Histopathology and the lethal effect of Cry proteins and strains of Bacillus thuringiensis Berliner in Spodoptera frugiperda J.E. Smith Caterpillars (Lepidoptera, Noctuidae) / Histopatologia e efeito letal de cepas e proteínas Cry de Bacillus thuringiensis Berliner para lagartas de Spodoptera frugiperda J.E. Smith (Lepidoptera, Noctuidae)

Among the phytophagous insects which attack crops, the fall armyworm, Spodoptera frugiperda (J.E. Smith, 1797) (Lepidoptera, Noctuidae) is particularly harmful in the initial growth phase of rice plants. As a potential means of controlling this pest, and considering that the entomopathogen Bacillus thuringiensis Berliner demonstrates toxicity due to synthesis of the Cry protein, the present study was undertaken to evaluate this toxic effect of B. thuringiensis thuringiensis 407 (pH 408) and B. thuringiensis kurstaki HD-73 on S. frugiperda. The following method was used. Both bacterial strains were evaluated in vitro in 1st instar S. frugiperda caterpillars, by means of histopathological assays. The Cry1Ab and Cry1Ac proteins, codified by the respective strains of B. thuringiensis, were evaluated in vivo by bioassays of 1st instar S. frugiperda caterpillars in order to determine the Mean Lethal Concentration (LC50). The results of the histopathological analysis of the midget of S. frugiperda caterpillars demonstrate that treatment with the B. thuringiensis thuringiensis strain was more efficient, because the degradations of the microvilosities started 9 hours after treatment application (HAT), while in the B. thuringiensis kurstaki the same effect was noticed only after 12 HAT. Toxicity data of the Cry1Ab and Cry1Ac proteins presented for the target-species LC50 levels of 9.29 and 1.79 μg.cm-2 respectively. The strains and proteins synthesised by B. thuringiensis thuringiensis and B. thuringiensis kurstaki are effective in controlling S. frugiperda, and may be used to produce new biopesticides or the genes may be utilised in the genetic transformation of Oryza sativa L.

Entre os insetos fitófagos que atacam as culturas, Spodoptera frugiperda (J.E. Smith, 1797) (Lepidoptera, Noctuidae) destaca-se como uma praga polífaga que causa prejuízos na fase inicial da cultura do arroz. No seu controle, o entomopatógeno Bacillus thuringiensis Berliner revela-se tóxico devido à síntese de proteínas Cry. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a toxicidade das cepas e proteínas Cry de B. thuringiensis thuringiensis 407 (pH 408) e B. thuringiensis kurstaki HD-73 sobre S. frugiperda. As duas cepas bacterianas foram avaliadas, in vitro, em lagartas de 1º instar de S. frugiperda, através de ensaios de histopatologia. As proteínas Cry1Ab e Cry1Ac, codificadas pelas respectivas cepas de B. thuringiensis, foram avaliadas in vivo, através de bioensaios com lagartas de 1º instar de S. frugiperda para determinação da Concentração Letal Média (CL50). Os resultados da análise histopatológica do intestino médio das lagartas S. frugiperda mostram que o tratamento com a cepa B. thuringiensis thuringiensis foi mais eficiente e a degradação das microvilosidade iniciou-se 9 horas após a aplicação dos tratamentos (HAT). Para B. thuringiensis kurstaki, o mesmo efeito foi observado, 12 HAT. Os dados de toxicidade das proteínas de Cry1Ab e Cry1Ac revelaram para a espécie-alvo uma CL50 de 9,29 e 1,79 μg.cm-2, respectivamente. As cepas e proteínas sintetizadas por B. thuringiensis thuringiensis e B. thuringiensis kurstaki são eficientes no controle de S. frugiperda, e poderão ser usadas na produção de novos biopesticidas ou a utilização dos genes na transformação genética de Oryza sativa L.

Efeito de extratos de plantas na mortalidade de lagartas de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) / Effect of plant extracts on the mortality of Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) caterpillars

A lagarta-do-cartucho, Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae), é considerada a principal praga das gramíneas, especialmente da cultura do milho, responsável pelo intenso uso de inseticidas nas áreas agrícolas, ocasionando aumento nos custos e preocupações ambientais. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de vinte extratos de plantas, sobre a mortalidade larval de S. frugiperda. Os extratos foram obtidos por meio da mistura das folhas ou raízes das plantas numa proporção de 1:10. A infusão foi obtida pela adição de água aquecida a 90º C e o macerado preparado com água a 4º C. Nos bioensaios foram utilizadas 60 lagartas de segundo ínstar, por tratamento, onde foram aplicados 100 ?L dos extratos vegetais e, na testemunha, água destilada. Os extratos vegetais foram avaliados por espectofotometria e SDS-PAGE. Dentre as vinte espécies testadas, 7 apresentaram mortalidade para lagartas de S. frugiperda. Petiveria alliacea. Malva silvestris. Bacharis genistelloides. Zengiber officinale. Artemisia verlotorum. Cymbopogon citratus e Ruta graveolens. As taxas de mortalidade provocadas por esses extratos devem estar relacionadas às substâncias que ainda não foram avaliadas e que deverão ser alvo de futuros estudos.

The armyworm, Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae), is considered the main pest of the maize crop, being responsible for the intense use of synthetic insecticide in agricultural areas and the consequent rise in costs and environmental concerns. The aim of this study was to evaluate the effect of 20 plant extracts on the larval mortality of S. frugiperda. Extracts were obtained through a mix of plant leaves or roots, in a 1:10 proportion. The infusion was obtained by the addition of hot water at 90ºC and the grinding was prepared with water at 4º C. Sixty second-instar caterpillars were used per treatment in the bioassays when 100 ?L of plant extracts were applied, while distilled water was applied in the control treatments. The plant extracts were assessed by spectrophotometry and SDS-PAGE. Of the 20 species tested, 7 showed mortality for caterpillars S. frugiperda. Petiveria alliacea. Malva sylvestris. Bacharis genistelloides,Zengiber officinale. Artemisia verlotorum,Cymbopogon citratus and Ruta graveolens. Mortality rates caused by these extracts must be related to substances that have not been evaluated and should be the target of future studies.

Histopatologia da interação de Bacillus thuringiensis e extratos vegetais no intestino médio de Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) / Histopathology of the interaction of Bacillus thuringiensis and plant extracts in the midgut of Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae)

Plantas são fontes naturais de substâncias inseticidas, já que podem ser produzidas pelo vegetal em resposta a ataques de insetos podendo representar uma alternativa no manejo de insetos-praga, como Spodoptera frugiperda. Dessa forma, o presente trabalho objetivou a análise histopatológica do intestino médio de lagartas de S. frugiperda, após a ingestão dos extratos obtidos por maceração e infusão de Petiveria alliacea. Zingiber officinale. Cymbopogon citratus. Malva silvestris. Baccharis genistelloides e Ruta graveolens, assim como a associação desses extratos com Bacillus thuringiensis aizawai. As lagartas foram tratadas in vivo com cada extrato e a bactéria, mais a associação desses extratos com B. thuringiensis e após, uma reação de cinética entre 3 e 27 horas, foram fixadas para o preparo de cortes histológicos, os quais foram corados e analisados comparativamente às testemunhas em microscopia óptica. Os resultados mostraram mudanças na histologia do intestino médio das lagartas de S. frugiperda, 3 horas após a aplicação dos tratamentos à base de alliacea. Z. officinale. C. citratus e M. silvestris, enquanto que para B. genistelloides e R. graveolens só foram observados alterações após 6h. Na interação dos extratos com B. thuringiensis observou-se alterações nas microvilosidades, desorganização do intestino médio e a hipertrofia das células epiteliais que projetaram-se para o lúmen. Os resultados desse trabalho mostram que o efeito histopatológico de Z. officinale. M. silvestris. R. graveolens e B. genistelloides, foram mais ativos quando comparados aos extratos de P. alliacea e C. citratus, os quais apresentaram uma interação positiva com B. thuringiensis.

The natural insecticidal substances produced by plants in response to insect attack may represent an alternative for the management of pest insects such as Spodoptera frugiperda. This study was therefore aimed to histopathologically analyze the midgut of larvae of S. frugiperda, after ingestion of extracts obtained by maceration and infusion of Petiveria alliacea. Zingiber officinale. Cymbopogon citratus. Malva silvestris. Baccharis genistelloides and Ruta graveolens, and the association of these extracts with Bacillus thuringiensis aizawai. The larvae were treated in vivo with each extract, B. thuringiensis, and the combination of these extracts with the bacteria, and after a reaction kinetics of between 3 to 27 hours they were fixed for the preparation of histological sections, which were stained and analyzed in comparison to the controls with light microscopy. The results showed changes in the histology of the midgut of the larvae of S. frugiperda, 3 hours after application of treatments based on P. alliacea. Z. officinale. C. citratus and M. silvestris, while for B. genistelloides and R. graveolens changes were observed only after 6h. In the interaction of extracts with B. thuringiensis the analysis revealed changes in microvilli, disorganization of the midgut and hypertrophy of epithelial cells that projected into the lumen. The findings show that the histopathological effects of Z. officinale. M. silvestris. R. graveolens and B. genistelloides were more active when compared to extracts of P. alliacea and C. citratus, which showed a positive interaction with B. thuringiensis.

Distribution and density of bacteria in subtropical flooded rice growing areas in Brazil

Microrganismos são componentes importantes na estrutura e no funcionamento dos ecossistemas aquáticos, assim, este trabalho objetivou identificar os grupos constituintes das comunidades bacterianas presentes na água de irrigação da cultura do arroz, onde amostras de água foram coletadas em cinco regiões orizícolas do Brasil. A identificação dos principais grupos de bactérias encontrados nas áreas inundadas foi efetuada por meio da morfologia das colônias, sendo avaliados forma, elevação, bordo e estrutura, assim como estruturas internas e externas das células, caracterizando-as como cocos ou bastonetes, gram-positivas ou gram-negativas e esporulantes ou não-esporulantes. Os resultados obtidos quanto à densidade e à distribuição de bactérias em amostras de água de áreas orizícolas do RS revelam maior abundância de morfotipos de colônias bacterianas nos canais de irrigação (F1, 12 = 8,74, p < 0,05) quando comparados às parcelas de cultivo das cinco regiões produtoras e na fase final (F1,12 = 8,86, p < 0,05) da cultura. Nas cinco regiões produtoras de arroz foi predominante a ocorrência de bastonetes, gram-positivos e esporulantes. Os bastonetes apresentaram maior número (F1, 26 = 15,12, p < 0,05) na fase inicial do cultivo, sendo os gram-positivos predominantes significativamente (F1, 26 = 25,99, p < 0,05) em todas as regiões orizícolas estudadas. O grupo de bactérias esporulantes foi significativamente mais abundante (F1, 30 = 14,06, p < 0,05) do que as não-esporulantes nas cinco regiões. Os dados obtidos revelam que a cultura de arroz irrigado tem influência na densidade e nos morfotipos de colônias das bactérias presentes na água utilizada na inundação das parcelas.

Pathogenicity of Bacillus thuringiensis isolated from two species of Acromyrmex (Hymenoptera, Formicidae)

The control of Acromyrmex leaf-cutting ants is necessary due to the severe damage they cause to diverse crops. A possibility was to control them using the bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) that characteristically produces insecticidal crystal proteins (ICPs). The ICPs have been effective in controlling lepidopterans, dipterans, and coleopterans, but their action against hymenopterans is unknown. This paper describes an attempt to isolate Bt from ants of two Acromyrmex species, to evaluate its pathogenicity towards these ants, and to test isolates by PCR. Bacterial isolates of Bt obtained from A. crassispinus and A. lundi have been assayed against A. lundi in the laboratory. The bioassays were carried out in BOD at 25ºC, with a 12-hour photoperiod, until the seventh day after treatment. The Bt isolates obtained were submitted to total DNA extraction and tested by PCR with primers specific to cry genes. The results showed Bt presence in 40 percent of the assessed samples. The data from the in vivo assays showed a mortality rate higher than 50 percent in the target population, with the Bt HA48 isolate causing 100 percent of corrected mortality. The PCR results of Bt isolates showed a magnification of DNA fragments relative to cry1 genes in 22 percent of the isolates, and cry9 in 67 percent. Cry2, cry3, cry7, and cry8 genes were not detected in the tested samples, and 22 percent had no magnified DNA fragments corresponding to the assessed cry genes. The results are promising not only regarding allele identification in new isolates, but also fort the assays aimed at determining the Bt HA48 LC50's, which can eventually be applied in controlling of Acromyrmex leaf-cutting ants