dissertação

Prospecção e análise genômica de cepas de bacillus thuringiensis eficientes no controle de Spodoptera eridania, Spodoptera cosmioides e Spodoptera frugiperda

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Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia Vegetal

Agência de fomento

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tipo de impacto

Áreas Temáticas da Extenção

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

Dados abertos

Resumo

Apesar do Brasil ser um dos principais produtores de grãos do mundo, ocorrem perdas significativas na produção por causa de pragas do gênero Spodoptera, com destaque para as espécies S. frugiperda, S. eridania e S. cosmioides. Estas pragas causam desfolha e danos diretos às folhas e/ou vagens em diferentes culturas. O controle biológico com microrganismos entomopatogênicos vem sendo empregado com eficácia há anos para o manejo de pragas. Especialmente, a bactéria Bacillus thuringiensis vem sendo utilizada em diferentes formulações de bioinseticidas ou como fonte de genes inseticidas para o desenvolvimento de plantas transgênicas. O objetivo deste trabalho foi identificar cepas de B. thuringiensis eficientes contra as lagartas Spodoptera eridania, S. cosmioides e S. frugiperda e os genes inseticidas presentes na cepa com mortalidade superior a 90% para as três pragas. Para isso, foram utilizadas 30 cepas de B. thuringiensis provenientes da Coleção de Microrganismos da Embrapa Milho e Sorgo em Sete Lagoas/MG para a realização dos bioensaios seletivos com lagartas neonatas das diferentes pragas. Os bioensaios foram realizados usando 150 uL da solução de esporos e cristais de cada cepa com a concentração de 3 x 108 esporos/mL, sendo a mortalidade avaliada durante sete dias. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado com grupos experimentais de quatro repetições com 16 insetos cada. Seis das trinta cepas de B. thuringiensis causaram mortalidade simultânea acima de 80% em três espécies de Spodoptera, e nenhuma delas produziu β-exotoxina. A cepa de B. thuringiensis 1408 causou mortalidade acima de 90% para as três espécies de Spodoptera, portanto, teve seu genoma sequenciado utilizando a plataforma BGISEQ-500. Foram obtidos 39 scaffolds resultando num cromossomo de 5.196.838 pb, conteúdo G+C igual 34,8%, 5.887 regiões codificantes e um total de cinco genes codificadores das proteínas inseticidas Cry1Ib, Cry1Da, Vip1Ca, Vip2Ac e Vip3Ag. Ficou também evidenciado que as proteínas inseticidas Cry1Da e Vip3Ag, por possuírem similaridade menor que 95% com as já depositadas em bancos, são pertencentes a novas subclasses. Portanto, a cepa 1408 de B. thuringiensis mostrou-se ativa contra três importantes espécies do gênero Spodoptera e contem genes inseticidas, podendo ser utilizada para produção de novos bioinseticidas e/ou como fonte de genes para desenvolvimento de novos eventos de plantas transgênicas resistente a insetos-praga.

Abstract

Despite Brazil being one of the main grain producers in the world, there are significant losses in production due to pests of the Spodoptera genus, especially the species S. frugiperda, S. eridania and S. cosmioides. These pests cause defoliation and direct damage to leaves and/or pods in different crops. Biological control with entomopathogenic microorganisms has been used effectively for years to manage pests. In particular, the bacterium Bacillus thuringiensis has been used in different formulations of bioinsecticides or as a source of insecticide genes for the development of transgenic plants. The aim of this work was to identify efficient B. thuringiensis strains against Spodoptera eridania, S. cosmioides and S. frugiperda caterpillars and the insecticide genes present in the strain with mortality above 90% for the three pests. Thirty strains of B. thuringiensis from the Collection of Microorganisms of Embrapa Milho and Sorgo in Sete Lagoas/MG, Brazil were used to carry out selective bioassays with newborn caterpillars of different pests. Bioassays were carried out using 150 uL of the solution containing spores and crystals of each strain at a concentration of 3 x 108 spores/mL, with mortality assessed for seven days. A completely randomized experimental design was used with 4 replications with 16 insects each. Six of the 30 strains of B. thuringiensis caused simultaneous mortality above 80% in three species of Spodoptera, and none of them produced β-exotoxin. The B. thuringiensis 1408 strain caused mortality above 90% for the three Spodoptera species, therefore, its genome was sequenced using the BGISEQ-500 platform. 39 scaffolds were obtained resulting in a chromosome of 5.196,838 bp, G+C content equal to 34.8%, 5.887 coding regions and a total of five genes encoding the insecticidal proteins Cry1Ib, Cry1Da, Vip1Ca, Vip2Ac and Vip3Ag. It was also evidenced that the insecticidal proteins Cry1Da and Vip3Ag, for having similarity less than 95% with those already deposited in banks, belong to new subclasses. Therefore, the B. thuringiensis 1408 was shown to be active against three important species of the Spodoptera genus and contains insecticide genes, which can be used for the production of new bioinsecticides and/or as a source of genes for the development of new events in transgenic plants resistant to pest insects.

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ALVES, A. do C. Prospecção e análise genômica de cepas de bacillus thuringiensis eficientes no controle de Spodoptera eridania, Spodoptera cosmioides e Spodoptera frugiperda. 2021. 65 p. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia Vegetal) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.

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