Symbionts and immune defence in lepidopteran crop pests

Abstract

Noctuid lepidopterans are responsible for billions of dollars in economic losses across worldwide agriculture. These pest species are constantly being dispersed and generate great concern due their resistance against chemical pesticides and Bt crops. These factors emphasize the importance to the development of technologies for rapid field diagnosis and specific environmentally-safe pest control. Here we show that different molecular and biochemical tools can be widely useful in studies of these pests. First, using PCR, PCR-RFLP and gene sequencing, we confirmed the presence of the Old World bollworm Helicoverpa armigera in Minas Gerais state and identified the prevalence and genetic diversity of symbionts with potential use for noctuid biocontrol such as densovirus, baculovirus and Wolbachia. Secondly, we identified that in non-infected individuals prophenoloxidase gene expression (a crucial enzyme of noctuid immune defence) did not vary with age or population density. Additionally, we verified that gene knockdown methodologies based on interference RNA (RNAi) did not silence this gene; in fact one of them contrary increased its expression. Lastly, we found that Spodoptera littoralis, another noctuid that exhibits density- dependent prophylaxis and phase polyphenism, presents higher immune levels in the presence of a haemocoel invader when reared gregariously. We also found that biochemical activity of main humoral immune defences of this species vary according to species and condition of invader bacteria showing signals of immune specificity.

Anualmente, lepidópteros noctuídeos são responsáveis por bilhões de dólares em perdas na agricultura mundial. Várias espécies estão em constante dispersão ao redor do mundo e geram grande preocupação devido à resistência a pesticidas químicos e culturas Bt. Esses fatores reforçam a importância no desenvolvimento de tecnologias que permitam desde o rápido diagnóstico dessas pragas no campo a métodos de controle específicos e seguros ao meio ambiente. Aqui, demonstramos que ferramentas de biologia molecular e bioquímica podem ser de grande auxílio em diferentes vertentes no estudo dessas pragas. Inicialmente, utilizando PCR, PCR-RFLP e sequenciamento, confirmamos a presença da lagarta do velho mundo Helicoverpa armigera no estado de Minas Gerais e avaliamos a prevalência e diversidade genética de simbiontes relevantes no controle biológico de noctuídeos como densovírus, baculovírus e Wolbachia. Em segundo, verificamos que expressão gênica de profenoloxidase, uma enzima crucial na defesa imune de noctuídeos, não varia de acordo com a idade e densidade populacional em condições naturais. Adicionalmente, verificamos que metodologias com base em RNA de interferência (RNAi) não silenciaram esse gene, enquanto que uma das técnicas contrariamente aumentou sua expressão. Por fim verificamos que em Spodoptera littoralis, noctuídeo que apresenta profilaxia dependente da densidade e plasticidade fenotípica, quando criados de forma gregária, apresentam maiores níveis de defesa imune somente na presença de um invasor na hemocele. Verificamos também que a atividade bioquímica das principais defesas humorais varia de acordo com a espécie e condição da bactéria invasora, demonstrando sinais de especificidade em seu sistema imune.