Caracterização da patogenicidade de nematóides entomopatogênicos e de bactérias associadas para o controle biológico de SPODOPTERA FRUGIPERDA (LEPIDOPTERA: NOCTUIDAE)

Abstract

Nematóides entomopatogênicos (NEPS) e bactérias simbiontes representam uma das estratégias não-químicas mais bem sucedidas para o controle de insetos. Os juvenis infectivos dos nematóides Heterorhabditis sp. e Steinernema sp. buscam o hospedeiro no solo, o penetram através de aberturas naturais e rapidamente matam o inseto pela liberação, na hemocele, de bactérias entomopatogênicas dos gêneros Photorhabdus sp. e Xenorhabdus sp., respectivamente. A lagarta militar, Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) é uma das principais pragas da cultura do milho (Zea mays) no Brasil e os danos provocados pelo inseto reduzem o rendimento da cultura em até 39% e perdas de 500 milhões de dólares anuais. Isolados nativos de nematóides entomopatogênicos ativos contra S. frugiperda representam uma alternativa promissora ao uso intensivo de inseticidas químicos para o controle da lagarta-militar nas plantações de milho. Este estudo caracterizou a patogenicidade de oito isolados NEPs de incidência regional (denominados NEPETs) para o controle da praga em estádios associados ao solo. Os testes foram realizados com larvas de último ínstar (in vitro) e na fase de pré-pupa (in vitro e no solo). Os dados indicam que os percentuais de mortalidade mais elevados, tanto para lagartas como para pré-pupas, foram produzidos por isolados da família Heterorhabditidae. Estes isolados também foram os que produziram maior número de juvenis infectivos/larva mostrando a capacidade de multiplicação de NEPETs neste hospedeiro. As bactérias simbióticas associada aos nematóides entomopatogênicos foram isoladas, caracterizadas por testes bioquímicos e classificadas com base no seqüenciamento do 16S rDNA. Os isolados bacterianos, identificados como Photorhabdus e Xenorhabdus, quando injetados na hemocele de S. frugiperda produziram altos níveis de letalidade particularmente aqueles obtidos a partir dos nematóides da família Heterorhabditidae. Também avaliou-se a produção de urease de quatro bactérias entomopatogênicas, duas Photorhabdus e duas Xenorhabdus, in vitro e ao longo da infecção promovida pela injeção de bactérias. O padrão de produção de urease in vitro seguiu a curva de crescimento bacteriano e houve acúmulo da enzima na fase estacionária. Os dados sugerem uma correlação positiva entre a produção de urease pela bactéria e os efeitos entomopatogênicos sobre as lagartas. Há correlação direta entre a atividade específica alcançada por ureases ácidas na fase estacionária e mortalidade induzida por bactérias injetadas em lagartas de S. frugiperda.

Entomopathogenic nematodes (EPNs) and symbiotic bacteria represent one of the best non-chemical strategies for insect control. Infective juveniles of Heterorhabditis sp. and Steinernema sp. nematodes actively seek the host in the soil, penetrating through insect’s natural openings to reach the hemocoel where symbiotic bacteria Photorhabdus sp. and Xenorhabdus sp., respectively, are released and rapidly kill the insect host. The fall armyworm Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) is one of the major insect pests in corn (Zea mays) crops in Brazil, with infestations resulting in reduction up to 39% yield and losses amounting US$ 500 millions annually. Native strains of entomopathogenic nematodes active against S. frugiperda represent a promising alternative to the intensive use of chemical insecticides to control fall armyworm population in corn plantations. This study characterized the pathogenicity of eight EPNs isolates of regional incidence (denominated NEPETs) in stages where pest is associated to the soil. Tests were conducted with last instar larvae (in vitro) and in prepupae stage (in vitro and in soil). Data indicate that the highest mortality percentages, either for worms or prepupae, were produced by isolates of the Heterorhabditidae family. These isolates were also the ones that produced higher amounts of IJs/larvae showing the multiplication capacity of NEPETs on the host insect. Symbiotic bacteria associated to the entomopathogenic nematodes were successfully isolated and classified taxonomically both by phenotypic-biochemical criteria and sequencing of 16S rDNA. Isolated bacteria, identified as Photorhabdus and Xenorhabdus, injected into S. frugiperda hemocoel produced high levels of lethality particularly those from Heterorhabditidae family. We also studied the urease production of four entomopathogenic bacteria, two Photorhabdus and two Xenorhabdus, both in vitro and during the course of infection caused by injection of the bacteria. The pattern of urease production in vitro followed the bacteria growth curve accumulating in high levels towards the stationary phase. The data suggest a positive correlation between urease production by the bacteria and their entomopathogenic effect. There is direct correlation between the specific activity reached by acidic ureases at the stationary phase and mortality induced by injecting bacteria into S. frugiperda larvae.