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

Google

im

agen

s

Google

im

agen

s

DISPERSÃO DE SEMENTES

agen

sMonomorium sp.

Pheidole sp.

Ridley 2004

Google

im

agen

s

Google

im

a

GALHAS

Google

im

agen

s

Heil 2008

Eucalyptus camaldulensis

Glycaspis brimblecombei

Google

im

agen

s

Goog

Google

im

agen

s

DOMÁCEASGossypium hirsutum

Google

im

agen

s

Agrawal e Karban 1997

Frankliniella occidentalis Geocoris sp. Orius tristicolorG

oog

Google

im

agen

s

Google

im

agen

s

Google

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

Google

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

Google

im

agen

s

Google

im

agen

s

Seqüestro - proteçãoTetraopes sp.

Google

im

agen

s

agen

s

Cardenolidas

Asclepias sp.

Dannaus spp.

Google

im

agen

s

Google

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

Google

Google

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

Google

im

agen

s

Google

im

agen

s

� Morfológica

� Mudança na composição da cera

� Atração de inimigos naturais

Arabidopsis thaliana x Pieris brassicae – Trichogramma brassicae

Blenn et al 2012

Google

im

agen

s

Google

im

agen

s

Nectários extraflorais

gen

s

Google

im

agen

s

Heil 2008Passiflora sp. Gossypium herbaceum

Google

im

agen

s

Goog

Compostos voláteis

Atração dos inimigos naturais

Diprion pini

Voláteis induzidos pela oviposição

Google

im

agen

s

Hilker et al 2002

Pinus sylvestris

Chysonotomyia ruforum

Google

im

agen

s

Google

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

Google

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

Google

im

agen

s

Heterorhabditis megidis

Rasmann et al 2005

Zea mays

Google

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

Google

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

Google

im

agen

s

Engelberth et al 2004

Spodoptera exigua

Regurgitado S. exigua

Folhas cortadasVapor no algodão

Produção de voláteis e ácido jasmônico

Google

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

Google

im

agen

s

Google

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

Google

im

agen

s

Google

im

agen

s

Labidomera clivicollis

Tetraopes melanurus

Asclepias sp.

Dussourd et al 1991

Goog

Google

im

agen

s

Google

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

Google

Google

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!