sete doses foram testadas: 0,015 (p/v), 156 μg mL-1; 0,03 (p/v), 312 μg mL-1; 0,06 (p/v), 625 μg mL-1; 0,12 (p/v), 1.250 μg mL-1; 0,25 (p/v), 2.500 μg mL-1; 0,5 (p/v), 5.000 μg mL-1; e 1,0 (p/v), 10.000 μg mL-1. Os isolados foram comparados à linhagem padrão HD-1, de B. thuringiensis subsp. kurstaki. Utilizou-se o delineamento experimental inteiramente casualizado, com cinco repetições de 20 lagartas. Os dados de mortalidade foram submetidos à análise de Probit, tendo-se utilizado a sobreposição do intervalo de confiança de 95%.

Amostras de DNA genômico dos isolados foram extraídas pelo método de Hansen & Hendriksen (2001). Os isolados foram cultivados em placas de acrílico com meio Luria-Bertani (triptona 1,0%, extrato de levedura 0,5% e NaCl 1,0%), a 30°C, por 16 horas. Com o auxílio de um palito esterilizado, transferiu-se uma colônia, com aproximadamente 2,0 mm de diâmetro, para microtubos com 200 μL de TE (10 mmol L-1 de Tris; 1,0 mmol L-1 de EDTA; pH 8,0). A suspensão foi homogeneizada e incubada em fervura por 10 min. Em seguida, a suspensão foi centrifugada a 12.000 g, por 3 min, e o sobrenadante foi transferido para novos tubos e estocado a 4ºC, para análises posteriores nas reações de amplificação por PCR.

A presença dos genes cry1, cry2, cry3, cry4A, cry4B, cry10, cry11 e cyt1 foi averiguada com os iniciadores e as condições de amplificação específicas, descritos na literatura (Cerón et al., 1995; Bravo et al., 1998; Ibarra et al., 2003). As reações de amplificação foram conduzidas com volume total de 20 μL, com 1,0 U de Taq DNA polimerase (Life Technologies do Brasil Ltda., São Paulo, SP), tampão (2,0 mmol L-1Tris-HCl pH 8,0, 5,0 mmol L-1 de KCl), 2,5 mmol L-1 de MgCl2, 0,25 mmol L-1 de dNTP, 0,5 μmol L-1 de cada iniciador, 2,0 μL do DNA genômico e água Milli-Q esterilizada. Os produtos amplificados foram analisados por eletroforese em gel de agarose a 1,2%, em tampão TBE (89 mmol L-1Tris Borato, 2,0 mmol L-1 EDTA, pH 8,0), e corados com SYBR Safe (Life Technologies do Brasil Ltda., São Paulo, SP). Para a comparação do peso molecular das bandas de amplificação, utilizou-se o marcador de 1 Kb DNA Plus Ladder (Life Technologies do Brasil Ltda., São Paulo, SP).

A caracterização proteica dos isolados de B. thuringiensis foi realizada por eletroforese de proteína, em gel de poliacrilamida (10%) SDS-PAGE. Os cristais foram obtidos de acordo com o protocolo descrito por Lecadet et al. (1992). Cada isolado foi cultivado em meio nutriente (NB), a 30°C, por 72 horas, sob agitação de 200 rpm.

A caracterização morfológica dos isolados foi feita de acordo com suas inclusões proteicas, avaliadas por microscopia eletrônica de varredura. Para tanto, uma alíquota de cada isolado liofilizado foi depositada sobre suportes metálicos e coberta com ouro, por 180 s, com corrente de 40 mA, com uso de metalizador Emitech, modelo K550 (Quorum Technologies Ltd., Lewes, East Sussex, Reino Unido). As amostras foram observadas em microscópio eletrônico de varredura Zeiss DSM 962 (Carl Zeiss International, Oberkochen, Alemanha).

Dos 34 isolados de B. thuringiensis avaliados, três (BR37, BR58, BR94) foram responsáveis por mortalidade superior a 90%, para ambas as espécies de Spodoptera (Tabela 1). Esses isolados foram selecionados para determinação da CL50. Os valores de CL50 dos três isolados não difereriram estatisticamente dos obtidos para a linhagem padrão B. thuringiensis subsp. kurstaki HD-1 (Tabela 2). Esse resultado é indicativo de elevado potencial tóxico dos isolados, uma vez que a linhagem utilizada para comparação pode apresentar toxicidade de 2 a 200 vezes maior do que a de outras linhagens normalmente utilizadas em produtos comerciais (Dulmage, 1970).

Tabela 1: Mortalidade (%) causada pelos diferentes isolados de Bacillus thuringiensis nos bioensaios seletivos com lagartas de segundo instar de Spodoptera eridania e S. frugiperda (1)

(1)Médias seguidas de letras iguais não diferem pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

*Isolados não foram testados para S. eridania.

Tabela 2: Toxicidade (CL50) dos isolados de Bacillus thuringiensis em lagartas de segundo instar de Spodoptera eridaniae S. frugiperda, 72 horas após a incubação(1)

(1)Médias seguidas de letras iguais não diferem pela sobreposição do intervalo de confiança, a 95% probabilidade, de acordo com a análise de Probit.

A caracterização molecular revelou que os isolados BR37 e BR94 apresentam os genes cry1 e cry2 (Figura 1), assim como a linhagem padrão HD-1. No isolado BR58, foi verificada a presença dos genes cry4A,cry4B, cry10, cry11 e cyt1 (Figura 2).

Figura 1: Reação de amplificação por PCR dos genes cry1 e cry2 com tamanhos esperados de 500 pb. Gel de agarose 1,2. Marcador de peso molecular 100 pb Ladder (Life Technologies do Brasil Ltda., São Paulo, SP). 

Figura 2: Reação de amplificação por PCR com tamanho esperado dos genes: cry4A, 459 pb; cry4B, 480 pb; cry10, 348 pb; cry11, 352 pb; e cyt1, 480 pb. Gel de agarose 1,2. Marcador de peso molecular 100 pb Ladder (Life Technologies do Brasil Ltda., São Paulo, SP). 

Observaram-se valores de massas moleculares de 130 e 65 kDa para o isolado BR37 (Figura 3). Esses valores são característicos das proteínas Cry1 e Cry2, respectivamente; esse mesmo perfil proteico foi confirmado para a linhagem padrão HD-1. Já o isolado BR58 apresentou perfil proteico relacionado às proteínas Cry4A, Cry4B, Cry10, Cry11 e Cyt1, com massas moleculares de 130 e 70 kDA. Para o isolado BR94, somente o valor de massa molecular de 65 kDA foi confirmado, que corresponde à proteína Cry2, embora tenha-se identificado a presença do gene cry1, na caracterização gênica. Isto pode ser explicado pela não expressão, ou pela subexpressão, dessa proteína (Macedo et al., 2012).

Figura 3: Gel de poliacrilamida (10%) SDS-PAGE de suspensão de esporos e cristais dos isolados de Bacillus thuringiensis. M, marcador; 1, HD-1; 2, BR37; 3, BR58; e 4, BR94. 

Quanto à morfologia dos cristais, também útil para avaliação da atividade inseticida dos isolados, foram observados cristais bipiramidais, no isolado BR94; cristais esféricos, no isolado BR58; e cristais bipiramidais e esféricos, no isolado BR37. A linhagem padrão HD-1 apresentou cristais bipiramidais, cuboides e esféricos. Os cristais bipiramidais são frequentemente relacionados à presença de proteínas do tipo Cry1, eficazes contra insetos das ordens Lepidoptera e Coleoptera, enquanto os cristais cuboides estão associados às proteínas Cry2 e Cry3, tóxicas contra lepidópteros, coleópteros e dípteros (Silva et al., 2004). Cristais esféricos estão associados às proteínas tóxicas contra dípteros (Melatti et al., 2005).

Novas formulações de bioinseticidas à base de isolados de B. thuringiensis podem ajudar no manejo da resistência de insetos-praga, e os resultados obtidos no presente trabalho revelam a possibilidade de obtenção de novos isolados e genes com grande potencial de controle das espécies de Spodopteraavaliadas.

Agradecimentos

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), pela concessão de bolsa e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, processo 481460/2008-0), pelo apoio financeiro.

Referências

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Received: February 10, 2015; Accepted: June 26, 2015

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