A idade afeta a tolerância de Spodoptera frugiperda a toxinas Cry e Vip de Bacillus thuriengiensis em transgenias de milho?

Abstract

A lagarta-do-cartucho (Spodoptera frugiperda, Lepidoptera: Noctuidae) é bem conhecida pelo seu potencial como praga de grande impacto econômico em cultivos de milho, soja e algodão. Na agricultura intensiva praticada no Brasil e em muitos países, o risco dessas perdas é minimizado usando-se cultivares transgênicos resistentes a lagartas. A antibiose dessas plantas ao inseto é codificada por transgenes originários da bactéria Bacillus thuringiensis (Bt). Tal transgenia faz a planta produzir proteínas entomotóxicas, as chamadas toxinas de Bt. Cultivares de milho Bt em uso podem conter uma, duas ou mais toxinas do grupo das proteínas cristais (Cry) em combinação com uma outra toxina da fase vegetativa de Bt (Vip). Essas toxinas costumam ser efetivas contra lagartas neonatas de S. frugiperda testadas na fase de desenvolvimento dos cultivares Bt, mas pouco se sabe sobre a efetividade delas contra larvas de outros estágios larvais, prováveis de ocorrer no campo. O objetivo foi investigar se lagartas de estágios de crescimento mais avançados aumentam a tolerância a plantas de milho Bt e documentar as consequências da exposição larval tardia a Bt na história de vida dos insetos. Em bioensaios tempo-mortalidade realizados com lagartas nos estágios de neonata e de primeiro ao quinto estágios larvais (L1–L5), os resultados demostraram que, com o aumento da idade da larva, aumenta sua sobrevivência nos tecidos foliares de milho Bt. As curvas de mortalidade alcançaram 100% para as combinações Cry1F + Cry1Ab + Vip3Aa e Cry1Ab + Vip3Aa até L4. As combinações Cry1A.105 + Cry2Ab2 e Cry1A.105 + Cry2Ab + Cry3Bb foram efetivas na mortalidade de estágios larvais iniciais, mas a partir de L2, a folhagem desses dois tratamentos teve altos índices de sobrevivência, chegando a 100% em L4 para Cry1A.105 + Cry2Ab2. Os insetos sobreviventes da exposição a Bt em tecidos foliares de milho aumentaram o tempo de desenvolvimento neonata-adulto e massa pupal em relação àqueles que ingeriram folhagem não-Bt. Não houve alteração da razão sexual e da longevidade dos adultos. Na reprodução e potencial de crescimento populacional, o desempenho dos insetos dos grupos expostos a Bt em relação àqueles dos grupos não-Bt foi o seguinte. O padrão de produção de massas de ovos por fêmea diferiu entre os tratamentos Bt para exposição em L2 e L3 vs. L4 e L5, semelhante ao que ocorreu na fertilidade dos insetos, com aumento de 2–4 vezes na produção de descendentes em L5. Para insetos expostos em L4-5, houve aumento de 1,6–3,5 vezes nas taxas reprodutivas, efeitos totais que resultaram em aumento de 10–26% na taxa intrínseca de aumento populacional. Essas taxas correlacionaram-se positivamente com a massa pupal, variável que apresentou pico nos insetos expostos a tecidos foliares de milho Bt Cry em L2-L4. Com base nisso, conclui-se que quanto mais avançados são os instares larvais mais elas toleram a ingestão das toxinas. Plantas que expressam Vip3Aa são efetivas contra lagartas de S. frugiperda em qualquer estágio larval, indicando que a toxina é uma importante ferramenta no manejo de S. frugiperda. As plantas de milho Bt contendo somente toxinas Cry são efetivas contra lagartas até o estágio L1 somente. Isso indica que, no campo, se houver sobrevivência além desse estágio larval, as lagartas podem causar injúria foliar nas plantas e a população aumentar em taxas até 26% superiores aos insetos em milho não-Bt. Esse resultado ajuda explicar porque frequentemente haviam reclamações de falha de controle por cultivares de milho Bt Cry anteriormente à introdução daqueles com a toxina Vip3Aa. Palavras chaves: lagarta-do-cartucho, entomotoxinas, resistência, efeitos letais e subletais, história de vida.

The fall armyworm (Spodoptera frugiperda, Lepidoptera: Noctuidae) is well known for its potential as a pest with a great economic impact on corn, soybean, and cotton crops. In the intensive agriculture practiced in Brazil and in many countries, the risk of these losses is minimized by using transgenic cultivars resistant to the fall armyworm. The antibiosis of these plants to the insect is encoded by transgenes originating from the bacterium Bacillus thuringiensis (Bt). Such genetic modification makes the plant produce entomotoxic proteins, namely Bt toxins. Bt maize cultivars in use may contain one, two, or more toxins of the crystal protein group (Cry) in combination with another toxin of the vegetative phase of Bt (Vip). These toxins are usually effective against neonates of S. frugiperda tested when developing and introducing Bt cultivars, but little is known about their effectiveness against larvae of other larval stages, likely to occur in the field. The objective was to investigate whether caterpillars of more advanced growth stages increase tolerance to Bt corn plants and to document the consequences of late larval exposure to Bt on the life history of the insects. In time-mortality bioassays performed with larvae in the neonate stages and from the first to fifth larval stages (L1–L5), the results showed that, with increasing larval age, feeding tolerance increases in Bt corn plants. The mortality curves reached 100% for the combinations Cry1F + Cry1Ab + Vip3Aa and Cry1Ab + Vip3Aa up to L4. The combinations Cry1A.105 + Cry2Ab2 and Cry1A.105 + Cry2Ab + Cry3Bb effectively caused mortality of early larval stages, but from L2 onwards, the foliage of these two treatments had high survival rates, reaching 100% in L4 for Cry1A.105 + Cry2Ab2. The insects that survived exposure to Bt in maize leaf tissues increased the developmental time neonate-adult and the pupal mass compared to those that ingested non- Bt foliage. There was no change in the sex ratio and longevity of the adults. In in terms of reproductive output, the performance of the insects of the groups exposed to Bt in relation to those of the non-Bt groups was as follows. The pattern of egg mass production per female differed between Bt treatments for exposure at L2 and L3 vs. L4 and L5, similar to what occurred in the insect fertility, with a 2–4-fold increase in the production of offspring in L5. For insects exposed during L4-5, there was a 1.6–3.5-fold increase in reproductive rates, and these total effects translated into 10–26% improvement in the intrinsic rate of population increase. Additionally, these population growth rates were positively correlated with pupal mass, a variable that peaked in insects exposed to Bt Cry maize leaf tissues at L4. These results indicate that the later the larvae are, the longer they tolerate the Cry Bt toxins. Maize plants producing Vip3Aa are effective against S. frugiperda at any larval stage, indicating that the toxin is an important tool in the management of S. frugiperda. Bt maize plants containing only Cry toxins are effective against larvae up to the L1 stage only. This indicates that, in the field, if there is survival beyond this larval stage, the larvae may cause foliar injury to the plants. This result helps explain why there were often complaints of control failure by Bt Cry maize cultivars prior to the introduction of those with the Vip3Aa toxin. Keywords: fall armyworm, entomotoxins, resistance, lethal and sublethal effects, life history.