Isolates of Bacillus thuringiensis from Maranhão biomes with potential insecticidal action against Aedes aegypti larvae (Diptera, Culicidae) / Isolados de Bacillus thuringiensis de biomas maranhenses com potencial ação inseticida contra larvas de Aedes aegypti (Diptera, Culicidae)

Entomopathogenic agents are viable and effective options due to their selective action against insects but benign effects on humans and the environment. The most promising entomopathogens include subspecies of Bacillus thuringiensis (Bt), which are widely used for the biological control of insects, including mosquito vectors of human pathogens. The efficacy of B. thuringiensis toxicity has led to the search for new potentially toxic isolates in different regions of the world. Therefore, soil samples from the Amazon, Cerrado and Caatinga biomes of the state of Maranhão were evaluated for their potential larvicidal action against Aedes aegypti. The isolates with high toxicity to mosquito larvae, as detected by bioassays, were subjected to histological evaluation under a light microscope to identify the genes potentially responsible for the toxicity. Additionally, the toxic effects of these isolates on the intestinal epithelium were assessed. In the new B. thuringiensis isolates toxic to A. aegypti larvae, cry and cyt genes were amplified at different frequencies, with cry4, cyt1, cry32, cry10 and cry11 being the most frequent (33-55%) among those investigated. These genes encode specific proteins toxic to dipterans and may explain the severe morphological changes in the intestine of A. aegypti larvae caused by the toxins of the isolates.(AU)

Os agentes entomopatógenos são alternativas viáveis e eficazes, devido à sua ação seletiva para insetos sendo inofensivos ao homem e ao meio ambiente. Dentre os entomopatógenos mais promissores, destacam-se as subespécies de Bacillus thuringiensis (Bt) amplamente utilizadas no controle biológico de insetos incluindo espécies de mosquitos vetores de agentes patogênicos ao homem. A eficiência da toxicidade de Bt incentiva a prospecção de novos isolados em diversas regiões do mundo. Desta forma, em busca de novos isolados de B. thuringiensis potencialmente tóxicos, amostras de solo provenientes dos biomas Amazônia, Cerrado e Caatinga do estado do Maranhão foram avaliadas em relação ao seu potencial larvicida para Aedes aegypti. Os isolados que provocaram elevada toxicidade para larvas do mosquito, detectada por bioensaios, foram avaliados em relação aos potenciais genes responsáveis pela atividade tóxica, além da avaliação de efeitos tóxicos no epitélio intestinal através de análises histológicas em microscopia de luz. Os novos isolados de Bt tóxicos para larva de A. aegypti amplificaram frequências diferentes de genes cry e cyt sendo os mais frequentes (55-33%) os cry4, cyt1, cry32, cry10 e cry11 dentre os investigados. Esses genes codificam para proteínas tóxicas específicas para ordem Diptera, e podem explicar as severas alterações morfológicas provocadas pelas toxinas dos isolados observadas no intestino das larvas de A. aegypti.(AU)

Isolates of Bacillus thuringiensis from Maranhão biomes with potential insecticidal action against Aedes aegypti larvae (Diptera, Culicidae) / Isolados de Bacillus thuringiensis de biomas maranhenses com potencial ação inseticida contra larvas de Aedes aegypti (Diptera, Culicidae)

Abstract Entomopathogenic agents are viable and effective options due to their selective action against insects but benign effects on humans and the environment. The most promising entomopathogens include subspecies of Bacillus thuringiensis (Bt), which are widely used for the biological control of insects, including mosquito vectors of human pathogens. The efficacy of B. thuringiensis toxicity has led to the search for new potentially toxic isolates in different regions of the world. Therefore, soil samples from the Amazon, Cerrado and Caatinga biomes of the state of Maranhão were evaluated for their potential larvicidal action against Aedes aegypti. The isolates with high toxicity to mosquito larvae, as detected by bioassays, were subjected to histological evaluation under a light microscope to identify the genes potentially responsible for the toxicity. Additionally, the toxic effects of these isolates on the intestinal epithelium were assessed. In the new B. thuringiensis isolates toxic to A. aegypti larvae, cry and cyt genes were amplified at different frequencies, with cry4, cyt1, cry32, cry10 and cry11 being the most frequent (33-55%) among those investigated. These genes encode specific proteins toxic to dipterans and may explain the severe morphological changes in the intestine of A. aegypti larvae caused by the toxins of the isolates.

Resumo Os agentes entomopatógenos são alternativas viáveis e eficazes, devido à sua ação seletiva para insetos sendo inofensivos ao homem e ao meio ambiente. Dentre os entomopatógenos mais promissores, destacam-se as subespécies de Bacillus thuringiensis (Bt) amplamente utilizadas no controle biológico de insetos incluindo espécies de mosquitos vetores de agentes patogênicos ao homem. A eficiência da toxicidade de Bt incentiva a prospecção de novos isolados em diversas regiões do mundo. Desta forma, em busca de novos isolados de B. thuringiensis potencialmente tóxicos, amostras de solo provenientes dos biomas Amazônia, Cerrado e Caatinga do estado do Maranhão foram avaliadas em relação ao seu potencial larvicida para Aedes aegypti. Os isolados que provocaram elevada toxicidade para larvas do mosquito, detectada por bioensaios, foram avaliados em relação aos potenciais genes responsáveis pela atividade tóxica, além da avaliação de efeitos tóxicos no epitélio intestinal através de análises histológicas em microscopia de luz. Os novos isolados de Bt tóxicos para larva de A. aegypti amplificaram frequências diferentes de genes cry e cyt sendo os mais frequentes (55-33%) os cry4, cyt1, cry32, cry10 e cry11 dentre os investigados. Esses genes codificam para proteínas tóxicas específicas para ordem Diptera, e podem explicar as severas alterações morfológicas provocadas pelas toxinas dos isolados observadas no intestino das larvas de A. aegypti.

Isolates of Bacillus thuringiensis from Maranhão biomes with potential insecticidal action against Aedes aegypti larvae (Diptera, Culicidae)

Abstract Entomopathogenic agents are viable and effective options due to their selective action against insects but benign effects on humans and the environment. The most promising entomopathogens include subspecies of Bacillus thuringiensis (Bt), which are widely used for the biological control of insects, including mosquito vectors of human pathogens. The efficacy of B. thuringiensis toxicity has led to the search for new potentially toxic isolates in different regions of the world. Therefore, soil samples from the Amazon, Cerrado and Caatinga biomes of the state of Maranhão were evaluated for their potential larvicidal action against Aedes aegypti. The isolates with high toxicity to mosquito larvae, as detected by bioassays, were subjected to histological evaluation under a light microscope to identify the genes potentially responsible for the toxicity. Additionally, the toxic effects of these isolates on the intestinal epithelium were assessed. In the new B. thuringiensis isolates toxic to A. aegypti larvae, cry and cyt genes were amplified at different frequencies, with cry4, cyt1, cry32, cry10 and cry11 being the most frequent (33-55%) among those investigated. These genes encode specific proteins toxic to dipterans and may explain the severe morphological changes in the intestine of A. aegypti larvae caused by the toxins of the isolates.

Resumo Os agentes entomopatógenos são alternativas viáveis e eficazes, devido à sua ação seletiva para insetos sendo inofensivos ao homem e ao meio ambiente. Dentre os entomopatógenos mais promissores, destacam-se as subespécies de Bacillus thuringiensis (Bt) amplamente utilizadas no controle biológico de insetos incluindo espécies de mosquitos vetores de agentes patogênicos ao homem. A eficiência da toxicidade de Bt incentiva a prospecção de novos isolados em diversas regiões do mundo. Desta forma, em busca de novos isolados de B. thuringiensis potencialmente tóxicos, amostras de solo provenientes dos biomas Amazônia, Cerrado e Caatinga do estado do Maranhão foram avaliadas em relação ao seu potencial larvicida para Aedes aegypti. Os isolados que provocaram elevada toxicidade para larvas do mosquito, detectada por bioensaios, foram avaliados em relação aos potenciais genes responsáveis pela atividade tóxica, além da avaliação de efeitos tóxicos no epitélio intestinal através de análises histológicas em microscopia de luz. Os novos isolados de Bt tóxicos para larva de A. aegypti amplificaram frequências diferentes de genes cry e cyt sendo os mais frequentes (55-33%) os cry4, cyt1, cry32, cry10 e cry11 dentre os investigados. Esses genes codificam para proteínas tóxicas específicas para ordem Diptera, e podem explicar as severas alterações morfológicas provocadas pelas toxinas dos isolados observadas no intestino das larvas de A. aegypti.

Isolates of Bacillus thuringiensis from Maranhão biomes with potential insecticidal action against Aedes aegypti larvae (Diptera, Culicidae)

Abstract Entomopathogenic agents are viable and effective options due to their selective action against insects but benign effects on humans and the environment. The most promising entomopathogens include subspecies of Bacillus thuringiensis (Bt), which are widely used for the biological control of insects, including mosquito vectors of human pathogens. The efficacy of B. thuringiensis toxicity has led to the search for new potentially toxic isolates in different regions of the world. Therefore, soil samples from the Amazon, Cerrado and Caatinga biomes of the state of Maranhão were evaluated for their potential larvicidal action against Aedes aegypti. The isolates with high toxicity to mosquito larvae, as detected by bioassays, were subjected to histological evaluation under a light microscope to identify the genes potentially responsible for the toxicity. Additionally, the toxic effects of these isolates on the intestinal epithelium were assessed. In the new B. thuringiensis isolates toxic to A. aegypti larvae, cry and cyt genes were amplified at different frequencies, with cry4, cyt1, cry32, cry10 and cry11 being the most frequent (33-55%) among those investigated. These genes encode specific proteins toxic to dipterans and may explain the severe morphological changes in the intestine of A. aegypti larvae caused by the toxins of the isolates.

Resumo Os agentes entomopatógenos são alternativas viáveis e eficazes, devido à sua ação seletiva para insetos sendo inofensivos ao homem e ao meio ambiente. Dentre os entomopatógenos mais promissores, destacam-se as subespécies de Bacillus thuringiensis (Bt) amplamente utilizadas no controle biológico de insetos incluindo espécies de mosquitos vetores de agentes patogênicos ao homem. A eficiência da toxicidade de Bt incentiva a prospecção de novos isolados em diversas regiões do mundo. Desta forma, em busca de novos isolados de B. thuringiensis potencialmente tóxicos, amostras de solo provenientes dos biomas Amazônia, Cerrado e Caatinga do estado do Maranhão foram avaliadas em relação ao seu potencial larvicida para Aedes aegypti. Os isolados que provocaram elevada toxicidade para larvas do mosquito, detectada por bioensaios, foram avaliados em relação aos potenciais genes responsáveis pela atividade tóxica, além da avaliação de efeitos tóxicos no epitélio intestinal através de análises histológicas em microscopia de luz. Os novos isolados de Bt tóxicos para larva de A. aegypti amplificaram frequências diferentes de genes cry e cyt sendo os mais frequentes (55-33%) os cry4, cyt1, cry32, cry10 e cry11 dentre os investigados. Esses genes codificam para proteínas tóxicas específicas para ordem Diptera, e podem explicar as severas alterações morfológicas provocadas pelas toxinas dos isolados observadas no intestino das larvas de A. aegypti.

Characterization and selection of Bacillus thuringiensis isolates effective against Sitophilus oryzae

The entomopathogenic bacterium Bacillus thuringiensis is a control agent with toxic and environmental characteristics that allows the control of pest insects according to the Integrate Pest Management (IPM) precepts. In order to find new strains, potentially toxic to Sitophilus oryzae L. 1763 (Coleoptera: Curculinidae), 1.073 strains of B. thuringiensis from parts of Brazil were used. Genetic material was extracted with InstaGene Matrix kit, used for the amplification of sequences in Polymerase chain reaction (PCR), and viewed in 1.5% agarose gel. The gene cry35Ba class was represented by 60 B. thuringiensis isolates (5.6%), which were then subjected to bioassays with S. oryzae larvae. Among the isolates studied, four caused more than 50% mortality in pathogenicity tests, and the isolates 544 and 622 were the most virulent, as determined by CL50 estimates. The four toxic isolates had spherical, bi-pyramidal and cuboid crystals, and a 44-kDa protein was found in sodium dodecyl sulphate - polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), which coded for the product of cry35Ba genes. These data demonstrate the potential of B. thuringiensis for the management of S. oryzae larvae.

A bactéria entomopatogênica Bacillus thuringiensis (Bt) é um agente de controle com características tóxicas e ambientais que permitem o controle de insetos-praga de acordo com as premissas do Manejo integrado de pragas (MIP). Com o objetivo de buscar novas linhagens potencialmente tóxicas para Sitophilus oryzae L. 1763 (Coleoptera: Curculinidae), caracterizaram-se molecularmente 1,073 isolados de B. thuringiensis de regiões do Brasil. O material genético foi extraído através do kit InstaGene Matrix, utilizado para a amplificação das seqüências através da técnica de Polymerase chain reaction PCR, sendo os resultados visualizados em gel de agarose 1,5%. A classe do gene cry35Ba foi representada por 60 isolados (5,6%) de Bt, os quais foram submetidos a bioensaio com larvas de S. oryzae. Quatro causaram mortalidade acima de 50% nos testes de patogenicidade e os isolados 544 e 622 foram os mais virulentos, conforme determinado pela estimativa da CL50. Nos quatro isolados que demonstraram toxicidade, foram detectados cristais esféricos, bipiramidais e cubóides, além de proteínas com 44 kDa, referentes aos genes cry35Ba por Sodium dodecil sulphate - polyacrilamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Estes dados demonstram o potencial de Bt no manejo de S. oryzae.

Bacillus thuringiensis: general characteristics and fermentation / Bacillus thuringiensis: características gerais e fermentação

The insect control is carried out mostly by chemical products, whose cumulative effects cause serious losses to environmental and human health, highlighting rapid selection of resistant insects. Biological control by entomopathogenic bacteria is an efficient alternative, mainly due to high specificity, absence of resistance in the target insects and low environment residual effect. Bacillus thuringiensis is a Gram-positive spore-forming bacterium that produces a parasporal crystal protein toxic for many insect species. Despite the widespread use of B. thuringiensis based products in biological control of insects, there are little studies about its multiplication, sporulation and crystal production, as so many trade secrets information. This revision was aimed at gathering general information about B. thuringiensis, as well as its production in culture media.

O controle de insetos é realizado, em sua maioria, por produtos químicos; cujos efeitos cumulativos ocasionam grandes prejuízos ambientais e à saúde humana, destacando-se ainda a rápida seleção de insetos resistentes. O controle biológico por entomopatógenos é uma alternativa eficiente, principalmente devido a sua alta especificidade, ausência de resistência nos insetos alvos e baixo efeito residual no ambiente. Bacillus thuringiensis é uma bactéria Gram-positiva esporulante, produtora de cristais protéicos com atividade inseticida. Apesar do amplo uso B. thuringiensis no controle biológico, há poucos trabalhos publicados quanto a sua multiplicação, esporulação e produção de cristais, visto que muitas informações são segredos industriais. Esta revisão teve por objetivo reunir informações gerais sobre B. thuringiensis, bem como quanto sua produção em meios de cultivo.

Bacillus thuringiensis: general characteristics and fermentation / Bacillus thuringiensis: características gerais e fermentação

The insect control is carried out mostly by chemical products, whose cumulative effects cause serious losses to environmental and human health, highlighting rapid selection of resistant insects. Biological control by entomopathogenic bacteria is an efficient alternative, mainly due to high specificity, absence of resistance in the target insects and low environment residual effect. Bacillus thuringiensis is a Gram-positive spore-forming bacterium that produces a parasporal crystal protein toxic for many insect species. Despite the widespread use of B. thuringiensis based products in biological control of insects, there are little studies about its multiplication, sporulation and crystal production, as so many trade secrets information. This revision was aimed at gathering general information about B. thuringiensis, as well as its production in culture media.

O controle de insetos é realizado, em sua maioria, por produtos químicos; cujos efeitos cumulativos ocasionam grandes prejuízos ambientais e à saúde humana, destacando-se ainda a rápida seleção de insetos resistentes. O controle biológico por entomopatógenos é uma alternativa eficiente, principalmente devido a sua alta especificidade, ausência de resistência nos insetos alvos e baixo efeito residual no ambiente. Bacillus thuringiensis é uma bactéria Gram-positiva esporulante, produtora de cristais protéicos com atividade inseticida. Apesar do amplo uso B. thuringiensis no controle biológico, há poucos trabalhos publicados quanto a sua multiplicação, esporulação e produção de cristais, visto que muitas informações são segredos industriais. Esta revisão teve por objetivo reunir informações gerais sobre B. thuringiensis, bem como quanto sua produção em meios de cultivo.

Characterization and selection of Bacillus thuringiensis isolates effective against Sitophilus oryzae

The entomopathogenic bacterium Bacillus thuringiensis is a control agent with toxic and environmental characteristics that allows the control of pest insects according to the Integrate Pest Management (IPM) precepts. In order to find new strains, potentially toxic to Sitophilus oryzae L. 1763 (Coleoptera: Curculinidae), 1.073 strains of B. thuringiensis from parts of Brazil were used. Genetic material was extracted with InstaGene Matrix kit, used for the amplification of sequences in Polymerase chain reaction (PCR), and viewed in 1.5% agarose gel. The gene cry35Ba class was represented by 60 B. thuringiensis isolates (5.6%), which were then subjected to bioassays with S. oryzae larvae. Among the isolates studied, four caused more than 50% mortality in pathogenicity tests, and the isolates 544 and 622 were the most virulent, as determined by CL50 estimates. The four toxic isolates had spherical, bi-pyramidal and cuboid crystals, and a 44-kDa protein was found in sodium dodecyl sulphate - polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), which coded for the product of cry35Ba genes. These data demonstrate the potential of B. thuringiensis for the management of S. oryzae larvae.

A bactéria entomopatogênica Bacillus thuringiensis (Bt) é um agente de controle com características tóxicas e ambientais que permitem o controle de insetos-praga de acordo com as premissas do Manejo integrado de pragas (MIP). Com o objetivo de buscar novas linhagens potencialmente tóxicas para Sitophilus oryzae L. 1763 (Coleoptera: Curculinidae), caracterizaram-se molecularmente 1,073 isolados de B. thuringiensis de regiões do Brasil. O material genético foi extraído através do kit InstaGene Matrix, utilizado para a amplificação das seqüências através da técnica de Polymerase chain reaction PCR, sendo os resultados visualizados em gel de agarose 1,5%. A classe do gene cry35Ba foi representada por 60 isolados (5,6%) de Bt, os quais foram submetidos a bioensaio com larvas de S. oryzae. Quatro causaram mortalidade acima de 50% nos testes de patogenicidade e os isolados 544 e 622 foram os mais virulentos, conforme determinado pela estimativa da CL50. Nos quatro isolados que demonstraram toxicidade, foram detectados cristais esféricos, bipiramidais e cubóides, além de proteínas com 44 kDa, referentes aos genes cry35Ba por Sodium dodecil sulphate - polyacrilamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Estes dados demonstram o potencial de Bt no manejo de S. oryzae.

Efeito Associado de Genótipo de Tomateiro Resistente e Bacillus thuringiensis var. kurstaki Sobre o Desenvolvimento de Tuta absoluta Meyrick (Lep. Gelechiidae) / Associated Effect Between Tomato Resistant Genotype and Bacillus thuringiensis var. kurstaki on the Development of Tuta absoluta Meyrick (Lep. Gelechiidae)

The objective of this study was to survey the possible alterations on the development of Tuta absoluta (Meyrick) larvae fed on leaves of Lycopersicon hirsutum f. glabratum, PI 134417 - resistant to this insect and L. esculentum, 'Santa Clara' - susceptible, treated with formulation of Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Btk). In order to obtain larvae in the different instars used in these experiments, neonate larvae were reared on the tested Lycopersicon plants until the desired instar. For each larval ages (unfed neonate, 1st, 2nd, 3rd, and 4th instars), were made a separate bioassays in which larvae fed on tomato leaves of the two genotypes + Btk. Larval developmental time was delayed and larval survival was reduced by both resistant tomato and Btk treatment. There was a significant interaction between these treatments for larval development time when 3rd instar larvae fed on Btk-treated leaves and for larval survival, when 4th instar larvae fed on Btk-treated leaves. The pupal weight was affected more drastically by the genotype that for the pathogen. The application of Btk on tomato genotypes insect resistant/susceptible increased the efficiency of the control of T. absoluta wich depended on the age of larvae and was larger in the first two instares.

O objetivo do trabalho foi avaliar as possíveis alterações no desenvolvimento de Tuta absoluta (Meyrick) alimentada com folhas de Lycopersicon hirsutum f. glabratum, PI 134417 - resistente ao inseto e L. esculentum, 'Santa Clara' - suscetível, tratadas com formulação de Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Btk). Para se obter insetos nos diferentes ínstares testados, lagartas recém-eclodidas foram criadas nas plantas de Lycopersicon testadas até o ínstar desejado. Para cada uma das idades larvais (lagartas recém-eclodidas (não alimentadas), 1°, 2°, 3° e 4° ínstares) foram realizados experimentos nos quais as lagartas foram alimentadas com folhas dos dois genótipos + Btk. A duração da fase larval foi alongada e a sobrevivência reduzida, tanto pelo genótipo resistente como pelo patógeno. Ocorreu interação entre os tratamentos para duração, quando lagartas no 3° ínstar foram alimentadas com folhas tratadas com Btk e para a sobrevivência, quando lagartas no 4° ínstar se alimentaram com folhas tratadas. O peso de pupas foi afetado mais drasticamente pelo genótipo que pelo entomopatógeno. A aplicação de Btk em genótipos de tomateiro resistentes/suscetíveis aumentou a eficiência de controle de T. absoluta, que foi dependente da idade das lagartas e maior nos dois primeiros ínstares.