Bacterial Community of the Rice Floodwater Using Cultivation-Independent Approaches.

In agricultural systems, interactions between plants and microorganisms are important to maintaining production and profitability. In this study, bacterial communities in floodwaters of rice fields were monitored during the vegetative and reproductive stages of rice plant development using 16S amplicon sequencing. The study was conducted in the south of Brazil, during the crop years 2011/12 and 2012/13. Comparative analyses showed strong differences between the communities of floodwaters associated with the two developmental stages. During the vegetative stage, 1551 operational taxonomic units (OTUs) were detected, while less than half that number (603) were identified in the reproductive stage. The higher bacterial richness observed in floodwater collected during the vegetative stage may have been favored by the higher concentration of nutrients, such as potassium, due to rhizodeposition and fertilizer application. Eighteen bacterial phyla were identified in both samples. Both communities were dominated by Gammaproteobacteria. In the vegetative stage, Alphaproteobacteria and Betaproteobacteria were more abundant and, in contrast, Bacilli and Clostridia were the more dominant classes in the reproductive stage. The major bacterial taxa identified have been previously identified as important colonizers of rice fields. The richness and composition of bacterial communities over cultivation time may contribute to the sustainability of the crop.

In vitro effect of Bacillus thuringiensis strains and Cry proteins in phytopathogenic fungi of paddy rice-field

Cry1Ab and Cry1Ac strains and proteins synthesized by Bacillus thuringiensis thuringiensis and B. thuringiensis kurstaki were assessed in the following phytopathogens: Rhizoctonia solani,Pyricularia grisea,Fusarium oxysporum and F. solani, which had their micelial growth decreased after incubation in the presence of the bacterial strains. As to Cry proteins, there were no inhibition halo development in the assessed concentrations.

As cepas e proteínas Cry1Ab e Cry1Ac sintetizadas por Bacillus thuringiensis thuringiensis e B. thuringiensis kurstaki, foram avaliadas nos fitopatógenos: Rhizoctonia solani,Pyricularia grisea,Fusarium oxysporum e F. solani, os quais tiveram seu crescimento micelial reduzido após a incubação na presença das cepas bacterianas. Em relação às proteínas Cry, não houve formação de halo de inibição nas concentrações avaliadas.

Histopatologia de lagartas de Spodoptera frugiperda (Lep., Noctuidae) infectadas por Bacillus thuringiensis aizawai e com ovos de Campoletis flavicincta (Hym., Ichneumonidae)

Spodoptera frugiperda (J. E. Smith, 1797) (Lepidoptera, Noctuidae) is one of the most important insect pests that affect several crops, and it can be controled with Bacillus thuringiensis Berliner, 1911 (Bt) products. One of the main parasitoids of S. frugiperda is Campoletis flavicincta (Ashmead, 1890) (Hymenoptera, Ichneumonidae). The interaction between Bt aizawai and C. flavicincta by histopathological analysis of the egg of parasitoid in S. frugiperda infected larvae was evaluated. Groups of second instar larvae were analyzed: 1) parasitized and infected by Bt aizawai (Xentari /Abbott Laboratórios do Brasil Ltda) at 0.5mg ml-1 and 2) only parasitized by C. flavicincta (control). All the larvae were fixed in "Bouin Hollande", at intervals of 6, 12 and 24 hours after the infection. After the preparation of the larvae in paraffin blocks, histological cuts of 6µm thickness were made. The histological analysis of parasitized and infected larvae indicated no alteration in the egg of the parasitoid, as a result of the action of the bacillus. This result suggests that eggs of C. flavicincta are not affected by Bt aizawai inside of the body of larvae of S. frugiperda.

Spodoptera frugiperda (J. E. Smith, 1797) (Lepidoptera, Noctuidae) está entre os insetos-praga que mais danificam culturas, sendo possível seu controle com produtos à base de Bacillus thuringiensis Berliner, 1911 (Bt). Um dos principais parasitóides de S. frugiperda é Campoletis flavicincta (Ashmead, 1890) (Hymenoptera, Ichneumonidae). A interação de Bt aizawai e de C. flavicincta através da análise histopatológica do ovo do parasitóide em lagartas de S. frugiperda infectadas foi avaliada. Lotes de lagartas de segundo ínstar foram analisados: 1) parasitadas e infectadas por Bt aizawai (Xentari/Abbott Laboratórios do Brasil Ltda) a 0,5mg ml-1 e 2) apenas parasitadas por C. flavicincta (controle). Todas as lagartas foram fixadas em "Bouin Hollande", em intervalos de 6, 12 e 24 horas posteriores à infecção. Após o preparo das lagartas em blocos de parafina, foram efetuados cortes histológicos de 6µm de espessura. A análise histológica de lagartas parasitadas e infectadas indicou não ter havido alteração no ovo do parasitóide, resultante da ação do bacilo. Esse resultado indica que ovos de C. flavicincta não são afetados por Bt aizawai no interior do corpo de lagartas de S. frugiperda.

Histopatologia de lagartas de Spodoptera frugiperda (Lep., Noctuidae) infectadas por Bacillus thuringiensis aizawai e com ovos de Campoletis flavicincta (Hym., Ichneumonidae)

Spodoptera frugiperda (J. E. Smith, 1797) (Lepidoptera, Noctuidae) is one of the most important insect pests that affect several crops, and it can be controled with Bacillus thuringiensis Berliner, 1911 (Bt) products. One of the main parasitoids of S. frugiperda is Campoletis flavicincta (Ashmead, 1890) (Hymenoptera, Ichneumonidae). The interaction between Bt aizawai and C. flavicincta by histopathological analysis of the egg of parasitoid in S. frugiperda infected larvae was evaluated. Groups of second instar larvae were analyzed: 1) parasitized and infected by Bt aizawai (Xentari /Abbott Laboratórios do Brasil Ltda) at 0.5mg ml-1 and 2) only parasitized by C. flavicincta (control). All the larvae were fixed in "Bouin Hollande", at intervals of 6, 12 and 24 hours after the infection. After the preparation of the larvae in paraffin blocks, histological cuts of 6µm thickness were made. The histological analysis of parasitized and infected larvae indicated no alteration in the egg of the parasitoid, as a result of the action of the bacillus. This result suggests that eggs of C. flavicincta are not affected by Bt aizawai inside of the body of larvae of S. frugiperda.

Spodoptera frugiperda (J. E. Smith, 1797) (Lepidoptera, Noctuidae) está entre os insetos-praga que mais danificam culturas, sendo possível seu controle com produtos à base de Bacillus thuringiensis Berliner, 1911 (Bt). Um dos principais parasitóides de S. frugiperda é Campoletis flavicincta (Ashmead, 1890) (Hymenoptera, Ichneumonidae). A interação de Bt aizawai e de C. flavicincta através da análise histopatológica do ovo do parasitóide em lagartas de S. frugiperda infectadas foi avaliada. Lotes de lagartas de segundo ínstar foram analisados: 1) parasitadas e infectadas por Bt aizawai (Xentari/Abbott Laboratórios do Brasil Ltda) a 0,5mg ml-1 e 2) apenas parasitadas por C. flavicincta (controle). Todas as lagartas foram fixadas em "Bouin Hollande", em intervalos de 6, 12 e 24 horas posteriores à infecção. Após o preparo das lagartas em blocos de parafina, foram efetuados cortes histológicos de 6µm de espessura. A análise histológica de lagartas parasitadas e infectadas indicou não ter havido alteração no ovo do parasitóide, resultante da ação do bacilo. Esse resultado indica que ovos de C. flavicincta não são afetados por Bt aizawai no interior do corpo de lagartas de S. frugiperda.

Bacterial diversity in rice-field water in Rio Grande do Sul

Bacteria are the most diverse living beings on earth and only a fraction of them have been identified. This paper aims at the analysis of the diversity of mesophilic and heterotrophic bacteria found in samples of irrigation water from rice-fields areas in Rio Grande do Sul State, Brazil. Sample collection was carried out in five rice crop regions areas and followed by isolation, multiplication and bacterial characterization. The species' identification was based on biochemical tests (API-System, bioMérieux). Bacterial diversity was determined by the Shannon & Weaner and Pielou index. The results regarding bacterial diversity revealed 26 species. The most abundant representatives belonged to the Bacillus, Corynebacterium, Staphylococcus and Lactobacillus genera, homogeneously distributed in all studied rice crop areas, and in those areas corresponding to the irrigation channel and the rice growing plot as well. The water of the irrigation channel showed the greatest diversity (H'= 1.00) when compared to the plot (H'= 0.77). The channel also presented a more even species distribution (e = 0.73), while the plot (e = 0.59) had the greatest prevalence represented by the Bacillus genus. The areas and the cultivation phases did not significantly affect the bacterial diversity in the study areas (F4,12=1.04; P>0.05). The results showed that culture management could affect water bacterial populations.

As bactérias são as mais diversas formas de vida na terra e somente uma fração dessas espécies têm sido identificadas. Esse trabalho objetivou a análise da diversidade de bactérias mesófilas, heterotróficas presentes em amostras de água de irrigação de lavouras de arroz do Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. As amostras foram coletadas em cinco regiões produtoras de arroz, sendo em seguida o isolamento, a multiplicação e a caracterização bacteriana. A identificação das espécies foi baseada em testes bioquímicos (Sistema API, bioMérieux). A diversidade bacteriana foi determinada pelo índice de Shannon & Weaner e Pielou. Os resultados obtidos quanto a diversidade de bactérias revelaram 26 espécies. Representantes dos gêneros Bacillus, Corynebacterium, Staphylococcus e Lactobacillus foram os mais abundantes com uma distribuição homogênea em todas as regiões orizícolas estudadas, assim como nas áreas correspondentes ao canal de irrigação e a parcela de cultivo do arroz. A água do canal de irrigação apresentou maior diversidade (H'= 1,00) quando comparada à parcela (H' = 0,77). O canal também apresentou uma distribuição mais uniforme das espécies (e = 0,73) enquanto a parcela (e = 0,59) teve a maior dominância que foi representada pelo gênero Bacillus. As regiões e as fases da cultura não influenciaram significativamente à diversidade bacteriana nas áreas de estudo (F4,12=1,04; P>0,05). Os resultados revelam que o manejo da cultura pode influenciar nas populações bacterianas da água.

Histopathology of Anticarsia gemmatalis Hübner (Lepidoptera; Noctuidae) treated with Nucleopolyhedrovirus and Bacillus thuringiensis serovar kurstaki

The Anticarsia gemmatalis is responsible for the use of chemical insecticides in the soybean culture, causing a significant increase in the costs of farming and a great unbalance in the ecosystem. The use of microbial agents, like Bacillus thuringiensis serovar kurstaki (Btk) and Anticarsia gemmatalis nucleopolyhedrovirus (AgNPV), they are an alternative to chemical control of the pest insects. In the interaction analysis of the entomopathogenic bacteria and virus it is considered important the in vitro action mode of these microbiology control agents. Therefore, the present study aims the histopathological analysis of the A. gemmatalis larvae digestive system after the interaction in vivo of the entomopathogenic Btk and AgNPV, represented the Dipel and Baculovirus anticarsia formulations, respectively. The evaluations were realized in larvae of 2nd instar, in which the mortality was evaluated daily, and a histopathology was done with collected larvae in time of 1, 3, 6, 12 and 24 hours after the treatments application. The results of the in vivo assays reveal that the treatment using the association of AgNPV-Btk (98.68% of mortality) was more efficient than using AgNPV isolatedly (81.28% of mortality), but the Btk when used isolatedly had a mortality of 100%. The treatments showed significant (P 0.05) differences between AgNPV and Btk,AgNPV and AgNPV/Btk. The histopathological analysis of the AgNPV and Btk in A. gemmatalis larvae suggests that the Dipel and Baculovirus anticarsia products were more efficient when they were used simultaneously, because the action of AgNPV was intensified when used in association with Btk, causing changes in the larvae midgut after 6 hours of treatments. When the entomopathogens were used isolating the gut cells alterations were observed only 12 hours after the treatments.

A Anticarsia gemmatalis é responsável pelo uso de inseticidas químicos na cultura da soja, ocasionando um significativo aumento nos custos das lavouras e um grande desequilíbrio no ecossistema. O uso de agentes microbianos, como Bacillus thuringiensis sorovar kurstaki (Btk) e Vírus de Poliedrose Nuclear de Anticarsia gemmatalis (VPNAg), é uma alternativa para o controle químico de insetos-praga. Na análise da interação de bactérias e vírus entomopatogênicos, considera-se importante o modo de ação in vitro desses agentes de controle microbiano. Assim, o presente trabalho objetiva a análise histopatológica do sistema digestivo das lagartas de A. gemmatalis, após a interação dos entomopatógenos Btk e VPNAg, representados nas formulações Dipel e Baculovirus anticarsia, respectivamente. As avaliações foram realizadas com lagartas de 2º ínstar, onde a mortalidade foi avaliada diariamente, e a histopatologia foi realizada com lagartas coletadas nos períodos de 1, 3, 6, 12 e 24 horas após a aplicação dos tratamentos. Os resultados dos ensaios in vivo, revelam que o tratamento referente à associação VPNAg/Btk (98.68% de mortalidade) foi mais eficiente que VPNAg (81.28% de mortalidade) isoladamente, porém o Btk isoladamente causou 100% de mortalidade. Os tratamentos mostraram diferenças significativas (P 0,05) entre AgNPV e Btk,AgNPV e AgNPV/Btk. As análises de patogenicidade do VPNAg e Btk em lagartas de A. gemmatalis sugerem que os produtos Dipel e Baculovirus anticarsia foram mais eficientes, quando utilizados simultaneamente, pois a ação do VPNAg foi intensificada quando utilizada em associação com Btk, provocando alterações no intestino médio das lagartas a partir de 6 horas após os tratamentos. Quando os entomopatógenos foram utilizados isoladamente, as alterações das células intestinais foram observadas apenas 12 horas após a aplicação dos tratamentos.

Ocorrência de parasitóides de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith)(Lep., Noctuidae) em lavouras de milho em Cachoeirinha, RS

Rio Grande do Sul State is one of the greatest maize producers of the country, however, little is known in terms of the main natural enemies associated to insect pests in this crop. The objective of this work was to survey parasitoids of fall-armyworm, Spodoptera frugiperda. Samplings in maize areas of the Instituto Riograndense do Arroz (IRGA) were conducted in Cachoeirinha, RS, during the growth seasons of 1999/2000 and 2000/2001. Insect larvae were collected weekly, during the crop cycle. Larvae were individualized and kept in laboratory until emergence of adults or parasitoids. In the first and second crop seasons, 1425 and 518 larvae were collected, respectively. Out of these, 18.11% and 22.01% were parasitized, with the following parasitoids being observed: Chelonus sp., Cotesia sp. and Exaticolus sp. (Hym., Braconidae), Campoletis flavicincta and Ophion sp. (Hym., Ichneumonidae), and Archytas incertus and Lespesia archippivora (Dip., Tachinidae). There was predominance of C. flavicincta, corresponding to 63.57% and 76.32% of the parasitoids, respectively, for the first and second seasons. In C. flavicincta hiperparasitism occurred by Conura sp. (Chalcididae) and Aphanogmus sp. (Ceraphronidae).

O Rio Grande do Sul é um dos maiores produtores de milho do país, porém pouco se conhece em termos de inimigos naturais dos principais insetos-praga da cultura. O objetivo do presente trabalho foi realizar um levantamento dos parasitóides da lagarta-do-cartucho do milho, Spodoptera frugiperda. Para tanto, foram efetuadas amostragens em áreas de lavouras de milho do Instituto Riograndense do Arroz (IRGA), em Cachoeirinha, RS, nos anos agrícolas 1999/2000 e 2000/2001. A coleta dos insetos foi realizada semanalmente, durante o ciclo da cultura. As lagartas foram individualizadas e mantidas em laboratório até a emergência dos adultos ou dos parasitóides. Foram coletadas 1425 lagartas no primeiro período de amostragens e 518 no segundo. Destas, 18,11% e 22,01% encontravam-se parasitadas, com a presença dos seguintes parasitóides: Chelonus sp., Cotesia sp. e Exaticolus sp. (Hym., Braconidae), Campoletis flavicincta e Ophion sp. (Hym., Ichneumonidae) e Archytas incertus e Lespesia archippivora (Dip., Tachinidae). Houve predomínio de C. flavicincta, correspondendo a 63,57% e 76,32% dos parasitóides, respectivamente para o primeiro e segundo período de amostragens. Em C. flavicincta, ocorreu hiperparasitismo por Conura sp. (Chalcididae) e Aphanogmus sp. (Ceraphronidae).

Ocorrência de parasitóides de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith)(Lep., Noctuidae) em lavouras de milho em Cachoeirinha, RS

Rio Grande do Sul State is one of the greatest maize producers of the country, however, little is known in terms of the main natural enemies associated to insect pests in this crop. The objective of this work was to survey parasitoids of fall-armyworm, Spodoptera frugiperda. Samplings in maize areas of the Instituto Riograndense do Arroz (IRGA) were conducted in Cachoeirinha, RS, during the growth seasons of 1999/2000 and 2000/2001. Insect larvae were collected weekly, during the crop cycle. Larvae were individualized and kept in laboratory until emergence of adults or parasitoids. In the first and second crop seasons, 1425 and 518 larvae were collected, respectively. Out of these, 18.11% and 22.01% were parasitized, with the following parasitoids being observed: Chelonus sp., Cotesia sp. and Exaticolus sp. (Hym., Braconidae), Campoletis flavicincta and Ophion sp. (Hym., Ichneumonidae), and Archytas incertus and Lespesia archippivora (Dip., Tachinidae). There was predominance of C. flavicincta, corresponding to 63.57% and 76.32% of the parasitoids, respectively, for the first and second seasons. In C. flavicincta hiperparasitism occurred by Conura sp. (Chalcididae) and Aphanogmus sp. (Ceraphronidae).

O Rio Grande do Sul é um dos maiores produtores de milho do país, porém pouco se conhece em termos de inimigos naturais dos principais insetos-praga da cultura. O objetivo do presente trabalho foi realizar um levantamento dos parasitóides da lagarta-do-cartucho do milho, Spodoptera frugiperda. Para tanto, foram efetuadas amostragens em áreas de lavouras de milho do Instituto Riograndense do Arroz (IRGA), em Cachoeirinha, RS, nos anos agrícolas 1999/2000 e 2000/2001. A coleta dos insetos foi realizada semanalmente, durante o ciclo da cultura. As lagartas foram individualizadas e mantidas em laboratório até a emergência dos adultos ou dos parasitóides. Foram coletadas 1425 lagartas no primeiro período de amostragens e 518 no segundo. Destas, 18,11% e 22,01% encontravam-se parasitadas, com a presença dos seguintes parasitóides: Chelonus sp., Cotesia sp. e Exaticolus sp. (Hym., Braconidae), Campoletis flavicincta e Ophion sp. (Hym., Ichneumonidae) e Archytas incertus e Lespesia archippivora (Dip., Tachinidae). Houve predomínio de C. flavicincta, correspondendo a 63,57% e 76,32% dos parasitóides, respectivamente para o primeiro e segundo período de amostragens. Em C. flavicincta, ocorreu hiperparasitismo por Conura sp. (Chalcididae) e Aphanogmus sp. (Ceraphronidae).

PCR and bioassays screening of Bacillus thuringiensis isolates from rice-fields of Rio Grande do Sul, specific to lepidopterans and coleopterans

Bacillus thuringiensis (Bt) isolates from soil samples of rice-fields in Rio Grande do Sul (RS) were tested through PCR, aiming at the screening of six groups of Bt cry genes, which codify active proteins for coleopterans and lepidopterans rice pests, and their bioinsecticide potential regarding their use in IPM system, as well. Forty six Bt isolates were grown in Agar Nutrient for 12 h and submitted to total DNA extraction. The amplified fragments were analyzed in agarose gel (1-1.5%). The screening isolates showed that 56.51% were potentially lepidopterans specific (cry1, cry2 and cry9) and 21.73% were coleopteran specific (cry3 and cry7/8), with a homogeneous distribution in the rice-field areas in Rio Grande do Sul. Cry2 genes were found just once and in the Litoral area. Bioassays against Spodoptera frugiperda larvae showed the highest corrected mortality (25%) with Bt 2027-1 isolate selected by the presence of cry9 genes. The toxicity bioassays carried out with S. frugiperda using purified proteins of Bt aizawai HD68 indicated a LD50 of 0.95 µg/larvae. Two Bt isolates carrying the cry3 genes (PCR detection) caused a 100% mortality to Oryzophagus oryzae larvae. Bioassay results confirmed the prediction of Bt activity by PCR, which must have a straight relationship with the cry genes that codify those specific insecticidal proteins.

Visando a seleção de seis grupos de genes cry de Bacillus thuringiensis (Bt), que codificam proteínas ativas para coleópteros e lepidópteros pragas do arroz, 46 isolados de Bt provenientes de amostras de solos das regiões orizícolas do Rio Grande do Sul (RS), foram testados por PCR. Os isolados de Bt foram crescidos em Ágar Nutriente durante 12 h e submetidos a extração de DNA total. Os fragmentos amplificados foram analisados em géis de agarose (1-1,5%). Os resultados referentes ao total de isolados selecionados mostraram que 56,51% foram potencialmente específicos a lepidópteros (cry1, cry2 e cry9) e 21,73% a coleópteros (cry3 e cry7/8), tendo sua distribuição homogênea entre as regiões orizícolas do RS. Apenas os genes cry2 foram localizados somente na região Litoral. Nos bioensaios com lagartas de Spodoptera frugiperda o isolado Bt 2027-1 obteve a maior mortalidade corrigida (25%), o qual havia sido pré-selecionado pela presença de genes cry9. Para a mesma espécie, os testes de toxicidade através de proteínas purificadas de Bt aizawai HD68 revelaram uma DL50 de 0,95 mg/larva. Dois isolados de Bt causaram 100% de mortalidade às larvas de Oryzophagus oryzae, tendo esses sido pré-selecionados pela presença de genes cry3. Os resultados dos bioensaios confirmam a predição da atividade de Bt por PCR, a qual deve estar diretamente relacionada aos genes cry que codificam as proteínas inseticidas específicas.

Genes de Bacillus thuringiensis: uma estratégia para conferir resistência a insetos em plantas

Insect pests are a major worldwide cause of damage to agriculture. The control of insect pests was primarily relied on agrochemical and, in a much smaller scale, on biological insecticides. Insect-resistant transgenic plants represent a new alternative to the protection of crops against insect pests. The entomopathogenic bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) is the source of resistance genes for the commercial production of the so called Bt-plants. In this review, the main features of Bt as source of resistance genes will be described as well as the main aspects of insect-resistant transgenic plants and advantages of using Bt-plants.

Os insetos constituem uma das principais causas de danos à produção agrícola no mundo. O controle de insetos tem sido realizado por meio de agroquímicos e, em muito menor escala, pelo emprego de inseticidas biológicos. As plantas transgênicas resistentes a insetos representam uma nova alternativa no combate aos insetos-praga das lavouras. A bactéria entomopatogênica Bacillus thuringiensis Berlinier (Bt) é a fonte dos genes de resistência nas chamadas plantas-Bt, produzidas comercialmente. No presente trabalho de revisão, são abordados os aspectos relacionados à bactéria Bt como fonte de genes de resistência a insetos-pragas, plantas geneticamente modificadas, vantagens do uso de plantas-Bt, bem como perspectivas dessa ferramenta biotecnológica.

Distribuição de genes cry de Bacillus thuringiensis isolados de solos do Estado do Rio Grande do Sul, Brasil

The Bacillus thuringiensis (Bt) bacterium is characterized by the production of toxic protein to representatives of several insect orders, which are coded by cry genes. Due to this characteristic, more than 40.000 Bt strains were isolated and around 190 cry genes characterized. As the data on Bt are limited in Rio Grande do Sul, this research aimed the evaluation of the distribution of six Bt families of cry genes, in this state, that codify active proteins against insect-pest. The 46 isolates profiles of soil samples from Rio Grande do Sul were evaluated, by PCR with primers that detect cry1, cry2, cry3, cry7, cry8 and cry9 genes, and its respective proteins were analyzed by SDS-PAGE 10%. The presence of cry9 genes were detected in 47.82% of the isolates, followed by cry3 (15.21%), cry1 and cry7 (both with 6.52%) and cry2 (2.17%). Eight genetic profiles were identified, being the profile cry9 (39.13%) the most frequent one. The Bt proteic analysis identified 14 families of Cry protein that are possibly coded by the genes in these isolates, besides the unknown proteins that can characterize new cry genes. These isolates reveal the presence of genes that codify specific proteins against lepidopterans and coleopterans, which can be evaluated for its in vivo toxicity against insect-pest of the cultivated plants.

A bactéria Bacillus thuringiensis (Bt) caracteriza-se pela produção de proteínas tóxicas a representantes de diversas ordens de insetos, as quais são codificadas por genes cry. Devido a esta característica, mais de 40.000 cepas de Bt foram isoladas e cerca de 190 genes cry, caracterizados. Como os dados sobre Bt são limitados no Rio Grande do Sul, essa pesquisa objetivou avaliar a distribuição de seis famílias de genes cry de Bt, desse estado, que codificam proteínas ativas contra insetos-praga. O perfil dos 46 isolados de solos do Rio Grande do Sul foi avaliado, por PCR com os primers que detectam os genes cry1, cry2, cry3, cry7 cry8 e cry9 e suas respectivas proteínas foram analisadas por SDS-PAGE a 10%. A presença de genes cry9 foi detectada em 47,82% dos isolados, seguido de cry3 (15,21%), cry1 e cry7 (ambos com 6,52%) e cry2 (2,17%). Oito perfis genéticos foram identificados, sendo o perfil cry9 (39,13%) o mais freqüente. A análise protéica de Bt identificou 14 famílias de proteínas Cry possivelmente codificadas por genes presentes nos isolados, além de proteínas desconhecidas que podem caracterizar novos genes cry. Esses isolados revelam a presença de genes que codificam proteínas específicas contra lepidópteros e coleópteros, as quais poderão ser avaliadas quanto à toxicidade in vivo contra insetos-praga das plantas cultivadas.

Distribuição de genes cry de Bacillus thuringiensis isolados de solos do Estado do Rio Grande do Sul, Brasil

The Bacillus thuringiensis (Bt) bacterium is characterized by the production of toxic protein to representatives of several insect orders, which are coded by cry genes. Due to this characteristic, more than 40.000 Bt strains were isolated and around 190 cry genes characterized. As the data on Bt are limited in Rio Grande do Sul, this research aimed the evaluation of the distribution of six Bt families of cry genes, in this state, that codify active proteins against insect-pest. The 46 isolates profiles of soil samples from Rio Grande do Sul were evaluated, by PCR with primers that detect cry1, cry2, cry3, cry7, cry8 and cry9 genes, and its respective proteins were analyzed by SDS-PAGE 10%. The presence of cry9 genes were detected in 47.82% of the isolates, followed by cry3 (15.21%), cry1 and cry7 (both with 6.52%) and cry2 (2.17%). Eight genetic profiles were identified, being the profile cry9 (39.13%) the most frequent one. The Bt proteic analysis identified 14 families of Cry protein that are possibly coded by the genes in these isolates, besides the unknown proteins that can characterize new cry genes. These isolates reveal the presence of genes that codify specific proteins against lepidopterans and coleopterans, which can be evaluated for its in vivo toxicity against insect-pest of the cultivated plants.

A bactéria Bacillus thuringiensis (Bt) caracteriza-se pela produção de proteínas tóxicas a representantes de diversas ordens de insetos, as quais são codificadas por genes cry. Devido a esta característica, mais de 40.000 cepas de Bt foram isoladas e cerca de 190 genes cry, caracterizados. Como os dados sobre Bt são limitados no Rio Grande do Sul, essa pesquisa objetivou avaliar a distribuição de seis famílias de genes cry de Bt, desse estado, que codificam proteínas ativas contra insetos-praga. O perfil dos 46 isolados de solos do Rio Grande do Sul foi avaliado, por PCR com os primers que detectam os genes cry1, cry2, cry3, cry7 cry8 e cry9 e suas respectivas proteínas foram analisadas por SDS-PAGE a 10%. A presença de genes cry9 foi detectada em 47,82% dos isolados, seguido de cry3 (15,21%), cry1 e cry7 (ambos com 6,52%) e cry2 (2,17%). Oito perfis genéticos foram identificados, sendo o perfil cry9 (39,13%) o mais freqüente. A análise protéica de Bt identificou 14 famílias de proteínas Cry possivelmente codificadas por genes presentes nos isolados, além de proteínas desconhecidas que podem caracterizar novos genes cry. Esses isolados revelam a presença de genes que codificam proteínas específicas contra lepidópteros e coleópteros, as quais poderão ser avaliadas quanto à toxicidade in vivo contra insetos-praga das plantas cultivadas.

Genes de Bacillus thuringiensis: uma estratégia para conferir resistência a insetos em plantas

Insect pests are a major worldwide cause of damage to agriculture. The control of insect pests was primarily relied on agrochemical and, in a much smaller scale, on biological insecticides. Insect-resistant transgenic plants represent a new alternative to the protection of crops against insect pests. The entomopathogenic bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) is the source of resistance genes for the commercial production of the so called Bt-plants. In this review, the main features of Bt as source of resistance genes will be described as well as the main aspects of insect-resistant transgenic plants and advantages of using Bt-plants.

Os insetos constituem uma das principais causas de danos à produção agrícola no mundo. O controle de insetos tem sido realizado por meio de agroquímicos e, em muito menor escala, pelo emprego de inseticidas biológicos. As plantas transgênicas resistentes a insetos representam uma nova alternativa no combate aos insetos-praga das lavouras. A bactéria entomopatogênica Bacillus thuringiensis Berlinier (Bt) é a fonte dos genes de resistência nas chamadas plantas-Bt, produzidas comercialmente. No presente trabalho de revisão, são abordados os aspectos relacionados à bactéria Bt como fonte de genes de resistência a insetos-pragas, plantas geneticamente modificadas, vantagens do uso de plantas-Bt, bem como perspectivas dessa ferramenta biotecnológica.

Detection of cry1 genes in Bacillus thuringiensis isolates from South of Brazil and activity against Aanticarsia gemmatalis (Lepidoptera:Noctuidae)

The bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) is characterized by its ability to produce proteic crystalline inclusions during sporulation. Cry1 protein has insecticidal activity and is highly specific to certain insects and not toxic to unrelated insects, plants or vertebrates. In this work, the patogenicity of twelve Bt isolates was tested against Anticarsia gemmatalis, one of the most important insect pests of soybeans. Spore-crystal complex was applied to the surface of artificial diets and the mortality of A. gemmatalis larvae was assessed seven days after each treatment. When compared to a control Bt isolate known by its high toxicity to A. gemmatalis larvae, four novel Bt isolates exhibited even higher toxic activities against the insect, resulting in more than 90% mortality. PCR was used to amplify DNA fragments related to known cry1 genes. Bt strains with high toxicity produced expected PCR products of around 280 bp, whereas non-toxic or low toxic strains did not produce any PCR product or showed amplified fragments of different sizes. Toxic Bt isolates also exhibited an expected protein profile when total protein extracts were evaluated by SDS-PAGE.

A bactéria Bacillus thuringiensis (Bt) é caracterizada pela sua habilidade de produção de corpos paraesporais durante a esporulação. As proteínas cry1 têm atividade inseticida e são altamente específicas para certos insetos e não são tóxicas para outros insetos, plantas e vertebrados. Neste trabalho, a patogenicidade de doze isolados foram testados contra Anticarsia gemmatalis, um dos mais importantes insetos pragas da cultura da soja. Para tanto, foi aplicada sobre a superfície da dieta uma suspensão de esporo-cristal e a mortalidade de lagartas de Anticarsia gemmatalis foi avaliada sete dias após a aplicação. Quando comparado com uma linhagem de Bt controle, conhecido pela sua alta toxicidade para lagartas da soja, quatro novos isolados exibiram atividade tóxica superior, acima de 90% de mortalidade. Foi utilizada a técnica de PCR para amplificar fragmentos de DNA de regiões codificantes de genes cry1. Os isolados de Bt com alta mortalidade produziram produtos de PCR de tamanho esperado, em torno de 280 pb, isolados não tóxicos ou pouco tóxico não produziram qualquer produto de PCR ou mostraram fragmentos amplificados com padrões diferentes do esperado. Os isolados de Bt com alta atividade contra a lagarta da soja mostraram a presença de proteínas com tamanho de aproximadamente 150 kDa, quando o extrato protéico total foi analisado em SDS-PAGE.

Effectiveness of Bacillus thuringiensis strains against Spodoptera frugiperda (lepidoptera: noctuidae)

The fall armyworm (Spodoptera frugiperda) is one of the most important pests of maize, causing up to 20% production losses when defoliation occurs near to flowering, or even complete destruction of plants. Among the alternatives to control this pest, the use of Bacillus thuringiensis (Bt) has gained attention due to its efficiency and low impact on natural enemies. Strains Bt dendrolimus HD 37, Bt aizawai HD 68, Bt kurstaki HD 73, Bt darmstadiensis HD 146, and Bt thuringiensis 4412 were tested against second instar larvae in in vivo assays. Suspensions of Bt aizawai HD 68 and Bt thuringiensis 4412, containing 3 x 10(8) cells/ml, induced mortality of 100% and 80.4%, respectively. To test virulence, cell concentrations of 8 x 10(5) to 3 x 10(8) cells/ml of strains Bt aizawai HD 68 and Bt thuringiensis 4412 were applied on the second instar larvae: LC50 were 6.7 x 10(6) and 8.6 x 10(6) cells/ml, respectively.