Interações Inseto -Planta - Embrapa
74
Interações Inseto - Planta III Curso de ecologia Química Aplicada à Agricultura Mirian Fernandes Furtado Michereff Pós - Doutorado Embrapa/Cenargen
Transcript of Interações Inseto -Planta - Embrapa
Interações Inseto - Planta
III Curso de ecologia Química Aplicada à Agricultura
Mirian Fernandes Furtado Michereff
Pós - Doutorado Embrapa/Cenargen
Histórico das Interações Inseto-Planta
� Fabre (séc XIX):
� Questiona preferência alimentar dos insetos: “instinto botânico”
� Stahl (1888):
� Propriedades químicas desenvolvidas para proteção contra
insetos
� Kossel (1891):
� “Substâncias secundárias”
Histórico das Interações Inseto-Planta
� Verschaffelt (1910):
� Descreve substância química envolvida na interação de lepidópteros e crucíferas: sinigrina
� Brues (1920):� Brues (1920):
� Estudo sobre a seleção de plantas hospedeiras por lepidópteros
� Dethier (1941):
� Sugere que algumas substâncias estimulavam os insetos para o seu alimento preferido
Histórico das Interações Inseto-Planta
� Fraenkel (1958):
� Sugere uma evolução paralela e recíproca
� A priori substâncias secundárias para defesa das plantas
� Essas substâncias passam a orientá-los na busca de hospedeiros
� Ehrlich e Raven (1964):
� Coevolução das angiospermas e insetos herbívoros
POSSÍVEIS INTERAÇÕES INSETO-PLANTA
Positiva
Polinização, dispersão de sementes
�
Alimento, abrigo, proteção
Negativa
Alimento, abrigo, proteção
Herbivoria e oviposição
�
Defesa das plantas
POLINIZAÇÃO
Ridley 2004
Angraecum sesquipedaleXanthopan morgani
im
agen
s
im
agen
s
DISPERSÃO DE SEMENTES
agen
sMonomorium sp.
Pheidole sp.
Ridley 2004
im
agen
s
im
a
GALHAS
im
agen
s
Heil 2008
Eucalyptus camaldulensis
Glycaspis brimblecombei
im
agen
s
Goog
im
agen
s
DOMÁCEASGossypium hirsutum
im
agen
s
Agrawal e Karban 1997
Frankliniella occidentalis Geocoris sp. Orius tristicolorG
oog
im
agen
s
im
agen
s
im
agen
s
DEFESAS DAS PLANTAS
� Constitutiva
Continuamente expressa e independente da ação de agentes agressores
� Induzida
Expressa somente após eventos de injúria
EVENTOS DA DEFESA
1. Reconhecimento do ataque
≠
Diferentes injúriasFluidos oviposição
Secreção oral
EVENTOS DA DEFESA
2. Sinais intracelulares
3. Estratégias de defesa
Direta
Indireta
Hägg et al 2013
Constitutiva
Defesa das plantas
Induzida
Direta Indireta
Respostas das plantas à oviposição
Seino et al 1996
Produção substânciaovicida
Benzoato de benzila
Balbyshev e Lorenzen 1997
Produção de área com necrose
Risco de dessecaçãoe morte dos ovos
Doss et al 2000
Crescimento de célulasindiferenciadas
Risco de dessecaçãoe predação lagartas
De Vos et al 2008
Produção de substânciadeterrente
Herbívoro evita ovipositar na planta
Defesa
direta
Respostas das plantas à herbivoria
Dussourd 1995
Redução do acessoà planta
Tricomas, espinhos
Chen 2008
Redução dadigestibilidade
Tanino, lignina
Chen 2008
Produção de substânciarepelente
Tomatina
Balkema-Boomstra et al 2003O’Neil et al 2008
Produção de substânciadeterrente
Curcubitacina, isoflavonoides
Defesa
direta
Defesa indireta
Modificação
química da plantaEmissão de
voláteis
Meiners e Hilker 2000Hilker et al 2002Dicke 2009Kessler e Heil 2011
Atração do inimigo natural
TIPOS DE DEFESA DAS PLANTAS
Morfológicas
�Tecidos rígidos
�Tricomas e pêlos
Disposição das estruturas na planta
Químicas
� Metabólitos secundários
Não voláteis e voláteis
�Disposição das estruturas na planta
� Morfológicas
� Dimensão, formato e disposição das estruturas na planta
Algodoeiro
Bráctea normal Bráctea frego
Menor ataque
do bicudo-do-
algodoeiroFoto
: Lui
s P
aulo
de
Car
valh
o
� Morfológicas
� Pilosidade (tricomas glandulares e não-glandulares)
Tricomas glandulares em tomateiro
Pulgão preso em tricomas
glandulares em folhas de
batata
� Morfológicas
� Formação de necrose no local após oviposição
Solanum spp. x Leptinotarsa decemlineata
Balbyshev e Lorenzen 1997
Cairomônio (- +)
Alomônio (+ -)
Aleloquímicos
Interespecífica
Semioquímicos
Sinomônio (+ +)
Beneficia a planta
e o parasitoide
Feromônio
Feromônios
Intraespecífica
� Químicas
� Presença de alomônios - não voláteis - ?
� Ações antixenótica e antibiótica
Soja Downling – Aphis glycines e Euschistus heros
Não voláteis
Li et al 2004, 2008; Michereff et al 2010
im
agen
s
M. B
org
es
4
6
8
10
úm
ero
de
ovo
s
30
40
50
60
Número posturas
Número ovos
ero
de
po
stu
ras
a aa
A
B
A
Preferência para Oviposição
0
2
4
Dowling Silvânia IAC100
Cultivares
Nú
m
0
10
20
Nú
me
Dowling Silvânia IAC100
Michereff et al 2010
nte
s% 60
80
100
Silvânia
IAC
Dowling
NinfaAdulto
Curva de sobrevivência
Idade (dias)
0 5 10 15 20 25 30 35
So
bre
viv
en
t
0
20
40
CtDow CtSil HbDow HbSil
05
10
15
Genistina
a
b
a
b
CtDow CtSil HbDow HbSil
23
45
67
8
Daidzeína
ba
ab
b
HbSilCtDow CtSil HbDow
12
34
Daidzina
g/m
l)Isoflavonoides
CtDow CtSil HbDow HbSilCtSil HbDow HbSil
05
15
CtDow CtSil HbDow HbSil
10
Gliciteína
a
a
bb
CtDow CtSil HbDow HbSil
02
46
810
Genisteína
ab
b b
HbSilCtDow CtSil HbDow
CtDow CtSil HbDow HbSil
02
46
Glicitina
Concentr
ação (µ
g
� Químicas
� Presença de alomônios – não voláteis - isoflavonoides
� Ações antixenótica e antibiótica
Soja IAC 100 – Nezara viridula e Anticarsia gemmatalis
Piubelli et al 2003, 2005; McPherson e Buss 2007
im
agen
s
im
agen
s
Seqüestro - proteçãoTetraopes sp.
im
agen
s
agen
s
Cardenolidas
Asclepias sp.
Dannaus spp.
im
agen
s
im
ag
Atração de herbívoros
Voláteis
Magalhães et al 2012
Spodoptera frugiperda
Euschistus heros
Anthonomus grandis
Hexano
Machos Fêmeas
50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50
* *
*** ***
(4)
(5)
(6)
(5)
(6)
(6)
(3)
(7)
(6)
(9)
(6)
(6)
(10)
(1)
24 h
96 h
TempoControle Tratamentos ControleTratamentos
*** ***
Machos Fêmeas
Vegetativo
50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50
* *
*** ***
(4)
(5)
(6)
(5)
(6)
(6)
(3)
(7)
(6)
(9)
(6)
(6)
(10)
(1)
24 h
96 h
TimeControle Tratamentos ControleTratamentos
*** ***
Machos Fêmeas
Reprodutivo
le i
mag
ens
mag
ens
Szendrei et al., 2009
Anthonomus musculusVaccinium corymbosum
im
Repelência do herbívoro
Myzus persicae
Repelência
Arabidopsis thaliana
Transgênica – (E)-β-farneseno
Myzus persicae
Diaeretiella rapae
Beale et al 2006
Atração
INTERAÇÃO TRITRÓFICA
� Morfológica
� Produção de alcaloide - tricoma
� Atração de inimigos naturais - predador
Nicotiana attenuata x Manduca sexta – Pogonomyrmex rugosus
Weinhold et al 2011
im
agen
s
im
agen
s
� Morfológica
� Mudança na composição da cera
� Atração de inimigos naturais
Arabidopsis thaliana x Pieris brassicae – Trichogramma brassicae
Blenn et al 2012
im
agen
s
im
agen
s
Nectários extraflorais
gen
s
im
agen
s
Heil 2008Passiflora sp. Gossypium herbaceum
im
agen
s
Goog
Compostos voláteis
Atração dos inimigos naturais
Diprion pini
Voláteis induzidos pela oviposição
im
agen
s
Hilker et al 2002
Pinus sylvestris
Chysonotomyia ruforum
im
agen
s
im
agen
s
Soja – Telenomus podisi
Euschistus heros
Herbivoria
Oviposição
Voláteis induzidos pela herbivoria
Cultivares de soja resistente e suscetível
Telenomus podisi
Oviposição
Herb + Ovip
Laum
ann
Vie
ira
im
agen
s
Bioensaios Coleta voláteis
Experimentos
Soja sadia
*
Oviposição
Herbivoria
Controle Tratamentos
Soja sadia
Resposta do T. podisi aos voláteis induzidos pela herbivoria da cultivar de soja BR 16
Moraes et al. 2008
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
* Herbivoria
Herbivoria + Oviposição
Ar Soja sadia
Proporção de fêmeas de T. podisi que responderam aos tratamentos
Soja sadia
Soja sadia
Herbivory
Herbivory + Oviposition
Undamaged soybean
Oviposition
(E)-2-Hexen -
1-ol
Nonanal
Con
cent
ratio
n µ
g/24
h
(Z)-3-Hexenyl
acetate
(E)-2-Hexenal (Z)-3-Hexen-
1-ol
0
1
2
3
4
5
6
a a
a a a
a
a
a
aa
a
a
a
b
a
ba a a a
2
3
4
5
6
a
a
a
a
a
a a
a
a a
ba
a
a
Con
cent
ratio
n µ
g/24
hVoláteis induzidos após a injúria do E. heros
Methyl salycilate (E,E)-α-Farnesene TMTT
0
1
2
3
4
5
6-Methyl
5-Hepten
2-one6
a a
bab
a
a
bb a
aa
a
α-Pinene Camphene β-Pinene Limonene
0
1
a a a
b b
a aa a
a
abC
once
Con
cent
ratio
n µ
g/24
h
cv Dowling - resistente
Ovi
HerbOvi
Herb
Ar
Controle Tratamento
*
*
Tempo
120 hr
96 hr
(4)
(7)
(6)
(4)
(8)
(8)*
(4)
(7)
(6)
(4)
(8)
(8)
Resposta do T. podisi aos voláteis induzidos pela herbivoria de cultivares resistente e suscetível de soja
Michereff et al 2011
40 30 20 10 0 10 20 30 40
Número de fêmeas de T. podisi que responderam para a cv Dowling
72 hr
48 hr
24 hr
Ar(2)
(8)
(6)
(6)
(7)
(5)
(2)
(6)
(6)
(7)
(8)
40 30 20 10 0 10 20 30 40
**
(2)
(8)
(6)
(6)
(7)
(5)
(2)
(6)
(6)
(7)
(8)
Cdt
-36
-24
-12
0Control
Oviposition
* * * * * *
- 1.5
- 1.0
-0.5-
myrcene
α-humulene
(E )-caryophyllene
limonene
camphene
benzothiazole
(E) -2-decenal
benzaldehyde
es w
eigh
t (b k
)
Voláteis induzidos após a injúria do E. heros
Time (hours)
0 24 48 72 96 120 144 168
PRC
1 -
Cd
-84
-72
-60
-48
-36
HerbivoryHerbivory+Oviposition
- 3.0
- 2.5
-2.0
- 1.5
(E,E)-α-farnesene
methyl salicylate
(Z)-3- hexenyl acetate
(E)-2-octen-1-ol
TMTT
(Z )-2-octen -1-ol
TMTT
(Z )-2-octen -1-ol
myrcene
Varia
bles
we
cv IAC 100 - resistente
Controle Tratamento
*
*
Tempo
120 hr
96hr
72 hr
(9)
(7)
(7)
(3)
(3)
(7)
(5)
(6)
* (9)
(7)
(7)
(3)
(3)
(7)
(5)
(6)
Ovi
HerbOvi
Herb
Air
40 30 20 10 0 10 20 30 40
72 hr
48 hr
24 hr
Ar
(5)
(3)
(6)
(7)
(6)
(5)
(6)
(8)
(9)
40 30 20 10 0 10 20 30 40
Número de fêmeas de T. podisi que responderam para a cv IAC 100
(5)
(3)
(6)
(7)
(6)
(5)
(6)
(8)
(9)
Plantas pulverizadas com fitormônios e compostos orgânicos voláteis
cis-jasmona Voláteis?
Salicilato de metila
Jasmonato de metila
Resposta do T. podisi aos voláteis da soja Induzidos pelo cis-jasmona
Soja sadia (72h)
Soja tratada com Z-Jasmona/tween20 (72h)
Soja tratada com Tween20 (72h)
Moraes et al 2009
Soja sadia (96h)
Soja tratada com Z-Jasmona/tween20 (72h)
Soja tratada com Z-Jasmona/tween20 (96h)
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
**
Resposta das fêmeas (%)
Soja tratada com Tween20 (96h)
40
80
120
160
β-pinene
6-Methyl -5-hepten -2 one
Benzothizole
β-Caryophyllene
β-Farnesene
Geranylacetone
TMTTMethyl salicylate
Camphene
6-Methyl -5-hepten -2 one
Geranylacetone (E,E)-α-Farnsene
yl salicylate
40
80
120
160
Soja tratada com Z- jasmona/tween 20
Soja tratada com tween20
Soja sadia
96 h
-80 0 80 160 240 320 400 480 560CV 1
-200
-160
-120
-80
-40
0CV
2
β-pinene
Myrcene
(Z)-3-Hexenyl acetate
Limonene(E) -Ocimene
DMNT
Indole
acetone
α-Pinene
(Z)-3-Hexenyl acetate
Limonene(E) -
DMNT
acetone (E,E)-α-Farnsene
-80 0 80 160 240 320 400 480 560CV 1
-200
-160
-120
-80
-40
0CV
2
P=0.042
Controle Tratamento
MS 72h(2)
MS 96h(1)
*
**
*
MS 120h(2)
MSPlanta sadia Plantas tratadas
Controle Tratamento MJPlanta sadia Plantas tratadas
Resposta do T. podisi aos voláteis induzidos porMS e MJ
MS 44h(0)
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
MJ 72h(0)
MJ 96h(0)
MJ 120h(1)
MJ 144h(0)
**
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Proporção de fêmeas de T. podisi que respondem aos tratamentos
Michereff et al em preparação
Defesa Radicular
milho
Diabrotica virgifera virgifera
im
agen
s
Heterorhabditis megidis
Rasmann et al 2005
Zea mays
im
agen
sGoogle
im
agen
s
Ataque Simultâneo: Partes Aérea e Radicular
milho
Rasmann e Turlings 2007
Resposta do parasitoide
S. littoralis S. Littoralis + D. v. virgifera
Resposta do nematoide
Produção (E)-β-cariofileno
Outras possibilidades da açãodos voláteis
“Talking Trees”Phaseolus lunatus
β-ocimeno
(Z)-3-acetato de
hexenila
linalol
DMNT(Z)-jasmona
Salicilato de metila
TMTT
(E)-cariofileno
mag
ens
Kost e Heil 2006
Cerotoma ruficornis
im
“Talking Trees”
Voláteis Induzidos pela Herbivoria:
�Indução dos nectários extraflorais (NEF)
�Compostos orgânicos voláteis (CVOs) sintéticos
também induziram defesa indireta
�Defesa indireta efetiva para COVs e NEF�Defesa indireta efetiva para COVs e NEF
“Priming”
“Priming”
(Z)-3-acetato de
hexenila
(Z)-jasmona(Z)-3-hexenal
(Z)-3-hexen-1-ol
Folhas cortadasVapor no algodão
im
agen
s
Engelberth et al 2004
Spodoptera exigua
Regurgitado S. exigua
Folhas cortadasVapor no algodão
Produção de voláteis e ácido jasmônico
im
agen
s
Exposta compostos
Exposta compostos,
GLV e lagartas
Compostos e regurgitado
com injúria mecânica
Compostos, herbivoria e
regurgitado
Horário da liberação
Heliothis virescens
im
agen
s
im
agen
s
De Moraes et al 2001
Heliothis virescensNicotiana tabacum
Voláteis diurnos e noturnos - diferentes
Atração parasitoide Repelência coespecífico
“Manipulação” das plantas pelos
Porém ...
“Manipulação” das plantas pelos
insetos
Inibição da produção de látex
im
agen
s
im
agen
s
Labidomera clivicollis
Tetraopes melanurus
Asclepias sp.
Dussourd et al 1991
Goog
im
agen
s
im
agen
s
Suscetibilidade da planta ao herbívoro
oogle
im
agen
s
le i
mag
ens
Arabidopsis thalianaPieris brassicae
Spodoptera littoralis Bruessow et al 2010
Goog
im
agen
s
Folha + ovos
Folha distal
Aumento AS
Folha + extrato ovos P. brassicae
Folha sadia
Extrato ovos + lagartas P. brassicae
Extrato ovos + lagartas S. littoralis
Cont
Trat
Extrato dos ovos suprimiu a expressão dos genes induzidos
pela herbivoria
Extrato ovos + lagartas S. littoralis
Planta mutante – deficiente AS
Peso das lagartas P. brassicae
Peso das lagartas S. littoralis
Extratos dos ovos aumentou a
suscetibilidade da planta às
lagartas de S. littoralis
Peso das lagartas S. littoralis
Extrato dos ovos
Suprimiu a expressão dos genes
induzidos pela herbivoria
Aumentou a suscetibilidade da
planta às lagartas de S. littoralis
AS
“Cross talk” rotas AS / AJ
Inibição da defesa aos herbívoros
AÇÃO DOS VOLÁTEIS NA DEFESA DAS PLANTAS
Heil 2008
Obrigada!
