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Introdução
Conceito: Fenômeno natural que consiste na regulação de
animais e plantas por inimigos naturais (agentes
de mortalidade biótica).
Introdução
Oecophylla smaragdina (Hymenoptera: Formicidae)
x
China (século III)
+
Apanteles glomeratus (Hymenoptera: Braconidae)
x
Europa (1602)
Pieris brassicae (Lepidoptera: Pieridae)
Introdução
1º caso de sucesso: Predadores da Austrália controlando pragas na Califórnia Rodolia cardinalis (Coleoptera: Coccinellidae)
Icerya pyrchasi (Hemiptera: Coccoidea)
Introdução
Patologia de insetos: Principal meta é o controle biológico por agentes causadores de doenças, visando a manutenção de pragas a níveis que não causem dano econômico.
2200 AC – Egípcios relatam doenças em abelhas 2000 AC - Chineses e gregos – Doenças no bicho da seda 1664 – Recomendação de macerados de lagartas infectadas para controle
de pragas florestais na Inglaterra 1726 – Isolamento de um fungo do gênero Cordyceps em lepidópteros
Introdução
1834 – Descoberta do agente causal da doença “Muscardine” no Bicho da seda 1879 – Uso de Metarhizium anisopliade contra Anisoplia austriaca (coleoptera: Rutelidae) 1906 – Descoberta do Bacillus thuringiensis Século XX – Descoberta dos vírus entomopatogênicos
Controle biológico
Controle biológico
Inimigos Naturais
Predadores
Parasitoides
Controle Microbiano
Fungos
Bactérias
Vírus
Nematoides
Protozoários
Inimigos Naturais
Predadores
Controle biológico
Potencial de predadores no controle biológico aplicado Algodoeiro Cafeeiro Cana-de-açúcar Cevada Frutíferas Fumo Girassol Hortaliças Milho Soja Sorgo Trigo Pecuária
Primeiros patógenos utilizados no controle microbiano;
A maioria dos fungos entomopatogênicos relatados ocorre no Brasil;
Mais de 50% dos trabalhos publicados com controle microbiano envolvem fungos entomopatogênicos.
Beauveria bassiana
Fungos entomopatogênicos
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Fungos entomopatogênicos
Relações fungo-hospedeiro
http://www.cafepoint.com.br/cadeia-produtiva/giro-de-noticias/embrapa-pesquisador-estuda-controle-biologico-da-broca-53807n.aspx
Broca-do-café Hypothenemus hampei (Coleoptera: Curculionidae) infectada por Beauveria bassiana.
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Fungos entomopatogênicos
Germinação
Formação de apressórios
Formação de grampo de penetração
Penetração
Colonização
Reprodução do patógeno
Disseminação do fungo
Estruturas de preservação do fungo
Produção de enzimas
Produção de toxinas
Alves, 1998
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Relações fungo-hospedeiro
Alves, 1998
Fungos entomopatogênicos
Conidióforo de Hyaloperonospora parasitica contendo vários conídios
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Relações fungo-hospedeiro
Fungos entomopatogênicos
Alves, 1998
Relações fungo-hospedeiro
Adesão
1º relação fungo-hospedeiro
Mecanismos envolvidos na adesão
não são totalmente conhecidos
Forças eletrostáticas atuam no
processo de adesão
Presença de enzimas (esterases e
proteases)
Propágulos envolvidos por substâncias
mucilaginosas
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Relações fungo-hospedeiro
Fungos entomopatogênicos
Alves, 1998
Relações fungo-hospedeiro
Germinação
Precisa de condições favoráveis
Produção do tubo germinativo
Formação de apressórios
Penetração do fungo
Formação do grampo de penetração
Diferenciação da hifa
Inicia o processo de penetração no
tegumento do inseto.
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Relações fungo-hospedeiro
Fungos entomopatogênicos
Alves, 1998
Relações fungo-hospedeiro
Penetração
Áreas membranosas ou esclerotizadas
Processo físico (Hifas)
Processos químico (Enzimas)
Colonização
Tegumento e hemocele
Formação de estruturas de defesa
Não há grande crescimento de hifas
antes da morte do inseto
Após a morte há a colonização dos
diversos órgãos
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Relações fungo-hospedeiro
Fungos entomopatogênicos
Alves, 1998
Relações fungo-hospedeiro
Reprodução
Assexuada: Diversos tipos de estrutura ou propágulos: zoósporos, conídios, etc.
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Sexuada: União de núcleos depois da fusão do gameta móvel (macho) com o gameta estacionário (feminino)
Relações fungo-hospedeiro
Fungos entomopatogênicos
Alves, 1998
Relações fungo-hospedeiro
Sintomatologia da doença
Manchas escuras nas pernas,
Cessa a alimentação
Paralisia, descoordenação e
desorientação
Tegumento torna-se róseo e depois
esbranquiçado (crescimento micelial).
Após a morte, hifas emergem pelos
espiráculos e por pressão mecânica saem
pelo tegumento (membranas e cutícula).
Associado ao crescimento micelial há a
esporulação do fungo.
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Relações fungo-hospedeiro
Fungos entomopatogênicos
Alves, 1998
Relações fungo-hospedeiro
Morte do inseto devido a:
Produção de micotoxinas
mudanças patológicas na hemocele
ação histolítica
Bloqueio mecânico do aparelho
digestivo
Crescimento micelial
início do processo de esporulação do
fungo
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Relações fungo-hospedeiro
Fungos entomopatogênicos
Estruturas de preservação:
Após a morte do inseto, os fungos podem ser preservados dentro do cadáver pela
formação de estruturas de resistência (clamidósporos, microescleródios , hifas de paredes
espessas e esporos de repouso).
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Relações fungo-hospedeiro
Estruturas de resistência formadas pelos fungos de solo: Fusarium sp. (clamisdósporo) Sclerotium rolfsii (Escleródio)
Condições desfavoráveis: -Ausência de hospedeiros - Clima adverso - sobrevivem por muito tempo
Fungos entomopatogênicos
Produção de toxinas:
Sintetizam toxinas usadas no ciclo patógeno-
hospedeiro
São estudadas devido:
a)Elucidar modo de ação do fungo sobre o inseto
b) Procurar novos compostos inseticidas
c) Avaliar segurança de fungos promissores no
controle de pragas
d) estudos químicos de base em produtos
naturais
e) Uso de metabólitos tóxicos com eficácia sobre
insetos e de baixa toxicidade ao homem.
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Relações fungo-hospedeiro
Fungos entomopatogênicos
Produção de toxinas:
Avermectinas – Lactonas macrocíclicas derivadas do fungo (não patogênico) Streptomyces
avermectilis e que possuem elevada ação inseticida, acaricida e nematicida.
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Relações fungo-hospedeiro
Bactérias entomopatogênicas
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Definições:
Bactérias obrigatórias, facultativas e potenciais (Coppel e Mertins, 1977)
Doenças específicas em certos grupos de insetos. Não crescem em
meio artificial e tem limitado número de hospedeiros.
Invadem e destroem tecidos suscetíveis, podem se multiplicar no intestino antes de atingir a cavidade corporal. Crescem em meio artificial
Não se multiplicam na luz intestinal, mas na hemolinfa causam
septicemia. Crescem em meio artificial e não possuem hospedeiros
específicos.
Bactérias entomopatogênicas
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Definições: Bactérias agrupadas em duas categorias: Esporulantes e não esporulantes (Falcon, 1971)
Esporulantes: Todas as obrigatórias e maioria das facultativas (Cristalíferas
e não-cristalíferas)
Não-Esporulantes: Todas as potenciais e uma espécie facultativa
Bactérias esporulantes Mais estudadas Família Bacillaceae
Gênero Clostridium Gênero Bacillus
Bactérias entomopatogênicas
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Gênero Bacillus
Lugar privilegiado como agente
altamente promissor no controle de
insetos prejudiciais
Bactérias entomopatogênicas
38
Bacillus thuringiensis Bactéria gram positiva
Altamente específica
Não apresenta atividade tóxica para mamíferos
Responsável por 97% dos biopesticidas disponíveis no
mundo (±13 mil toneladas/ano).
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. thuringiensis α-exotoxina
β-exotoxina
Exoenzimas
Proteínas Inseticidas Vegetativas (VIPs)
δ-endotoxinas
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
α-exotoxina
•Atividade citolítica sobre fosfolipídios da membrana plasmática
•Termolábil
•Solúvel em água
•Tóxica para alguns insetos por administração oral ou intra-hemocélica
•Em ratos: degradação e lise das células.
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
β-exotoxina (Thuringiensina)
Tipo 1 • Análogo ao ATP – Inibe a RNA polimerase (compete com o ATP) Tipo 2 • Análogo ao UTP • Mais tóxica que a tipo 1 • Alta toxicidade a mamíferos • Seleção de estirpes que não produzam essa toxina
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
Exoenzimas
•Quitinases e Proteases
•Provocam a ruptura da membrana peritrófica
• Favorecem a ação das δ-endotoxinas no epitélio intestinal
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
α-exotoxina
•Atividade citolítica sobre fosfolipídios da membrana plasmática
•Tóxica para alguns insetos por administração oral ou intra-hemocélica
•Em ratos: degradação e lise das células.
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
Proteínas Inseticidas Vegetativas (VIPs) • Modo de ação pouco esclarecido • VIP3A liga-se as células epiteliais do intestino médio e provoca a lise celular • Atividade contra insetos pouco sensíveis as proteínas Cry
Agrotis ipsilon (Lepidoptera: Noctuidae) Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae)
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
δ-endotoxinas • Produzida na fase III e IV da esporulação
Bactérias entomopatogênicas
46
Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
δ-endotoxinas • Existem dois tipos de δ-endotoxinas
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
δ-endotoxinas – Cyt • Atividade citolítica • Afinidade por ácidos graxos insaturados da membrana celular • Constituídas pelos grupos:
Cyt1: Cyt1Aa, Cyt1 Ab e Cyt1Ba Cyt2: Cyt2Aa, Cyt2Ba, Cyt2Bc e Cyt2Ca
• Tóxicos as ordens:
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
δ-endotoxinas – Cyt • Atividade citolítica • Afinidade por ácidos graxos insaturados da membrana celular
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
δ-endotoxinas – Cry • Formas
Bactérias entomopatogênicas
50
Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
δ-endotoxinas – Cry • Formas
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
δ-endotoxinas – Cry • Ataca diversas pragas
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
δ-endotoxinas – Cry • Modo de ação
•Toxinas formadoras de poros • Pró-toxina • Lise das células epiteliais do intestino médio do inseto
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
δ-endotoxinas – Cry • Eventos transgênicos
Bactérias entomopatogênicas
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Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis
δ-endotoxinas – Cry • Produtos formulados
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Vírus entomopatogênicos
Baculovírus
• Família Baculoviridae:
• Nucleopolyhedrovirus [Vírus da poliedrose nuclear (VPN)]
• Granulovirus [Vírus da granulose (VG)]
• Mais empregado no controle de pragas
• Maioria é isolada de lepidópteros
• Especificidade
60
Vírus entomopatogênicos
Baculovírus
• Infecção e colonização
• Sintomas da infecção
Perda do apetite
Geotropismo –
Clareamento da epiderme
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Vírus entomopatogênicos
Baculovírus
• Importância
•Emprego em vários países para controle de pragas agrícolas
• Brasil: maior programa mundial de uso de vírus de insetos
(70% mais barato que inseticidas químicos - 2 milhões de litros )
• Programas de uso de vírus para controle de pragas no Brasil
• Nucleopoliedrovírus de Anticarsia gemmatalis em soja
• Granulovírus de Erinnys ello em mandioca
• Nucleopoliedrovírus de Spodoptera frugiperda em milho
• Nucleopoliedrovírus de Condylorrhiza vestigialis em álamo
• Vírus de granulose de Phthorimaea operculella em batata
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Vírus entomopatogênicos
Baculovírus
Programas de uso de vírus para controle de pragas na América Latina
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Vírus entomopatogênicos
ALTERAÇÃO DA DIETA ARTIFICIAL DE Anticarsia gemmatalis VISANDO A REDUÇÃO DE CUSTO
PROPOSTA DE LABORATÓRIO PILOTO PARA A PRODUÇÃO MASSAL DE Anticarsia gemmatalis E DO
SEU VÍRUS DE POLIEDROSE NUCLEAR MÚLTIPLO (VPNMAg).
EXTRAÇÃO MECANIZADA DA CALDA CONTENDO O VÍRUS
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Nematoides entomopatogênicos
Vida livre (terrestres ou aquáticos)
Parasitas de animais (vertebrados e invertebrados) e plantas
Mermitídios (Nematomorpha: Mermithidae)
Turbatrix aceti
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Relacionamento entre nematoides e insetos Forésia: Associação entre indivíduos de espécies diferentes (relação ecológica inter-específica), na qual um transporta outro, sem se prejudicarem;
Nematoides entomopatogênicos
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Relacionamento entre nematoides e insetos Parasitismo facultativo: Parasitam insetos, mas conservam a habilidade de se desenvolver e
reproduzir em condições de vida livre (nutrem-se de fungos e bactérias disponíveis no ambiente);
Relacionamento estritamente nutricional como os gêneros Rhabditis e Diplogaster Relacionamento mutualista com bactérias: Ex: Deladenus siricidicola x Sirex noctilio
x =
Nematoides entomopatogênicos
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Relacionamento entre nematoides e insetos Parasitismo Obrigatório: Desenvolvimento parcial ou total dentro do inseto hospedeiro
Nematoides entomopatogênicos
76
Principais famílias de interesse entomológico
Família Steinernematidae Gênero Steinerneme Gênero Neosteinernema Família Heterorhabiditidae Gênero Heterorhabditis Família Neotylechidae Gênero Deladenus Família Mermithidae
Nematoides entomopatogênicos
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Principais famílias de interesse entomológico Família Steinernematidae Gênero Steinerneme x bactérias (gênero Xenorhabdus)
Nematoides entomopatogênicos
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Principais famílias de interesse entomológico Família Steinernematidae Gênero Steinerneme x bactérias (gênero Xenorhabdus)
Gram-negativas Anaeróbicas facultativas Flageladas Sem estruturas de resistência (esporos) Encontradas em: nematoides infectivos insetos parasitados
Nematoides entomopatogênicos
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Principais famílias de interesse entomológico Gênero Steinerneme x bactérias (gênero Xenorhabdus)
Relação mutualística
Nematoide Proteção Vetor
Bactéria Provisão de nutrientes (nematoides axênicos não reproduzem em insetos axênicos)
Nematoides entomopatogênicos
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Nematoides entomopatogênicos
Vantagens e desvantagens no emprego e nematoides no controle de insetos
Resistem a muitos defensivos agrícolas Podem ser sinergistas com outros entomopatogênicos Boa adaptação a novos ambientes Capacidade de difusão no ambiente Especificidade Inofensivos a animais
Dificuldade na criação massal Condições ambientais desfavoráveis Mecanismos de defesa contra nematoides em insetos-praga
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Protozoários entomopatogênicos
Sete Filos
Sarcomastigophora
Labyrinthomorpha
Apicomplexa
Microspora
Ascetospora
Myxozoa
Ciliophora
88
Protozoários entomopatogênicos
Microspora: Eucariotos, Desenvolvimento intracelular, Espectro amplo de hospedeiros
89
Protozoários entomopatogênicos
Programas de controle: 2 microsporídeos: Antonospora locustae Anncaliia algerae
90
Protozoários entomopatogênicos
Considerações finais
Poucos protozoários tem potencial de uso: a) Causam infecções crônicas
b) Não há métodos disponíveis para produção massal
A maioria das associações entre protozoários entomógenos e insetos produzem infecções crônicas e subletais, implicando em uma redução da potência reprodutiva hospedeira (HURD, 1993). Muitas infecções de protozoários exibem sinais inespecíficos e sintomas de doenças, tais como lentidão, crescimento irregular, perda de apetite, mal formação de larvas, pupas e adultos, ou adultos com reduzido vigor, fecundidade e longevidade
(SIKOROWSKI; LAWRENCE, 1997).