caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DESPORTOS UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS INSTITUTO DE PATOLOGIA TROPICAL E SAÚDE PÚBLICA Luiz Fernando Nunes Rocha Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos patogênicos a invertebrados dos Cerrados de Goiás Orientador: Dr. W. Christian Luz Co-Orientador: Dr. André Kipnis Tese de Doutorado Goiânia-GO, 2010

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Page 1: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DESPORTOS

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS

INSTITUTO DE PATOLOGIA TROPICAL E

SAÚDE PÚBLICA

Luiz Fernando Nunes Rocha

Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

patogênicos a invertebrados dos Cerrados de Goiás

Orientador: Dr. W. Christian Luz

Co-Orientador: Dr. André Kipnis

Tese de Doutorado

Goiânia-GO, 2010

Page 2: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Termo de Ciência e de Autorização para Disponibilizar as Teses e Dissertações Eletrônicas (TEDE) na Biblioteca Digital da UFG

Na qualidade de titular dos direitos de autor, autorizo a Universidade Federal de Goiás–UFG a disponibilizar gratuitamente através da Biblioteca Digital de Teses e Dissertações – BDTD/UFG, sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o documento conforme permissões assinaladas abaixo, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.

1. Identificação do material bibliográfico: [ ] Dissertação [ X ] Tese

2. Identificação da Tese ou Dissertação Autor(a): Luiz Fernando Nunes Rocha CPF: 923.302.401-63 E-mail: [email protected] Seu e-mail pode ser disponibilizado na página? [ X ]Sim [ ] Não

Vínculo Empregatício do autor Agência de fomento: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Sigla: Capes País: Brasil UF:GO CNPJ: Título: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos patogênicos a invertebrados

isolados dos Cerrados de Goiás

Palavras-chave: Controle biológico, Hypocreales, triatomíneos, biologia molecular, morfologia Título em outra língua: Morphological, molecular and biological characterization of invertebrate

pathogenic fungi isolated from the Cerrado in Goiás

Palavras-chave em outra língua: Biological control, Hypocreales, triatomines, molecular biology, morphology

Área de concentração: Parasitologia Data defesa: (dd/mm/aaaa) 23/02/2010 Programa de Pós-Graduação: Medicina Tropical e Saúde Pública Orientador(a): Wolf Christian Luz CPF: 695.616.641-00 E-mail: [email protected] Co-orientador(a): André Kipnis CPF: 075.965.498-02 E-mail: [email protected]

3. Informações de acesso ao documento: Liberação para disponibilização?1 [ ] total [ X ] parcial Em caso de disponibilização parcial, assinale as permissões: [ X ] Capítulos. Especifique: Título, resumo, abstract, justificativa, introdução, conclusão, bibliografia da tese [ ] Outras restrições: artigo I - Occurrence of invertebrate-pathogenic fungi in a Cerrado

ecosystem inCentral Brazil - Manuscrito I (Morphology and Molecular Phylogeny of some Evlachovaea-like Fungi from the Central Brazilian Cerrado and their activity against Triatoma infestans) e Manuscrito II (Occurrence of Metarhizium spp. from Central Brazilian and their activity against Triatoma infestans)

Havendo concordância com a disponibilização eletrônica, torna-se imprescindível o envio do(s) arquivo(s) em formato digital PDF ou DOC da tese ou dissertação.O Sistema da Biblioteca Digital de Teses e Dissertações garante aos autores, que os arquivos contendo eletronicamente as teses e ou dissertações, antes de sua disponibilização, receberão procedimentos de segurança, criptografia (para não permitir cópia e extração de conteúdo, permitindo apenas impressão fraca) usando o padrão do Acrobat. ________________________________________ Data: 08 / 03 / 2010

Assinatura do(a) autor(a)

1 Em caso de restrição, esta poderá ser mantida por até um ano a partir da data de defesa. A extensão deste prazo suscita justificativa junto à coordenação do curso. Todo resumo e metadados ficarão sempre disponibilizados.

Page 3: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS

INSTITUTO DE PATOLOGIA TROPICAL E

SAÚDE PÚBLICA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM

MEDICINA TROPICAL E SAÚDE PÚBLICA

Luiz Fernando Nunes Rocha

Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

patogênicos a invertebrados dos Cerrados de Goiás

Orientador: Dr. W. Christian Luz

Co-Orientador: Dr. André Kipnis

Tese apresentada ao programa de Pós

Graduação em Medicina Tropical do Instituto

de Patologia Tropical e Saúde Pública da

Universidade Federal de Goiás como requisito

parcial para obtenção do grau de Doutor em

Medicina Tropical − Área de Concentração:

Parasitologia.

GOIÂNIA-GO, 2010

Page 4: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) GPT/BC/UFG

R672c

Rocha, Luiz Fernando Nunes.

Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos patogênicos a invertebrados dos Cerrados de Goiás [manuscrito] / Luiz Fernando Nunes Rocha. - 2010.

82 f. : figs, tabs. Orientador: Prof. Dr. W. Christian Luz; Co-Orientador: Prof. Dr.

André Kipnis. Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Goiás,

Instituto de Patologia Tropical e Saúde Pública, 2010. Bibliografia: f. 70-81.

1. Controle biológico 2. Hypocreales 3. Triatomíneos 4. Biologia molecular – Morfologia – I.Título CDU: 582.28:592

Page 5: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Agradecimentos

Agradeço a todos que de alguma forma colaboraram para a realização deste trabalho,

em especial:

Ao Dr. Christian Luz, Professor do Departamento de Microbiologia, Imunologia,

Parasitologia e Patologia (DMIPP), Setor de Parasitologia do Instituto de Patologia Tropical

e Saúde Pública (IPTSP) da Universidade Federal de Goiás (UFG), pela orientação.

Ao Dr. André Kipnis, Professor do DMIPP, Setor de Microbiologia do IPTSP da UFG,

pela co-orientação.

Ao Dr. Richard A. Humber, pesquisador do Robert W. Holley Center for Agriculture

and Health, Ithaca, NY, USA, pelo caloroso recebimento em seu laboratório, envio e apoio na

identificação morfológica de fungos.

A Karen S. Hansen e Micheal M. Wheeler, do mesmo instituto, pelo apoio.

Ao Dr. Peter W. Inglis, pesquisador da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia,

Brasília, DF, pela importante ajuda na caracterização molecular de fungos.

Ao Dr. Marcos R. Faria, pesquisador da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia,

Brasília, DF, pelo envio de isolados de fungos.

Ao Dr. Ionizete G. Silva, Professor do DMIPP, Setor de Parasitologia do IPTSP da

UFG, pela disponibilização de insetos vetores.

A Regiane O. Silva, Genésio P. S. Neto e Martin Unterseher pelo auxílio nas coletas de

substratos e isolamento de fungos.

Ao IBAMA e ao Jeremias Lunardelli, proprietário da Fazenda Santa Branca, pela

permissão para coleta de substratos.

Ao IPTSP e ao Programa de Pós-Graduação em Medicina Tropical e Saúde Pública da

UFG, pela oportunidade.

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa

concedida.

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo

auxílio financeiro.

Ao Setor de Parasitologia e aos colegas do Laboratório de Patologia de Invertebrados

em especial à Professora Dra. Adelair Helena dos Santos, pela ajuda.

À equipe do Laboratório de Bacteriologia Molecular pela receptividade e auxílio.

Aos meus pais e irmãos, pelo apoio e incentivo.

À minha esposa Wanessa, pela força, compreensão e apoio.

i

Page 6: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Sumário

Agradecimentos ............................................................................................................ i

Resumo ......................................................................................................................... iii

Abstract ........................................................................................................................ v

Justificativa................................................................................................................... 1

Introdução/Revisão bibliográfica ................................................................................. 3

1- Importância de invertebrados na saúde humana .......................................... 3

1.1- Artrópodes vetores ........................................................................ 3

1.1.1- Triatomíneos e a doença de Chagas ............................... 3

1.1.2- Culicídeos transmissores de doenças ............................. 4

1.1.3- Carrapatos de importância na saúde humana ................. 5

1.2- Moluscos hospedeiros intermediários de helmintos ..................... 6

2- Controle de invertebrados ........................................................................... 7

2.1- Controle clássico .......................................................................... 7

2.2- Controle microbiano ..................................................................... 8

2.2.1- Fungos ........................................................................... 9

3- Cerrado ........................................................................................................ 11

4- Isolamento de fungos .................................................................................. 11

5- Identificação e caracterização de fungos .................................................... 12

Objetivos ..................................................................................................................... 14

Artigo: Occurrence of invertebrate-pathogenic fungi in a Cerrado ecosystem in

Central Brazil ....................................................................................................... 15

Manuscrito 1: Morphology and Molecular Phylogeny of some Evlachovaea-like Fungi

from the Central Brazilian Cerrado and their activity against Triatoma infestans 22

Manuscrito 2: Occurrence of Metarhizium spp. from Central Brazil and their activity

against Triatoma infestans ................................................................................... 51

Conclusões .................................................................................................................. 64

Bibliografia ................................................................................................................. 65

Anexo do artigo I ........................................................................................................ 77

ii

Page 7: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Resumo

A grande biodiversidade de fungos patogênicos para invertebrados e o potencial desses

patógenos para controle de pragas até hoje pouco conhecido ressaltam a importância de se

procurar por novas espécies e linhagens eficazes. O Cerrado é considerado um dos “hotspots”

de biodiversidade e pouco se sabe sobre a ocorrência e a atividade de fungos patogênicos para

invertebrados encontrados neste bioma. No presente trabalho foi realizado levantamento de

fungos em diferentes áreas do Cerrado de Goiás. Foram coletadas amostras de substrato,

sedimento, água e insetos moribundos ou mortos para o isolamento de fungo. Vetores de

importância médica como triatomíneos (Triatoma infestans e Rhodnius neglectus), mosquitos

(Aedes aegypti e Culex quinquefasciatus), carrapato (Riphicephalus (Boophilus) microplus) e

caramujo (Biomphalaria glabrata), foram usados como isca para isolamento de fungos. Após o

isolamento de fungos eles foram identificados morfologicamente e incluídos na coleção do

Instituto de Patologia Tropical e Saúde Pública, Universidade Federal de Goiás. Para alguns

isolados de Evlachovaea e Metarhizium foram realizados uma caracterização molecular e teste

de atividade contra T. infestans. Um total de 561 amostras de solo (440), sedimento (106) e

água (15) foi coletado em diferentes áreas do Estado de Goiás. Das amostras coletadas na

Fazenda Santa Branca, foram obtidos 68 isolados de fungos patogênicos que foram

identificados como pertencentes aos gêneros Aspergillus, Beauveria, Cladosporium,

Evlachovaea, Fusarium, Gliocladium, Isaria, Lecanicillium, Metarhizium, Paecilomyces,

Pochonia e Trichoderma. Das outras áreas de coletas foram detectados 106 isolados de

Metarhizium spp. e 6 de Evlachovaea spp., sendo 65 isolados de Metarhizium e 1 de

Evlachovaea do Parque Nacional das Emas, 33 e 1 da região Nordeste do Estado de Goiás, e 8

e 4 da Floresta Nacional de Silvânia, respectivamente. A maioria dos fungos foi isolada de

solos utilizando triatomíneos como isca. Em insetos coletados mortos e com desenvolvimento

fúngico foram identificados fungos dos gêneros Aschersonia, Batkoa, Beauveria, Cordyceps,

Evlachovaea, Fusarium, Lecanicillium, Pandora e Torrubiella. Todos os isolados de

Metarhizium spp. e Evlachovaea spp. testados induziram alta mortalidade em T. infestans em

umidade relativa (UR) perto da saturação. O valor mais baixo de tempo letal de 90% foi de 6,6

d (6,3 – 7,1 (M. robertsii IP 34)) e 7,1 d (6,7 – 7,8 (Evlachovaea IP 141)), após tratamento de

T. infestans e exposição à UR > 98%. A concentração letal de 50% (CL50) do IP 34 foi de

2,8x103 (I.C. 4,4 x102-4,6x103) e o CL90 foi de 7,2x103 (I.C. 4,4x103-6,4x105) CFU/cm2 aos 10

d após inoculação. Em UR de 75% a mortalidade dos triatomíneos não ultrapassou 20%.

Estudos morfológicos e o seqüênciamento da região ITS e TEF dos isolados de Evlachovaea

mostraram que o gênero Evlachovaea deve ser sinonimizado com Isaria, sendo que o maior

grupo de isolados previamente identificados como Evlachovaea são I. cateniannulata e o

iii

Page 8: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

menor grupo é provavelmente uma nova espécie de Isaria. O seqüênciamento das regiões TEF

e ITS mostrou que os isolados de Metarhizium são pertencentes às espécies de M. anisopliae,

M. robertsii, M. flavoviride var. pemphigi e o maior grupo de isolados podem ser uma nova

espécie Metarhizium ou uma variedade de M. anisopliae. Os resultados confirmaram que nos

Cerrados estão presentes uma alta diversidade de fungos e alguns deles, em especial M.

robertsii (IP 34) e Evlachovaea (IP 141), têm potencial para o controle biológico de T.

infestans.

iv

Page 9: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Abstract

The high biodiversity of fungi pathogenic to invertebrates and their potential to control

pests until today not well known emphasize the importance to look for new effective species

and strains. The Cerrado is considered one of the “hotspots” of biodiversity and little is known

about the occurrence and the potential of fungi pathogenic to invertebrates found in this biome.

In the present study a survey of fungi was carried out in different areas of the Cerrado of Goiás.

Samples of soil, slurry, water and moribund or dead insects were collected for isolation of

fungi. Vectors of medical importance such as triatomines (Triatoma infestans and Rhodnius

neglectus), mosquitoes (Aedes aegypti and Culex quinquefasciatus), ticks (Riphicephalus

(Boophilus) microplus) and snails (Biomphalaria glabrata) were used as baits for isolation of

fungi. After isolation fungi were morphologically identified and included in the collection of

Institute of Tropical Pathology and Public Health, Federal University of Goiás. Some isolates

of Evlachovaea and Metarhizium were molecularly characterized and activity tested against T.

infestans. A total of 561 samples of soil (440), slurry (106) and water (15) was collected in

different areas of Goiás State. Concerning samples collected at Fazenda Santa Branca, 68

isolates of pathogenic fungi were obtained and identified as belonging to the genera

Aspergillus, Beauveria, Cladosporium, Evlachovaea, Fusarium, Gliocladium, Isaria,

Lecanicillium, Metarhizium, Paecilomyces, Pochonia and Trichoderma. An total of 106

isolates of Metarhizium spp. and 6 of Evlachovaea spp. were sampled in other areas, being 65

isolates of Metarhizium and 1 of Evlachovaea from the Ema National Park, 33 and 1 from the

Northern portion of Goiás state, and 8 and 4 from the Silvânia National Forest, respectively.

Most fungi were isolated from soils using triatomines as baits. Fungi from genera Aschersonia,

Batkoa, Beauveria, Cordyceps, Evlachovaea, Fusarium, Lecanicillium, Pandora and

Torrubiella were isolated from mycosed cadavers. All tested isolates of Metarhizium spp. and

Evlachovaea spp. induced high mortality of T. infestans in relative humidity (RH) close to

saturation. The lowest values for lethal time of 90% were 6.6 d (6.3 – 7.1 d; M. robertsii IP 34)

and 7.1 d (6.7 – 7.8 d; Evlachovaea IP 141), after treatment of T. infestans and exposure to RH

> 98%. The lethal concentration to obtain 50% mortality (LC50) of IP 34 was 2.8x103 (C.I. 4.4

x102-4.6x103) and the LC90 was 7.2x103 (C.I. 4.4x103-6.4x105) CFU/cm2 at 10 d p.i. In RH

75% mortality of triatomines did not exceed 20%. Morphological studies and sequencing of the

ITS and TEF region of Evlachovaea isolates showed that genus Evlachovaea must be

synonymized with Isaria, and that the largest group of isolates previously identified as

Evlachovaea are I. cateniannulata, whereas the smaller group is probably a new species of

Isaria. The sequencing of the TEF and ITS regions showed that Metarhizium isolates belong to

species M. anisopliae, M. robertsii, M. flavoviride var. pemphigi, and the largest group of

v

Page 10: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Metarhizium isolates can be a new species of Metarhizium or a M. anisopliae variety. The

results confirmed that in the Cerrado a high diversity of fungi is present and some of them, in

special M. robertsii (IP 34) and Evlachovaea (IP 141) have potential for biological control of

T. infestans.

vi

Page 11: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Justificativa

As diferentes áreas tropicais dispõem de um grande número de microrganismos

patogênicos para invertebrados, cuja uma grande parte ainda é desconhecida do homem. Estes

organismos e seus metabólitos secundários, com atividade tóxica, têm grande utilidade para o

controle biológico de pragas encontradas no Brasil. A utilização de microrganismos

patogênicos, como fungos, bactérias e vírus, abriu novos caminhos para o controle de

invertebrados nocivos nas áreas agrária, médica e veterinária (Alves & Lopes 2008).

Uma das vantagens de fungos em relação aos outros microrganismos, é a invasão do

hospedeiro através da cutícula e não por via oral (Lacey & Goettel, 1995). Além disso, existem

fungos de largo espectro e capazes de colonizar diferentes estágios de desenvolvimento de

invertebrados (Alves & Lopes 2008). Mesmo diante do grande potencial de fungos para o

controle biológico, esses microrganismos ainda são pouco empregados quando comparados

com pesticidas químicos. Contudo, o interesse em estudar e utilizar fungos no controle

biológico no Brasil e em outros países aumentou consideravelmente nas últimas décadas

(Alves & Lopes 2008). Aproximadamente 130 micopesticidas comerciais estão sendo

produzidos e comercializados em mais de 25 países (Faria & Wraight 2007). Para o combate de

artrópodes, as principais espécies utilizadas são fungos cosmopolitas como Beauveria bassiana

e Metarhizium anisopliae. Na América Latina, o Brasil destaca-se na produção e utilização de

micoinseticidas para o combate de pragas agrícolas (Faria & Wraight 2007, Alves & Lopes

2008). Em 2006, o faturamento no Brasil com produtos à base de fungos atingiu

aproximadamente U$ 10 milhões (Alves & Lopes 2008). Porém, ainda pouco se sabe sobre a

utilidade desses ou de outros fungos para o combate de invertebrados vetores.

Algumas espécies de fungos dos gêneros Beauveria, Metarhizium, Isaria e Hirsutella,

dentre outros, já foram testadas em condições de laboratório contra importantes vetores como

triatomíneos, mosquitos e carrapatos (Luz et al. 1998 a, b, 2003 b, Scholte et al. 2004,

Fernandes & Bittencourt 2008). Porém, em condições de campo, poucos testes foram

realizados e os resultados obtidos não foram tão satisfatórios como em laboratório (Fernandes

& Bittencourt 2008).

O desenvolvimento de produtos à base de novos fungos com maior atividade e melhor

adaptação às condições ambientais onde esses produtos serão aplicados é de extrema

importância na consolidação de um controle de vetores à base de fungos. Para isso se fazem

necessários novos levantamentos de fungos em regiões onde se pretenda utilizá-los.

Fungos patogênicos são isolados diretamente de indivíduos infectados, vivos ou mortos,

ou indiretamente, de substratos contaminados utilizando invertebrados como isca ou meios

Page 12: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

seletivos (Almeida & Filho 2001, Luz et al. 2007 a, Rocha & Luz 2009). A utilização de

invertebrados vetores como isca permite um isolamento mais específico enquanto meios

seletivos ou semi-seletivos são empregados para isolamento mais generalizado de fungos.

Poucos trabalhos sobre isolamento de novas espécies e linhagens de microrganismos foram

realizados nos diferentes biomas do Brasil (Shimazu et al. 1994, Luz et al. 2004 a, Monnerat et

al. 2005, Silva et al. 2004). O Cerrado é o segundo maior bioma brasileiro com

aproximadamente 2 milhões de km2 (Klink & Machado 2005) e considerado um dos “hotspots”

de biodiversidade em todo mundo (Myers et al. 2000). Novas prospecções de fungos em áreas

não antropisadas do Cerrado e testes sobre a atividade de novos isolados contra vetores irão

contribuir para um maior conhecimento sobre a ocorrência e o potencial de fungos patogênicos

para invertebrados encontrados no Cerrado.

A identificação rotineira e classificação de fungos são baseadas em características

morfológicas, nem sempre objetivas. Técnicas moleculares, em especial o seqüênciamento de

genes, têm proporcionado resultados mais seguros na identificação, taxonomia e filogenia de

fungos (Driver et al. 2000, Luangsa-ard et al. 2005, Rehner & Bucckley 2005, Bischoff et al.

2006, 2009). Várias novas sub-espécies, espécies e gêneros de fungos patogênicos para

invertebrados foram propostos desde então (Driver et al. 2000, Luangsa-ard et al. 2005,

Bischoff et al. 2006, 2009). Desta forma, para uma identificação mais precisa de fungos

encontrados no Cerrado faz-se necessário combinar estudos morfológicos com o

seqüênciamento de genes.

O vetor clássico da doença de Chagas no Cone Sul, T. infestans, após campanhas

intensas de combate é considerado erradicado em muitas regiões, inclusive no Centro-Oeste

brasileiro (Dias et al. 2002). Porém, já foram encontradas áreas re-infestadas por T. infestans e

casos de resistência deste vetor a inseticidas em regiões da Argentina e Bolívia (Audino et al.

2004, Picollo et al. 2005, Cécere et al. 2006, Orihuela et al. 2008). Para combates a esse vetor

faz-se necessário a utilização de novos produtos mais eficientes e, de preferência, menos

agressivos ao meio ambiente e ao homem. Nessa perspectiva, micoinseticidas destacam-se

como alternativa ao combate de triatomíneos. Isolados fúngicos altamente virulentos para

triatomíneos poderiam ser empregados no controle integrado deste vetor.

2

Page 13: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Introdução/Revisão Bibliográfica

1- Importância de invertebrados na saúde humana

Os invertebrados são um grupo do reino Animalia formado por espécies que não

possuem coluna vertebral. São seres pluricelulares, possuem tecidos especializados, vivem

como organismos heterotróficos e constituem mais de 90% das espécies de animais descritas.

Esses animais estabelecem uma grande diversidade de relações com outros animais, incluindo

o homem. Na área de saúde, alguns invertebrados como moluscos, carrapatos e especialmente

insetos têm grande importância por serem transmissores de patógenos ou parasitos para o

homem e outros vertebrados.

A classe Insecta constitui um dos grupos mais bem-sucedidos do reino Animalia e

indivíduos pertencente a essa classe podem ser encontrados em quase todos os ecossistemas do

planeta. Os insetos são caracterizados por possuírem cabeça, tórax e abdome distintos, três

pares de patas articuladas, peças bucais externas, por terem onze ou menos segmentos

abdominais e 2, 1 ou nenhum pares de asas. Esta classe contém vetores importantes, sobretudo

culicídeos, outros dípteros, triatomíneos, pulgas e piolhos.

1.1- Artrópodes vetores

1.1.1- Triatomíneos e a doença de Chagas

Triatomíneos são insetos hemimetabólicos que possuem três estágios de

desenvolvimento: ovo, ninfa e adulto. As ninfas se diferenciam dos adultos por não possuírem

asas e por não serem capazes de se reproduzir. A maioria destes insetos tem hábito noturno

exercendo a hematofagia desde eclosão das ninfas até adulto, tanto os machos como as fêmeas.

Já foram descritas mais de 130 espécies que são classificadas em 6 tribos e 19 gêneros. Com

exceção do gênero Linshcosteus e algumas espécies do gênero Triatoma, todos os outros

triatomíneos ocorrem exclusivamente no continente americano, desde a Argentina até os

Estados Unidos da América. Nas Américas são transmissores de Trypanosoma cruzi, agente

etiológico da doença de Chagas. Mais de 12 milhões de pessoas estão infectadas com o

protozoário e outras 28 milhões vivem em áreas de risco (Dias et al. 2008). Atualmente, a

doença de Chagas é endêmica em 28 países. A maioria dos triatomíneos é silvestre e associada

com uma ampla variedade de hospedeiros vertebrados, que servem como reservatório do

parasito. Algumas espécies adaptaram-se a ambientes peridomiciliares ou domiciliares e têm

papel importante como transmissores de T. cruzi para o homem e animais domésticos. No sul

da América Latina o vetor clássico intradomiciliar, Triatoma infestans, com vasta distribuição

e densidades elevadas, após campanhas intensas de combate é considerado erradicado em

3

Page 14: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

muitas regiões do Cone Sul, inclusive no Centro-Oeste brasileiro (Dias et al. 2002). Porém, já

foram encontradas áreas re-infestadas por T. infestans e casos de resistência deste vetor a

inseticidas químicos em regiões da Argentina e Bolívia (Audino et al. 2004, Picollo et al. 2005,

Cécere et al. 2006, Orihuela et al. 2008). Além disso, espécies peridomiciliares e silvestres

estão invadindo e ocupando ambientes domiciliares e a transmissão vetorial dessa doença,

mesmo sendo baixa atualmente, não está banida. Espécies como Triatoma sordida, Triatoma

brasiliensis, Triatoma dimidiata, Triatoma pseudomaculata, Panstrongylus rufotuberculatus,

Rhodnius nasutus, Rhodnius negletus, Rhodnius stali, Eratyrus mucronatus e outras já foram

encontradas no interior de casas (Noireau et al. 1995; Dujardin et al. 1998, 2000; Schofield et

al. 1999; Matias et al. 2003). No estado de Goiás, R. neglectus, T. sordida, Triatoma williami e

Triatoma costalimai são espécies com alta adaptação domiciliar comprovada (Silveira et al.

1984; Silva et al. 1992).

1.1.2- Culicídeos transmissores de doenças

Os culicídeos são insetos holometabólicos que possuem quatro estágios distintos: ovo,

larva, pupa e adulto. Dependendo da espécie, ocorrem em ambientes silvestres, rurais ou

urbanos. Somente as fêmeas são hematófagas e responsáveis pela transmissão de diversos

agentes como vírus, protozoários e helmintos. Os três gêneros de maior importância são

Anopheles, Aedes e Culex.

Aedes aegypti é uma espécie de origem africana que atualmente está presente em quase

todos países das regiões tropicais e subtropicais. As fêmeas são sinantrópicas, adaptadas a

ambientes urbanos, e apresentam hábitos alimentares diurnos. Os criadouros localizam-se em

ambientes intra e peridomiciliares em pequenas coleções de água pobres em matéria orgânica e

sais. A. aegypti é o principal vetor dos vírus da dengue e da febre amarela urbana (FAU) no

mundo. Nas últimas décadas os casos de dengue aumentaram devido à alta dispersão

geográfica tanto do vírus como do mosquito (Gubler 2005). Atualmente a dengue é endêmica

em pelo menos 100 países e cerca de 2,5 bilhões de pessoas vivem em áreas de risco (WHO

2007). Estima-se que a cada ano 50 milhões de pessoas contraiam a dengue em todo mundo.

Dessas, cerca de 400 mil desenvolvem para dengue hemorrágica e o número de mortos é de

aproximadamente 24 mil pessoas (WHO 2002, 2007). A dengue é uma das arboviroses mais

importantes por estar associada a aglomerações urbanas e apresentar peculiaridades que

dificultam o desenvolvimento de vacinas e medicamentos (Yasui 1993, Khin et al. 1994). No

Brasil, Ae. aegypti tem grande importância devido a sua vasta distribuição, elevada densidade,

pela alta transmissão da dengue e pelo risco da transmissão e reurbanização da febre amarela.

Apesar da existência de vacina contra o vírus amarílico, a cada ano são relatados casos de febre

4

Page 15: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

amarela na América do Sul e África. A febre amarela é endêmica em 33 países da África e 11

da América do Sul (WHO 2005, Barrett & Higgs 2007).

Culex quinquefasciatus é encontrado em regiões tropicais e sub-tropicais. Essa espécie

é o maior perturbador do repouso noturno humano. Além disso, transmite a Wuchereria

bancrofti, agente etiológico da filariose linfática humana. A espécie é altamente sinatrópica e

associada a aglomerados urbanos e rurais. Procria principalmente em água com matéria

orgânica em decomposição. Nas Américas, as fêmeas alimentam-se nas horas mais avançadas

da noite, coincidindo com a presença de microfilárias de W. bancrofti no sangue periférico. No

Brasil, focos endêmicos existem até hoje principalmente no litoral norte e nordeste. A

prevalência da filariose linfática aumentou em países de clima tropical e subtropical úmido,

principalmente pela expansão não planejada da urbanização em áreas endêmicas. Estima-se em

cerca de 120 milhões o número de pessoas parasitadas em todo mundo. No Brasil, esse número

é de aproximadamente, 49 mil pessoas e mais de 3 milhões moram em áreas de risco com focos

endêmicos nas regiões norte e nordeste (Medeiros et al. 2004).

Os mosquitos do gênero Anopheles são encontrados em todo mundo exceto em regiões

polares. Têm hábitos essencialmente silvestres, porém existem espécies adaptadas a ambientes

peridomiciliares e domiciliares. Seus criadouros são pequenos e médios cursos de água e em

imbricamento de folhas. A maioria das fêmeas realiza a hematofagia durante o dia

apresentando diferenças nos picos de atividade em função da espécie. Os anofelinos são os

vetores de maior importância na área de saúde por transmitirem Plasmodium spp., agentes

etiológicos da malária. A malária é a doença parasitária que acomete o maior número de

pessoas em todo o mundo. Só em 2006 foi estimado que 247 milhões de pessoas contraíram

essa parasitose. Destes, 212 milhões foram provenientes da África. A mortalidade foi de

aproximadamente um milhão de pessoas, sendo a maioria crianças com menos de 5 anos

(WHO 2008). Segundo relatório da Organização Mundial da Saúde (OMS), 109 países foram

considerados endêmicos para malária com 45 pertencendo ao continente africano. Atualmente,

cerca de 3,3 bilhões de pessoas moram em áreas de risco (WHO 2008). Das 40 espécies de

anofelineos, a principal espécie vetora é A. Gambiae, responsável pela maioria dos casos de

transmissão na África. No Brasil, a principal espécie é o A. darlingi, mosquito altamente

suscetível aos Plasmodium spp. Esta espécie apresenta acentuada sinantropia, sendo que as

fêmeas podem atacar o homem em áreas peridomiciliares, mas preferem fazê-lo dentro das

casas, principalmente ao crepúsculo vespertino e matutino.

1.1.3- Carrapatos de importância na saúde humana

5

Page 16: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Os carrapatos são artrópodes incluídos na ordem Acari, classe Arachnida, pertencentes

principalmente às famílias Ixodidae e Argasidae. São artrópodes com fases larval, ninfal e

adulta que possuem o corpo fundido, achatado dorsoventralmente, dividido em falsa cabeça ou

gnatossoma e idiossoma. As larvas são hexápodas, enquanto as ninfas e adultos possuem oitos

patas. Ambos machos e fêmeas são ectoparasitas hematófagos, responsáveis pela transmissão

de vírus, bactérias e protozoários para o homem e outros animais. Depois dos mosquitos, os

carrapatos são os principais artrópodes vetores de doenças (Dennis & Piesman 2005). Dentre as

doenças humanas transmitidas por carrapatos destacam-se a febre maculosa, doença de Lyme,

tifo exantemático americano, tularemia, ehrlichiose, borreliose, babesiose, entre outras

(Vranjac 2002, Charrel et al. 2004, Rodgers & Mather 2007, Ahantarig et al 2008). As espécies

de carrapatos Amblyomma cajennense, Rhipicephalus sanguineus, R. (Boophilus) microplus e

Dermatocentor nitens são as mais encontradas no Brasil e responsáveis por grandes prejuízos,

tanto no meio veterinário quanto na área médica humana (Lemos et al. 2002, Martins et al.

2004, Neves 2005). No Brasil, a principal doença transmitida ao homem por carrapato é a febre

maculosa brasileira, na qual o agente etiológico é a bactéria Rickettsia rickettsii do grupo da

febre maculosa. Os homens são hospedeiros acidentais, não são considerados reservatórios da

doença e não colaboram com a propagação do agente. Os primeiros casos no Brasil datam de

1929 no Estado de São Paulo; a partir desse ano, ocorreram casos em outros estados,

principalmente do suldeste brasileiro (Vranjac 2002).

1.2- Moluscos hospedeiros intermediários de helmintos

O filo Mollusca é o segundo maior filo do reino Animalia, com mais de 80 mil

espécies. Os moluscos têm o corpo mole circundado por uma formação carnosa denominada de

manto. Tipicamente apresentam uma cabeça anterior, boca com rádula e pé ventral. A classe

Gastropoda é a mais importante na área de saúde humana. A maioria dos trematódeos

digenéticos exige gastrópodes como hospedeiros intermediários durante a fase larval. Oito

trematódeos são causadores de importantes doenças para o homem em todo o mundo:

Schistosoma mansoni, S. haematobium, S. japonicum, Clonorchis sinensis, Fasciolopsis buski,

Paragonimus westermani, Opistorchis tenuicollis e Heterophyes heterophyes.

No Brasil, os caramujos com importância na transmissão de doenças são do gênero

Biomphalaria e Lymnaea. Já foram identificadas dez espécies de Biomphalaria no país. Porém,

apenas B. glabrata, B. tenagophila, B. straminea foram encontradas eliminando cercárias de S.

mansoni no meio ambiente. A esquistossomose é uma doença parasitária que afeta

aproximadamente 200 milhões de pessoas em países tropicais e subtropicais e mais de 600

milhões de pessoas vivem em áreas de risco (WHO 2006). A cada ano, mais de 100 mil casos

6

Page 17: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

de esquistossomose são identificados no Brasil, sendo a região nordeste seguido da sudeste as

áreas com mais casos desta doença (Ministério da Saúde, site). Lymnaea columela e L. viatrix

são os principais hospedeiros intermediários de Fasciola hepatica. A importância da fasciolose

humana aumentou nas últimas décadas, com um crescente número de casos (Mas-Coma et al.

1999). No Brasil, os casos desta doença são restritos a algumas regiões nos Estados do Sul

sendo que a fasciolose animal está em expansão e com isso aumenta a chance da transmissão

para o homem (Guimarães 2005).

2- Controle de invertebrados

2.1- Controle clássico

Há décadas, produtos sintéticos são a principal forma de combate a invertebrados

vetores. Primeiros inseticidas utilizados para o combate de mosquitos e triatomíneos foram o

DDT, hexaclorocicloexano (BHC), dieldrin e outros organoclorados, a partir de 1945

(Hemingway & Ranson 2000, Aché & Matos 2001). Em 1955, a OMS recomendou o uso do

DDT para a erradicação global da malária através da borrifação em domicílios. Entretanto,

logo após a euforia inicial foram registrados os primeiros casos de resistência de anofelinos ao

DDT. Logo depois, outros mosquitos também foram encontrados resistentes aos inseticidas

(Hemingway & Ranson 2000). Muitos organoclorados foram então retirados do mercado por

afetar a saúde do homem e de animais, e por serem altamente agressivos ao meio ambiente

(D’Amato et al. 2002). Novas classes de inseticidas sintéticos constituídas por

organofosforados, carbamatos e piretróides foram desenvolvidas para obter produtos mais

seguros e eficazes. Porém, a utilização indiscriminada desses sintéticos agravou o desequilíbrio

ambiental e o número de casos de resistência não deixou de crescer em mosquitos (Karunaratne

& Hemingway 2001, Alexander & Maroli 2003, Somboon et al. 2003) e triatomíneos (Zerba

1999, Vassena et al. 2000, Audino et al. 2004).

A resistência de artrópodes a inseticidas químicos ocorre por mecanismos

comportamentais e fisiológicos (Roberts & André 1994, Brogdon & McAllister 1998). No

primeiro caso, um artrópode muda de comportamento e evita assim um contato com o produto.

A resistência fisiológica aparece com a síntese de enzimas específicas como esterases,

glutathione s- transferase ou monooxygenases pelos insetos que desativam o inseticida

(Hemingway et al. 2004). Essas enzimas têm sido relatadas atuando em organoclorados,

organofosforados, piretróides e carbamatos (Hemingway & Ranson 2000). A resistência foi

encontrada também após substituição de aminoácidos chaves no sítio de ligação do inseticida

por outros impedindo a ligação específica e atuação do inseticida (Brengues et al. 2003).

Atualmente, a maioria dos estudos sobre o controle de carrapatos está ligado a espécies

7

Page 18: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

que têm importância na pecuária. O controle destes e de outros carrapatos está relacionado ao

uso de acaricidas sintéticos de contato, pour on e sistêmicos. Vários produtos acaricidas à base

de organofosforados, carbamatos, amidinas, piretróides, fenil pirazol, avermectinas,

benzofeniluréias, dentre outros, são aplicados para o combate desses artrópodes e, em todo

mundo, já foram encontradas populações de carrapatos resistentes aos diferentes acaricidas

(Martins et al 2001, George et al. 2004, Graf et al. 2004, Saueressig TM 2006, Mendes et al.

2007).

Moluscicidas têm sido usados para o controle de caramujos vetores desde a década de

1950. Um dos primeiros produtos bastante utilizado no combate de Biomphalaria spp. foi

niclosamida, produzido com o nome comercial de Bayluscide, que também foi empregado para

o controle de Lymnaea spp. Este moluscicida sintético é efetivo contra todos os estágios de

desenvolvimento de Biomphalaria (Lowe et al. 2005). Porém, este produto causou efeito

nocivo contra plantas e animais não-alvo (Andrews et al. 1983) além de ser genotóxico e

cancerígeno (Vega et al. 1988). O alto custo, a possibilidade de recolonização dos caramujos e

a toxicidade deste produto são fatores limitantes para o seu uso em programas oficiais de

controle de moluscos de importância na saúde (Pierre 1995, Sarquis et al. 1997, 1998, Mello-

Silva et al. 2006). Outros produtos têm sido estudados e utilizados para o controle de

caramujos vetores (Singh & Agarwal 1991, Xiaonong et al. 2002, Tantawy 2006).

2.2- Controle microbiano

Devido à preocupação sobre casos de resistência de invertebrados a produtos sintéticos

e conscientização crescente sobre o risco destes químicos para o homem e o meio ambiente,

microrganismos patogênicos, estão sendo estudados no combate a invertebrados. Estes

patógenos são geralmente mais específicos do que produtos sintéticos e apresentam baixa ou

nenhuma toxidez para vertebrados e plantas (Whiteley & Schnepf 1986). Resultados sobre

atividade de bactérias contra insetos vetores, especialmente larvas de culicídeos, confirmaram a

utilidade destes microrganismos no controle biológico. As bactérias mais estudadas e utilizadas

são Bacillus thuringiensis israelensis (B.t.i.) e B. sphaericus (B.s.). Ambas bactérias tiveram

ação seletiva e rápida contra larvas de culidídeos e outros dípteros de importância em saúde

pública (Federici et al. 2003, Monnerat et al. 2005). A ação patogênica destas bactérias se deve

à produção de diferentes toxinas, como as toxinas de cristal, a MTX, entre outras (Charles et al.

1996, Polanczyk et al. 2003). A atuação conjunta e complexa destas toxinas reduz a

probabilidade de induzir resistência nas larvas (Regis et al. 2001). Tanto B.t.i. quanto B.s. já

são usados em programas de controle de mosquitos no Brasil (Regis et al. 2000, Lima et al.

8

Page 19: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

2005). Porém, estudos recentes têm mostrado o surgimento de populações de larvas de

culicídeos mais resistentes à toxina de B.s. (Amorin et al. 2007, Chalegre et al 2009).

Outros microrganismos como os Baculovirus spp. estão sendo utilizados com sucesso

para combate de pragas agrícolas como Anticarsia gemmatalis que acomete plantações de soja

(Moscardi & Souza 2002). Porém, existem poucos estudos sobre atividade de vírus em vetores

como mosquitos e triatomíneos (Barreau et al. 1996, Muscio et al. 1997, 2000, Rozas-Dennis et

al. 2002). Esses insetos também são acometidos por vírus como Aedes albopictus Parvovirus e

Triatoma vírus, mas não se conhece isolados com alta virulência.

O principal mecanismo de infecção de invertebrados por vírus e bactérias patogênicos

para invertebrados é por via oral. Larvas de dípteros ou sifonápteros ingerem formas

infectantes com o alimento. Contudo, para combate de invertebrados hematófagos como

fêmeas adultas de dípteros, triatomíneos, ou carrapatos, esses microrganismos não são

indicados pois dificilmente seriam ingeridos por hematófagos. Outros patógenos como fungos

que invadem seus hospedeiros principalmente pela cutícula têm potencial para o combate

integrado desses vetores (Lacey & Goettel 1995).

2.2.1- Fungos

Os fungos constituem o segundo maior grupo de organismos eucariontes do planeta,

atrás apenas dos insetos (Rossman et al. 1998). Estima-se que existam 1,5 milhões de espécies

das quais mais de 700 são patogênicas para invertebrados e agrupados em 90 gêneros,

causando cerca de 80% das doenças de insetos e outros artrópodes (Glare & Milner 1991,

Hawksworth 1991, Destéfano et al. 2004). Praticamente nada se sabe sobre atividade

patogênica de fungos para moluscos com importância para saúde humana. Acredita-se que

menos de 5% dos fungos patogênicos para invertebrados foram descritos e caracterizados

(Hawksworth 1991). A grande biodiversidade de espécies e linhagens, com seus metabolitos

secundários tóxicos apresenta um potencial pouco conhecido para controle de vetores e outras

pragas (Butt & Goettel 2000; Inglis et al. 2001).

A invasão do hospedeiro pelo fungo inicia com a adesão de formas infectantes,

geralmente conídios, à cutícula. Durante a germinação de conídios muitos fungos formam,

além do tubo germinativo, um apressório na extremidade, que serve como apoio durante a

penetração da cutícula. Quando não há a formação de apressório , uma massa mucilaginosa ao

redor do tubo germinativo auxilia a manutenção do fungo sobre a cutícula e libera enzimas. A

penetração ocorre através de processos mecânicos e fisiológicos, como ação de enzimas. Após

a penetração, o fungo forma corpos hifais e dissemina-se na hemolinfa do hospedeiro.

Dependendo da virulência do fungo e da suscetibilidade do inseto a infecção pode levá-lo à

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Page 20: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

morte. Após a morte e em umidade favorável, novo micélio aparece sobre o cadáver e o fungo

produz conídios ou esporos que são disseminados pelo ambiente e contaminam novos

hospedeiros.

Fungos foram um dos primeiros patógenos de insetos utilizados para combate de pragas

agrícolas (Metchnikoff 1879). Nas últimas décadas o interesse pelo controle biológico de

invertebrados com fungos tem aumentado bastante. Contudo, a grande maioria dos estudos e

aplicações é relacionada ao controle de pragas agrícolas e existem poucos trabalhos sobre

fungos atuando em vetores de doenças humanas em condições de campo. Os três gêneros de

maior interesse para combate de estágios aquáticos de mosquitos são, Lagenidium,

Culicinomyces e Coelomomyces. Porém, até hoje foi desenvolvido um único produto à base de

L. giganteum, para combate de larvas de culicídeos (Scholte et al. 2004). Infelizmente, esse

produto (LaginexTM) foi comercializado por pouco tempo nos EUA é desde anos não está mais

disponível no mercado. A principal vantagem de L. giganteum para combate é sua alta

resistência em condições de campo. Conforme Federici (1995) é necessária apenas uma

aplicação por estação. Contudo, esta espécie como outros oomycetos não são mais

considerados pertencentes ao reino Fungi e estão agrupados no reino Straminipila (=

Chromista) (Alexopoulos et al. 1996, Hibbet et al. 2007). Recentes trabalhos mostraram que

outros fungos, que normalmente não ocorrem em habitats aquáticos, também têm atividade em

larvas e ovos de culicídeos (Scholte et al. 2004, Silva et al. 2004, 2005, Luz et al. 2007 b, 2008,

Albernaz et al. 2009, Santos et al. 2009).

Os primeiros testes sobre atividade de fungos em triatomíneos foram feitos na década

de 1960 (Dias & Leão 1967). Desde então, foram feitos vários estudos sobre o impacto de

fatores abióticos como umidade relativa e temperatura e de fatores bióticos como virulência

dos fungos, suscetibilidade ligada a espécie, estádio e interfase sobre a eficácia de fungos,

especialmente de Beauveria bassiana e M. anisopliae (Romaña & Fargues 1992, Luz et al.

1994, 1998 b, c, 1999, 2003 a, 2004 a, c, Lecuona 2001). Estes fungos já foram encontrados

em habitats peridomiciliares de triatomíneos (Luz et al. 2004 a). Existem também relatos sobre

ocorrência natural de B. bassiana em triatomíneos encontrados mortos em áreas rurais aa Índia

e Argentina (Parameswaran & Sankaran 1977, Marti et al. 2005) e de outra espécie patogênica

ainda não descritas do gênero Evlachovaea, encontrada sobre uma ninfa morta de T. sordida no

estado de Goiás (Luz et al. 2003 b). Estas observações confirmaram que fungos podem atuar

como inimigos naturais de triatomíneos. Em testes de campo, na proximidade de São Luís de

Montes Belos, no estado de Goiás, o número de T. sordida em áreas peridomiciliares diminuiu

claramente durante pelo menos 6 meses após aplicação de conídios formulados em óleo-água

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Page 21: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

de B. bassiana (Luz et al. 2004 b). Também foram encontrados indivíduos mortos com hifas e

conídios de B. bassiana na superfície da cutícula.

Fungos são relatados como os principais patógenos de carrapatos e atuam como

controladores de populações destes hospedeiros em condições de campo (Samish & Rehacek

1999). Fungos do gênero Aspergillus, Beauveria, Fusarium, Metarhizium, Paecilomyces e

Lecanicillium já foram isolados de carrapatos coletados no meio ambiente (Samish and

Rehacek 1999, Costa et al. 2002). Os fungos mais estudados para o controle de carrapatos são

dos gêneros Metarhizium e Beauveria. Várias espécies de carrapatos, em diferentes estágios de

desenvolvimento, já foram tratadas com esses patógenos obtendo resultados promissores

(Samish & Rehacek 1999, Fernandes & Bittencourt 2008). Porém, poucos testes de campo

foram realizados para comprovar a eficiência de fungos no combate destes vetores (Fernandes

& Bittencourt 2008).

3- Cerrado

O Cerrado é a maior savana da América do Sul com aproximadamente 2 milhões de

km2 sendo o segundo maior bioma do Brasil abrangendo 13 estados e o Distrito Federal (Klink

& Machado 2005). Apresenta duas estações bem marcadas: inverno seco e verão chuvoso. A

precipitação média anual é de 1.500 mm e as temperaturas são geralmente amenas ao longo do

ano, entre 22ºC e 27ºC em média (Klink & Machado 2005). A vegetação, em sua maior parte, é

formada por gramíneas, arbustos e árvores esparsas. As árvores têm caules retorcidos e raízes

longas, que permitem a absorção da água disponível nos solos abaixo de 2 m de profundidade.

Exibe uma das floras mais ricas dentre os ambientes savânicos no mundo e a presença de três

das maiores bacias hidrográficas da América do Sul: Rio Tocantins, Rio São Francisco e Rio

da Prata.

Este bioma é considerado um dos hotspots de biodiversidade em todo mundo (Myers et

al. 2000). Contudo, o Cerrado está seriamente ameaçado pela crescente expansão agrícola,

criação de gado, queimadas e outras atividades humanas. A contínua destruição do Cerrado

tem causado grandes danos ambientais como degradação de ecossistemas, extinção de espécies

endógenas, invasão de espécies exóticas, erosão dos solos, poluição de aqüíferos, desequilíbrio

do ciclo de carbono e modificações climáticas (Klink & Machado 2005). Cerca de 20% do

Cerrado permanecem sem interferência direta humana e menos de 3% destas áreas têm sido

protegidas por lei (Mittermeier et al. 2005).

A acentuada destruição da biodiversidade implica na redução de possíveis

microrganismos úteis, com perdas irreversíveis. Existem poucas informações sobre a

ocorrência e a utilidade de fungos ou outros microrganismos benéficos, presentes no Cerrado,

11

Page 22: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

para o controle biológico de invertebrados (Shimazu et al. 1994, Luz et al. 2004 b, Monnerat et

al. 2005, Silva et al. 2004). Intensos esforços de preservar ecossistemas e realizar estudos e

coletas de fungos são necessários para assegurar uma apropriada preservação in situ de fungos

patogênicos para invertebrados e a sua utilização no controle integrado de pragas.

4- Isolamento de fungos

Fungos são isolados diretamente de invertebrados infectados, encontrados vivos ou

mortos, ou indiretamente de substratos utilizando invertebrados como iscas (Almeida & Filho

2001). Larvas de coleópteros como Tenebrio molitor, Tribolium castaneum e Acanthocinus

aedilis, de lepidópteros como Galleria mellonella, e ninfas de hemípteros como triatomíneos já

foram utilizadas como insetos-isca para isolamento de fungos de substratos (Vänninen 1995,

Luz et al. 2004 a). Além de técnicas de isolamento in vivo, meios semi-seletivos ou seletivos

são empregados para isolamento in vitro de fungos. Fungicidas acrescidos no meio atrasam ou

inibem especificamente o crescimento de fungos indesejados e favorecem o desenvolvimento

do(s) fungo(s) alvo(s). Existem fungos contaminantes, que, na ausência de fungicida, crescem

com alta velocidade e inibem o crescimento de fungos procurados e comprometem assim sua

detecção e isolamento. O conhecimento sobre fungicidas e sua utilidade para isolamento de

fungos patogênicos de invertebrados estão restritos a poucos fungicidas e fungos (Veen &

Ferron 1966; Chase et al. 1986; Yaginuma & Takagi 1986, Mitchell et al. 1987, Sneh 1991,

Liu et al. 1993, Panter & Frances 2003). Além disso, existem poucas informações sobre o

efeito específico de fungicidas para outros fungos com patogenicidade em insetos e demais

invertebrados, e contaminantes ocorrendo nos mesmos habitats. Recentemente, Luz et al. (2007

a) e Rocha & Luz (2009) mostraram que os fungicidas Dodine, Benomyl e especialmente

Thiabendazole foram promissores para o isolamento de 17 espécies de fungos patogênicos para

invertebrados, e na inibição de 10 espécies de fungos sapróbios em condição de laboratório.

5- Identificação e caracterização de fungos

Durante as últimas décadas, o reino Fungi sofreu mudanças substanciais na classificação,

especialmente a partir da introdução de técnicas moleculares. Métodos de identificação e

classificação tradicionais de fungos entomopatogênicos são baseados, sobretudo em

características morfológicas, às vezes subjetivas e ambíguas. Condições de cultivo, o tipo de

meio, e simples mutações podem levar a diferenças morfológicas de um mesmo isolado.

Dentre os caracteres estudados estão a morfologia macroscópica de colônias sobre meios de

cultivo, estruturas microscópicas reprodutivas, a especificidade para hospedeiros e perfis de

metabólitos secundários (Thrane 1990).

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Page 23: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

A partir dos anos 80, importantes técnicas moleculares foram desenvolvidas e passaram a

ser amplamente utilizadas na identificação, diferenciação e classificação de fungos. Técnicas

moleculares combinadas com métodos morfológicos são muito úteis para identificar gêneros e

espécies (Oliveira & Costa 2002). Com o advento da PCR (reação em cadeia de polimerase),

criada em 1983 por Hary Mullis, foi possível amplificar regiões do DNA e comparar o

tamanho dos fragmentos amplificados entre diferentes linhagens e espécies de fungos. Dessa

forma, pode ser estabelecido um grau de proximidade ou distanciamento entre indivíduos

estudados.

A técnica molecular que utiliza a amplificação, ao acaso, de seqüências polimórficas do

DNA (RAPD), uma variação da PCR, tem sido amplamente utilizada por ser uma técnica

simples, barata quando comparada com outras técnicas moleculares e capaz de proporcionar

resultados rápidos e satisfatórios. Uma outra vantagem dessa técnica é a utilização de apenas

uma pequena seqüência arbitrária de nucleotídeos como iniciadores (primers). Esses primers

dirigem a reação de amplificação de locos anônimos no genoma, eliminando assim a

necessidade do conhecimento prévio da seqüência (Lacerda et al. 2002). Muitos trabalhos têm

sido realizados utilizando RAPD para diferenciação de espécies ou linhagens de fungos

patogênicos para invertebrados (Silveira et al. 1998, Driver et al. 2000, Freire et al. 2001,

Dalzoto et al. 2003).

Nos últimos anos, técnicas de caracterização moleculares mais modernas e precisas têm

sido desenvolvidas. O sequenciamento de genes de DNA ribossomal (rDNA) e ou DNA

mitocondrial (mDNA) tem gerado resultados mais seguros sobre aspectos taxonômicos e

filogenéticos de fungos patogênicos para invertebrados (Driver et al. 2000, Luangsa-ard et al.

2005, Rehner & Bucckley 2005, Bischoff et al. 2006). Esta técnica tem como finalidade

determinar a ordem das bases nitrogenadas do segmento amplificado. Regiões do DNA

ribossomal (rDNA) têm sido bastante estudadas para fungos patogênicos (Driver et al. 2000,

Oliveira & Costa 2002, Destéfano et al. 2004, Inglis & Tigano 2006, Torres et al. 2006). Genes

de rDNA incluem regiões que são bem conservadas ou outras com maior divergência. As

regiões 18S e 28S são mais conservadas e úteis na diferenciação entre gêneros e espécies,

enquanto as regiões ITS (internal transcribed spacer) e IGS (intergenic spacer), que apresentam

mais variabilidade, são estudadas na discriminação entre espécies e linhagens (Destéfano et al.

2004). O gene 5.8S, juntamente com as regiões ITS1 e ITS2, foram seqüenciados para estudos

filogenéticos de fungos dos gêneros Paecilomyces, Beauveria, Cordyceps e Metarhizium

(Driver et al. 2000, Fargues et al. 2002, Liu et al. 2002, Han et al. 2005, Luangsa-ard et al.

2005, Rehner & Buckley 2005, Inglis & Tigano 2006, Torres et al. 2006). Para estudos mais

seguros e aprofundados de filogenia estão sendo estudados múltipos genes e regiões como

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Page 24: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

LSU, SSU, 5.8S, ITS, β-tubulina, α-tubulina, RPB1, RPB2 e EF1-α (Sung & Spatafora 2004,

Luangsa-ard et al. 2005, Rehner & Buckley 2005, Bischoff et al. 2006, James et al. 2006).

Várias novas espécies e gêneros de fungos entomopatogênicos foram propostos deste então

(Driver et al. 2000, Sung & Spatafora 2004, Han et al. 2005, Luangsa-ard et al. 2005, Bischoff

et al. 2006, Torres et al. 2006).

Objetivos gerais

- Contribuir para o desenvolvimento de controle biológico de vetores e de outras pragas

- Estudar a ocorrência de fungos patogênicos para invertebrados no bioma Cerrado

Objetivos específicos

- Isolar e identificar morfologica e molecularmente fungos patogênicos coletados do Cerrado

- Avaliar a atividade de fungos em triatomíneos

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Morphology and Molecular Phylogeny of some Evlachovaea-like Fungi from the Central

Brazilian Cerrado and their Activity against Triatoma infestans

Luiz Fernando Nunes Rocha · Peter Ward Inglis · Richard Humber · André Kipnis ·

Christian Luz

L.F.N. Rocha · A. Kipnis · C. Luz

Instituto de Patologia Tropical e Saúde Pública (IPTSP), Universidade Federal de Goiás,

Goiânia, GO, Brazil

P.W. Inglis

Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, Brasília, DF, Brazil

R. Humber

Robert W. Holley Center for Agriculture and Health, Ithaca, NY, USA

Address for correspondence: C. Luz, DMIPP, IPTSP, UFG, CP 131, 74001-970 Goiânia, GO,

Brazil; Tel: (55) 62 3209 6154; Fax: (55) 62 3209 6363; E-mail: [email protected]

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Page 33: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Abstract

Six Evlachovaea-like isolates were obtained from soils collected in Central Brazil using

Triatoma infestans a vector of Chagas disease in Latin America as bait. The isolates fell into

two groups according to morphology, rDNA-ITS and translation elongation factor 1-α (TEF)

sequences. Group I isolates had elongated-cylindrical conidia, 3.6 x 2.6 µm, and produced

distinct purple to pink pigments on SDAY medium. Group II isolates had ovoid to short-

cylindrical conidia, 2.7 x 2.1 µm, and produced no visible pigment. Phylogenetic analysis of

the ITS and TEF sequences showed that group I isolates (IP 126 and IP 148) were > 98.8%

similar to Evlachovaea sp. (IP 304 and ARSEF 1576), and clustered with Cordyceps pruinosa

(AB044635, HMIGD 20930 and ARSEF 5413). Group II isolates (IP 67, IP 141, IP 142, IP

154) were identical to Evlachovaea sp. (IP 218) and clustered with Isaria cateniannulata

strains and Cordyceps spegazzinii (ARSEF 7850). Isolates of both groups differed in ITS and

TEF sequences from E. kintrischica (ARSEF 7218 and ARSEF 8058), the type and only

described species of Evlachovaea. The ITS sequence of E. kintrischica was, in turn, very

similar or identical to those of Isaria amoenerosea and Isaria cateniobliqua strains. Our results

suggest that the generic name Evlachovaea should be synonymized with Isaria. All six

Evlachovaea-like isolates and E. kintrischica were active against T. infestans at 25ºC and

relative humidities > 98%. The most virulent isolate IP 141 with lowest lethal time and

concentration (LT50: 5.6 days; LC50: 6.4 x 103 colony forming units/cm2) has potential for

integrated control of triatomine vectors.

Keywords Evlachovaea · Isaria · Cordyceps · Sequencing · Morphology · Triatominae

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Introduction

In 1991, Borisov and Tarasov isolated an entomopathogenic fungus from a chrysomelid beetle

in southwestern Georgia. This fungus was shown to have a distinct mode of producing conidia

in zipper-like, flat chains in which the conidia arose at alternating angles to the tip of the

conidiogenous cell which these investigators described as a new (and monotypic) genus with

the species Evlachovaea kintrischica [1]. Since then other isolates with similar modes of

conidiogenesis but varying morphologies that might represent different species–and activity

against insects including triatomines vectors of Chagas disease in Latin America–have been

reported throughout the world [2-6]. Fungi with the Evlachovaea type of conidiogenesis are

much more common and widespread than has been suspected so far, but the taxonomic status

and probable relationships of these various fungi are not clear. There are several interpretations

of the mode of conidiogenesis that is the key diagnostic character of Evlachovaea: The

anamorph of Cordyceps cardinalis [7] is clearly of the Evlachovaea type although the authors

of this taxon (who apparently were not aware of the description of Evlachovaea) characterized

this anamorph as Clonostachys- or Mariannaea-like. Other fungi with Evlachovaea-like

conidiogenesis include Isaria cateniannulata and I. cateniobliqua [8], Paecilomyces

loushanensis [9] and the anamorph of Cordyceps spegazzinii [6]. Further, continued re-

examinations of conidial fungi in the ARSEF culture collection have revealed several isolates

with Evlachovaea-like conidiogenesis incorrectly identified as species of Beauveria or

Paecilomyces species, and that ARSEF includes Evlachovaea-like isolates from Russia,

Turkey, Germany, South Africa, the United States, Mexico, Colombia, and Brazil (R.A.

Humber, personal communication, 2008).

That fungi with Evlachovaea-like conidiogenesis have been identified previously as

belonging to genera such as Isaria, Paecilomyces, Lecanicillium or other segregates of

Verticillium, should not be a surprise. Most identifications of conidial fungi are made from

slide preparations in which conidial chains are disrupted, and the relative orientations of

conidia to their conidiogenous cells (as well as to each other) are often unapparent. Among all

isolates now known to display Evlachovaea-type conidiogenesis, the morphology and

arrangements of conidiogenous cells are indistinguishable from either the solitary or clustered

flask-like phialides of Isaria or Paecilomyces species or else from the tapering, awl-like

phialides typical of Lecanicillium or related slime-spored genera. The conidia of Mariannaea

species and the Lecanicillium anamorph of Cordyceps militaris form initially in imbricate

chains of obliquely oriented conidia in parallel (side-by-side) that soon slime down into

globose conidial heads; the conidial chains of Evlachovaea species with conidia oriented in

alternating, chevron- or zipper-like angles to the apex of the conidiogenous cells and remain

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Page 35: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

dry and catenate. Using the low magnification of a dissecting microscope, the irregular

appearances of the conidial chains and the shapes and arrangement of conidiogenous cells of

Evlachovaea species–and in slides observed at higher magnifications even the sizes and shapes

of the conidia–can strongly resemble the solitary or weakly clustered conidiogenous cells of

Beauveria with their extended, denticulate raches bearing multiple conidia (that are the key

diagnostic character of Beauveria species).

Molecular techniques became important tools in taxonomic and phylogenetic investigations

of entomopathogenic fungi [10-15]. Sequencing of the ITS1-5.8S-ITS2 rDNA and translation

elongation factor 1-α (TEF) regions has contributed to better understanding of the intra- and

intergeneric relationships of fungi of the genera Beauveria, Cordyceps, Isaria, Metarhizium

and Paecilomyces and their associations with other fungi [6, 13-21], and this technique would

be helpful to reveal the phylogenetic positions of fungi that could be treated as species of

Evlachovaea.

Chagas disease is a serious parasitosis in Latin America. Transmission by Triatoma

infestans (Hemiptera: Reduviidae), in Southern Latin America, is regaining importance in

regions where populations of this species with low pyrethroid resistance threaten to reinvade

domestic areas [22-25]. This and other vector species are highly susceptible to infection with

entomopathogenic fungi, especially Beauveria bassiana and Metarhizium anisopliae [26-28]

and their application in peridomestic areas could reduce the risk of domestic reinfestation [29].

An Evlachovaea sp. isolate detected on a dead T. sordida in Central Brazil has been reported to

be also active against T. infestans and other triatomines [3, 4]. However, the promising activity

of this and other fungi at relative humidities close to saturation was often reduced at lower

humidities [3, 4, 30, 31]. Suboptimal moisture in natural habitats of many triatomine species

may limit their potential for triatomine control. Fungi baited with triatomines and isolated from

a region with a marked dry season may exhibit a better specificity to the target vector and

adaptation to suboptimal humidity and maintain high activity even in lower moisture. The

Cerrado in Central Brazil is characterized by extensive savanna and forest formations and has a

hot, semi-humid climate with a dry winter season from May through September or October

[32]. An accurate identification and characterization of entomopathogenic fungi is crucial

when assessing their potential for vector control. We report on the isolation of Evlachovaea-

like fungi from soils in the Cerrado, their morphological characteristics, ITS and TEF-based

taxonomy, and their activity against T. infestans.

Materials and methods

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Page 36: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Detection of Fungi

A total of four hundred soil samples were collected during 2001 in different Cerrado areas with

low human impact in the Ema National Park (150 samples), in a forest close to Silvânia (50

samples) and other localities (200 samples) in the Central Brazilian state of Goiás. For each

sample, about 25 g soil were scraped from the soil surface at randomly selected locations to a

depth to 2-3 cm, transferred to a plastic bag and stored at 20°C.

In the laboratory, soils were homogenized, and about 3 g of each sample were transferred

to a Petri dish (90 x 15 mm). Ten laboratory-reared [33], newly emerged and unfed third instar

nymphs (N3) of T. infestans were exposed to the soil for 20 days at 25°C in containers (33 x 37

x 22 cm) at relative humidities (RH) > 98%. Humidity in the containers was maintained by a

saturated aqueous solution of K2SO4 at the bottom of the containers [34]; mortality was

monitored daily. Dead insects were dipped in 93% alcohol, surface-sterilized in 2.5% sodium

hypochlorite for 3 min, and then washed three times for 1 min in sterile water. Cadavers were

then incubated inside Petri dishes on dampened filter paper for 15 days at 25°C and > 98% RH.

Fungal development on the cadavers was evaluated daily, and emergent fungi inoculated onto

complete medium (CM: 0.001 g FeSO4, 0.5 g KCl, 1.5 g KH2PO4, 0.5 g MgSO4 ⋅ 7 H2O, 6.0 g

NaNO3, 0.001 g ZnSO4, 1.5 g hydrolysed caseine, 0.5 g yeast extract, 10 g glucose, 2 g

peptone, 20 g agar and 1000 mL distilled water) to which chloramphenicol (1 g/1000 mL) was

added.

Morphological Identification

Isolates were inoculated onto the border of a minimal drop (100 µl) of Sabouraud dextrose agar

amended with yeast extract (SDAY: 10 g peptone, 40 g glucose, 2 g yeast extract, 20 g agar

and 1000 mL distilled water) applied on a glass slide (76 x 26 mm) and covered with a

coverslip (18 x 18 mm). Cultures were then incubated up to 7 days at 25°C, > 98% RH and a

12 h photophase before examining conidial chains microscopically [35]. Coverslips were

mounted with lactic acid-cotton blue on new slides, and the dimensions of conidiogenous cells

and conidia were determined based on measurements of 25 conidiogenous cells and 30 conidia

for each isolate. Fungal structures were analyzed by microscope (Olympus BX51) and

documented with a ProgRes® CFscan digital camera (Jenoptik, Jena, Germany) and augmented

with Helicon Focus Pro (Helicon Soft Co., Kharkov, Ukraine) montaging software to integrate

images from multiple focal planes.

E. kintrischica (ARSEF 8058), isolate IP 218, previously identified as Evlachovaea sp. by

Luz et al. [3], Evlachovaea sp. (ARSEF 1576), which has recently been reclassified from

Isaria fumosorosea, and other fungi with similar morphology to Evlachovaea-like fungi such

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Page 37: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

as Isaria cateniobliqua (ARSEF 6244, ARSEF 6283); I. cateniannulata (ARSEF 6240,

ARSEF 6241, ARSEF 6242, ARSEF 6243); Cordyceps spegazzinii (ARSEF 7850) and C.

cardinalis (ARSEF 7193), were mounted and measured as mentioned.

Molecular Characterization

Genomic DNA was extracted from mycelium previously grown for 48 h in 100 mL CM using

the CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) extraction method of Rogers and Bendich [36].

The internal transcribed spacer (ITS) regions ITS1 and ITS2 as well as the central 5.8S rDNA

were amplified by PCR using primers which annealed to the 3' end of the small sub-unit rDNA

(ITS1; 5' TCCGTAGGTGAACCTGCGG) and to the 5' end of the large sub-unit rDNA (ITS4;

5' TCCTCCGCTTATTGATATGC), respectively [37]. A portion of the translation elongation

factor 1-α (TEF) gene was amplified from selected strains in two overlapping fragments, using

the primers: TEF intron region: 728F (5´- CATCGAGAAGTTCGAGAAGG) and EFjR (5´-

TGYTCNCGRGTYTGNCCRTCYTT); TEF exon region: 983F (5´-

GCYCCYGGHCAYCGTGAYTTYAT) and 2218R (5´-

ATGACACCRACRGCRACRGTYTG) [19, 38].

The PCR products were checked using agarose gel electrophoresis and purified using the

GeneClean II kit (Bio 101). Sequencing of both strands of the PCR products was accomplished

with the Applied Biosystems Big Dye v.3.1 kit, using the amplification primers and an ABI

3700 automatic sequencer.

Assembled sequences were aligned using MUSCLE [39] with minimal requirement for

local manual refinement for both ITS and TEF. Selected ITS and TEF sequences available

from the GenBank database were also included in the analysis (Table 1) from fungi with

morphological or taxonomic similarity to Evlachovaea-like isolates.

A cladistic analysis was conducted under the maximum parsimony (MP) criterion for ITS

and TEF data using PAUP* version 4.0b10 [40]. Heuristic searches comprised five cycles of

random taxon addition, holding one tree per cycle, which was repeated 1000 times. Alignment

gaps were treated as missing data and character-state optimization was by accelerated

transformation (ACCTRAN). Branch swapping was by tree bisection reconnection (TBR) and

the best trees from the first phase of the search were subjected to a further round of TBR

branch swapping to widen tree space. To reduce the effects of homoplasy in the data matrices,

five cycles of progressive character reweighting, as implemented in PAUP*, were applied,

optimizing for the maximum fit to the rescaled consistency index (RC), and including TBR

branch swapping after each reweighting. Branch support was assessed using 1000 bootstrap

pseudoreplicates [41]. Congruence between ITS and TEF phylogenies was evaluated,

27

Page 38: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

following character reweighting, (see above) using the Incongruence Length Difference Test

(ILD) [42] as implemented in PAUP* (Partition homogeneity test), with 1000 replicates.

A taxonomic hypothesis based on the ITS and TEF data was also obtained using the

Bayesian Monte Carlo Markov Chain (MCMC) method of phylogenetic inference as

implemented in MrBayes 3.1.2 [43, 44]. The Bayesian analysis utilized the general time

reversible + gamma model settings, which were found to be optimal using jModelTest 0.1 [45,

46]. For the ITS analysis, one cold and three heated MCMC chains were run for 1,000,000

generations, sampling every 100th generation and discarding the first 25% of the trees (the

burn-in). For TEF, 100,000 generations was found to be sufficient run-time the chains to have

reached equilibrium. The MCMC runs were repeated twice to confirm the topology of the 50%

majority rule tree obtained after each run.

In vivo characterization

Isolates were cultured on CM for 15 days at 25°C and 12 h photophase. E. kintrischica

(ARSEF 7218) which did not produce conidia on CM was grown in liquid potato dextrose

medium (PD: 170 g potato, 40 g maltose, 15 g yeast extract and 1000 mL dist. H2O). Ten T.

infestans N3 were sprayed directly with 5 mL of aqueous suspensions of conidia or hyphal

bodies at a final concentration of 2x105 CFU/cm2 using a Potter spray tower (Burkard,

Hertfordshire, UK) [3]. Viability of conidia and hyphal bodies was checked routinely as

reported by Silva et al. [47]. Control nymphs were treated with water only. Insects were dried

for one hour at ambient temperature and humidity and then incubated for 20 days at 75 ± 5% or

> 98% RH in containers (33 x 37 x 22 cm). A relative humidity of ca. 75% was maintained by

a saturated aqueous solution of NaCl [34]. Mortality was recorded daily for 20 days.

Development of fungi on dead insects was examined as mentioned. The most virulent

Evlachovaea-like isolate found in the Cerrado was tested at > 98% RH and conidial

concentrations of 2x103, 6x103, 2x104, 6x104 and 2x105 CFU/cm2 treated area. Generally in

each test four repetitions, independent in time and space with 10 N3 in each repetition, were

run.

Mortality data were arcsine-square root transformed and then analyzed with analysis of

variance (ANOVA) or t-test and the Student-Newman-Keuls (SNK) multiple range test for

comparison of means. Means were considered significantly different at P < 0.05. Lethal

Concentrations (LC) and Lethal Times (LT) to kill 50% and 90% of nymphs were calculated

by probit analysis of dependent and independent values, respectively [48, 49].

Results

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Page 39: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Fungal Isolation

Six strains whose mode of conidial development matches that characteristic for the genus

Evlachovaea as described by Borisov and Tarasov [1] were isolated from sites in the Central

Brazilian Cerrado. One isolate, IP 67, was found in open savannah, at Ema National Park, and

all others in gallery forests: IP 126 from close to Pirenópolis, and IP 141, IP 142, IP 148 and IP

154 from the vicinity of Silvânia.

Growth Characteristics and Morphology

The morphological characteristics of phialides and conidia permitted a separation of these

Brazilian isolates into two groups. Flask-like phialides of group I (IP 126 and IP 148), with

11.6 ± 4 µm length and 2 ± 0.3 µm width (mean ± standard deviation) (Table 2), were borne

singly or in pairs or small clusters with slightly swollen bases and gradually narrowed to a

distinct neck. Conidia were also formed on short to long peg-like phialides with unswollen

lateral branches frequently observed for IP 126, 14.9 ± 8.8 x 1.9 ± 0.4 µm, whereas IP 148

produced few, short peg-like phialides 3.1 ± 0.2 x 1 µm in length.

Conidia of isolates of group I routinely alternated in oblique angle, sometimes lying

broadside in “V” shape, and chains often became irregularly curved. Conidia were elongate-

cylindrical and averaged 3.6 ± 0.4 µm length and 2.6 ± 0.4 µm width. The length/width ratio

was 1.4 ± 0.3 (Fig. 1; Table 2). Combined length and width data did not differ from data found

for C. cardinalis ARSEF 7193, E. kintrischica ARSEF 8058, I. cateniobliqua ARSEF 6244

and ARSEF 6283, and Evlachovaea sp. ARSEF 1576 (Fig. 2a-d; Tables 2 and 3). Conidial

chains of C. cardinalis were more regular compared to all other isolates, with conidia partially

superimposed that produced long chains (Fig. 2a).

Isolates IP 126, IP 148 and Evlachovaea sp. ARSEF 1576 formed whitish or purple to pink

coloured colonies, that excreted purple to pink pigments into the medium. C. cardinalis was

found with only whitish colonies that excreted purple to pink pigments; no coloured colonies

or pigments were observed for any other fungi tested.

Conidiogenous cells of group II isolates (IP 67, IP 141, IP 142 and IP 154) were mostly

borne singly, in pairs or in small clusters of flask-shaped (or, less commonly, evenly tapering,

awl-like) phialides. These were smaller than the phialides of group I with 7.9 ± 2.6 µm length

and 2.3 ± 0.5 µm width (Table 2). Conidiogenous cells also originated directly on hyphae or

short peg-like lateral branches, 5 ± 2 x 1 ± 0.2 µm. Ovoid to short-cylindrical, white, hyaline

conidia were borne routinely in alternately oblique angles to the apex of the phialide with

average dimensions of 2.7 ± 0.3 µm length x 2.1 ± 0.2 µm width and a length/width ratio of 1.3

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Page 40: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

± 0.2 (Fig. 3; Table 2). Conidial chains often became irregularly curved. Conidia of group II

isolates were morphologically similar to Evlachovaea sp. IP 218, all isolates of I.

cateniannulata and the anamorph of C. spegazzinii ARSEF 7850 (Fig. 2e-f; Table 3).

In both groups and regardless of the isolate, some conidial chains occasionally failed to

show the typical alternating angles of insertion of conidia at their bases of their chains, thus

indicating that conidial formation began with the Evlachovaea-type alternatingly oblique

orientations of conidia, but could revert more to axial orientations of conidial formation more

characteristic of Isaria species.

DNA Sequences

The size of the ITS1-5.8S-ITS2 rDNA amplified from all isolates was about 540 bp and for

TEF, about 1390 bp. The six Evlachovaea-like Cerrado isolates formed two ITS groups with

the same clustering of isolates found in the morphological examination; within each group

ITS1-5.8S-ITS2 sequences were identical but the sequences of each group differed markedly.

The same division of the Cerrado isolates was observed in the analysis of TEF sequences,

although some small polymorphism was observed in the smaller of the two groups. The MP

and Bayesian phylogenetic analysis showed that group I Evlachovaea-like isolates were close

(> 98.8% identity) in ITS and TEF sequence to IP 304, previously morphologically identified

as Evlachovaea sp. [50], and Evlachovaea sp. ARSEF 1576. The ITS sequence of these strains

subsequently clustered with two C. pruinosa sequences (AB044635 and HMIGD 20930), and

the TEF sequences with C. pruinosa ARSEF 5413 (Figs. 4-7). ITS sequences from isolates of

group II were identical to that of Evlachovaea sp. IP 218, and nearly identical to two I.

cateniannulata isolates (BCMU IF05 and CBS 152.83). This group also clustered closely with

three more I. cateniannulata isolates (RCEF 209, ARSEF 6240 and ARSEF 6242), and

subsequently with C. spegazzinii ARSEF 7850 (Figs. 4 and 5). These relationships were

confirmed by the analysis of TEF sequences in selected strains (Figs. 6 and 7), although branch

length between the Evlachovaea-like isolates and the included I. cateniannulata isolates was

significantly greater than in the ITS analysis. Both Cerrado groups differed from E.

kintrischica ARSEF 7218 and ARSEF 8058, which were found to be identical in ITS sequence

to several I. amoenerosea isolates (ARSEF 744, CG 162 and CG 639) and were very similar (≥

99.1% identity) to Isaria cateniobliqua isolates (ARSEF 6283, CBS 153.83 and RCEF 189)

and, with 98.5% identity, very close to I. cateniobliqua CBS 107.73. Subsequently, group II

formed a clade with three out of six Isaria fumosorosea isolates (Figs. 4 and 5); which as a

species, was polyphyletic in our analysis. The similarity of E. kintrischica to I. cateniobliqua

was also observed in the TEF analysis (Figs. 6 and 7). Despite some strong morphological

30

Page 41: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

similarities, C. cardinalis did not cluster with any Evlachovaea isolate studied (Figs. 4 and 5).

All six Evlachovaea-like isolates from the Cerrado and E. kintrischica ARSEF 7218 and

ARSEF 8058 showed stronger affinities with Isaria isolates and other members of the family

Cordycipitaceae than with other clavicipitoid fungi such as Metarhizium robertsii, P. carneus

or P. marquandii, now in the family Clavicipitaceae sensu stricto, or P. lilacinus, now in the

family Ophiocordycipitaceae according to the revised taxonomy of Sung et al. [51, 52]. There

was generally good agreement between the MP and Bayesian analyses of both DNA loci,

where bootstrap or clade credibility values were good for the majority of clades in the

phylogenetic trees. A notable exception was in the support for the branch separating group I

Evlachovaea-like isolates and C. pruinosa from the other Isaria isolates, where the MP and

Bayesian topologies also differed. The ILD test initially suggested that the TEF and ITS

phylogenies were significantly incongruent (P < 0.01). However, this was found to be caused

by a difference in position of the clade containing the two Beauveria species common to both

datasets. When these species were removed, the ILD test showed that the TEF and ITS

phylogenies were otherwise highly congruent (P = 0.998).

Activity against T. infestans

First dead nymphs were found 4-6 days post-inoculation (p.i.) at both humidities tested. At 20

days p.i. there was a highly significant effect of humidity on cumulative mortalities (t38 = 4.4;

P < 0.001) and of the isolate on mortality at humidities close to saturation (F5, 18 = 17.6; P <

0.001), but not at 75% (Table 4). At this time and > 98% RH, cumulative mortalities varied

between 65% (IP 67) and 100% (IP 141, IP 142 and IP 154). The shortest LT50 and LT90 data

were found for IP 141 at > 98% RH with 5.6 days and 7.1 days, respectively (Table 4). LT50

values of other isolates varied between 9.9 days (IP 142) and 17.5 days (IP 148), and LT90

values between 13 days (IP 154) and 31 days (IP 148; Table 4). At 75% RH, IP 141 killed 30%

(± 4.1) of N3 at 20 days p.i. while for the other isolates > 90% of the nymphs survived.

A high mortality (≥ 90%) was observed 10 days p.i. testing IP 141 at > 98% RH, regardless

of the concentrations tested (Fig. 8). Value of LC50 of this isolate, 7 days p.i., was 6.4x103

CFU/cm2 (CI: 2.5x103 − 1.2x104) and the LC90 was 4.3x105 CFU/cm2 (1.5x105 − 3.8x106).

A total of 52.5% (± 4.8) of N3 treated with hyphal bodies of E. kintrischica ARSEF 7218

were killed at 20 days p.i. at > 98% RH; LT50 and LT90 data were of 18.2 days (10.5 – 41.3)

and 32.7 days (22.7 – 110.5), respectively. At 75% RH dead nymphs were not observed.

Control mortality never exceeded 10% at 20 days p.i., regardless of the humidity and the

isolated tested. Development of inoculated fungi was observed on all cadavers, except on dead

control nymphs.

31

Page 42: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Discussion

The detection of six Evlachovaea-like isolates in soil samples confirmed other reports about

the occurrence of these fungi in the Brazilian Cerrado [2, 3]. Their isolation in different regions

of this biome and the low total incidence in comparison to other fungi detected in the same

samples such as Beauveria spp. and Metarhizium spp. [50, LFN Rocha, RA Humber and C

Luz, personal communication, 2008] lead us to believe that Evlachovaea-like fungi are

widespread but not frequent in soils of the Cerrado. However, the low number may also be

related to the technique of isolation, since T. infestans is an effective insect bait for both

Beauveria spp. and Metarhizium spp. [50, 53] but is probably less susceptible to Evlachovaea-

like fungi.

There are two groups of Evlachovaea-like fungi that differ from each other and also from

E. kintrischica. The long-spored isolates of group I (IP 126 and IP 148), Evlachovaea sp. IP

304 and ARSEF 1576, and other Evlachovaea-like isolates originating from different localities

in Brazil characterized by Humber et al. [2] had phialides and conidial shapes resembling those

of C. cardinalis ARSEF 7193. However, C. cardinalis (BCMU CC01), unlike the

Evlachovaea-like isolates, produced long, divergent, sympodially imbricate chains [7] and the

ITS sequence of this isolate was distinctly different from all Brazilian Evlachovaea-like

isolates. Our findings that C. cardinalis belongs in the family Cordycipitaceae agree with those

of Sung et al. [51, 52] although their studies also placed C. cardinalis outside the main group

of Cordyceps species in that family and might require its later transfer to a different

teleomorphic genus. ARSEF 1576, from an Italian collection isolated from Monophadnus

elongatulus (Hymenoptera: Tenthredinidae), was originally identified as Isaria fumosorosea on

the basis of the size and shape of its conidia but the zipper-like arrangement of its conidial

chains and genomic characteristics found here clearly place this isolate among the group I

isolates of Evlachovaea-like fungi. This clade had clear affinities with Isaria and a curious

similarity with C. pruinosa strains. Conidiogenesis of the anamorph of this species,

Mariannaea pruinosa, was described with arrangement of conidia in parallel and oblique to the

apex of the conidiogenous cell rather than of the alternating Evlachovaea type [2]. We do not

have morphological evidence of a C. pruinosa anamorph with zippered conidial chains or

chains that do not slime down as M. pruinosa. Moreover, other sequences of C. pruinosa or M.

pruinosa deposited in GenBank did not show a high similarity with isolates of group I. The

results obtained here do not support a correlation between C. pruinosa and group I. Isolates IP

126, IP 148, IP 304 and ARSEF 1576 are identical and may represent a new and still

undescribed species of Isaria. Evlachovaea-like isolates IP 67, IP141, IP142, IP 154 (group II)

32

Page 43: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

and Evlachovaea sp. IP 218, represent a single fungal species. Their high morphological and

molecular resemblance with all tested I. cateniannulata and C. spegazzinii suggests that these

isolates should be synonymized with I. cateniannulata and considered as the anamorph of C.

spegazzinii. This interpretation is supported by results found recently in Turkey where some

fungi morphologically identified as Evlachovaea sp. were also molecularly similar to I.

cateniannulata [54].

The morphological characteristics and ITS and TEF sequences of E. kintrischica resembled

those of the I. cateniobliqua isolates tested here and also the ITS sequences of several I.

amoenerosea isolates. Probably all these isolates are a single species, but their taxonomic

situation is actually not clear and should be re-evaluated. In fact, our results suggest that the

genus Evlachovaea is not valid and should be treated as a synonym of the genus Isaria.

At humidity close to saturation most Evlachovaea-like isolates, especially isolate IP 141

(group II), were highly active against T. infestans nymphs, without a difference between group

I and II. At drier 75% RH, no isolate induced significant mortality (> 70%). It became clear

that activity of Evlachovaea-like fungi against T. infestans, even isolated in a region with

distinct and extended dry season and with triatomine baits, is limited by dry conditions of

humidity. These and other fungi, especially Beauveria bassiana and Metarhizium anisopliae,

act probably as natural enemies of triatomine vectors when rain is abundant and elevated

humidities can be expected in the habitats [3, 4, 30, 31, 53]. The most virulent Evlachovaea-

like fungus found in the Central Brazilian Cerrado, IP 141, has potential for integrated control

of triatomine vectors, especially during the rainy season.

Acknowledgements

The authors thank Regiane O Silva and Martin Unterseher (IPTSP/UFG) for assistance during

collecting activities, Marcos R Faria and Ana Y Ciampi (Embrapa) for providing fungi and

sequencing facilities, respectively, Karen Hansen and Micheal Wheeler (Robert W Holley

Center for Agriculture and Health) for technical assistance during morphological identification,

Ionizete G Silva (IPTSP) for providing triatomines, Lorena C Santos (IPTSP) for assistance

during sequencing activities, the National Council of Scientific and Technological

Development (CNPq) and Coordination for the Improvement of High Education Personnel

(CAPES) for financial support.

33

Page 44: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

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38

Page 49: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Figure legends

Fig. 1 Morphological features of phialides with conidial chains of Evlachovaea-like isolates of

group I.

Fig. 2 Morphological features of conidial chains of fungi related to the genus Evlachovaea; a-

Cordyceps cardinalis ARSEF 7193, b- E. kintrischica ARSEF 8058, c- Isaria cateniobliqua

ARSEF 6244, d- Evlachovaea sp. ARSEF 1576, e- C. spegazzinii ARSEF 7850, f- I.

cateniannulata ARSEF 6243.

Fig. 3 Morphological features of phialides with conidial chains of Evlachovaea-like isolates of

group II.

Fig. 4 Strict consensus of 2000 MP trees (MAXTREES limit hit) of ITS data of Evlachovaea-

like (group I: IP 126 and 148; group II: IP 67, IP 141, IP 142, IP 154) and other fungi,

following progressive character reweighting of 616 (aligned) characters, where 367 characters

are constant, 85 variable characters are parsimony-uninformative and 164 characters are

parsimony-informative. Tree length = 298.75, CI = 0.8454, RI = 0.9204, RC = 0.7781

(unweighted tree length = 468). Numbers above branches are results of 1000 bootstrap

pseudoreplicates (%).

Fig. 5 Bayesian 50% majority rule consensus phylogenetic tree of ITS data of Evlachovaea-

like (group I: IP 126 and 148; group II: IP 67, IP 141, IP 142, IP 154) and other fungi. The tree

was rooted using the Metarhizium robertsii sequence and clade credibility values (posterior

probabilities) are indicated at the nodes.

Fig. 6 Single most parsimonious tree of TEF data of Evlachovaea-like (group I: IP 126 and IP

148; group II: IP 67, IP 141, IP 142, IP 154) and other fungi following progressive character

reweighting of 1683 total (aligned) characters, where 1195 characters are constant, 131

variable characters are parsimony-uninformative, number of parsimony-informative characters

= 357. Tree length = 566.93; CI = 0.8839, RI = 0.9259, RC = 0.8183 (unweighted tree length =

860). Numbers above branches are results of 1000 bootstrap pseudoreplicates (%).

Fig. 7 Bayesian 50% majority rule consensus phylogenetic tree of TEF data of Evlachovaea-

like (group I: IP 126 and IP 148; group II: IP 67, IP 141, IP 142, IP 154) and other fungi. The

39

Page 50: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

tree was rooted using the Metarhizium robertsii sequence and clade credibility values

(posterior probabilities) are indicated at the nodes.

Fig. 8 Cumulative mortality (%) of third instar nymphs of Triatoma infestans after spraying

water-suspended Evlachovaea-like IP 141 conidia at 5 concentrations (colony forming units

cm-2). Nymphs were incubated at relative humidities > 98% and 25°C for 10 days.

40

Page 51: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Table 1 Reference strains and their respective collection and GenBank codes

Fungus

Strain a

GenBank Code

ITS

TEF

Beauveria bassiana b

ARSEF 1564

d

-

Beauveria bassiana ARSEF 730 AY532043 AY531952 Beauveria brongniartii ARSEF 1431 AY531980 AY531889 Beauveria brongniartii CBS 223.53 Z54103 - Cordyceps bassiana ATCC 26854 EF026006 - C. cardinalis BCMU CC01 AB237660 - C. pruinosa c AB044635 - C. pruinosa HMIGD 20930 DQ342253 - C. pruinosa ARSEF 5413 - DQ522351 C. spegazzinii b ARSEF 7850 DQ196435 GU734752 Evlachovaea kintrischica b ARSEF 7218 EU553278 GU734751 Evlachovaea kintrischica ARSEF 8058 GU734764 GU734750 Evlachovaea-like IP 67 EU553275 GU734753 Evlachovaea-like IP 126 EU553279 GU734747 Evlachovaea-like IP 141 EU553276 GU734755 Evlachovaea-like IP 142 EU553273 GU734754 Evlachovaea-like IP 148 EU553280 GU734748 Evlachovaea-like IP 154 EU553274 GU734756 Evlachovaea sp IP 218 EU553277 GU734757 Evlachovaea sp IP 304 GU734765 GU734745 Evlachovaea sp ARSEF 1576 EU553296 GU734746 Isaria amoenerosea CBS 107.73 AY624168 - I. amoenerosea CG 639 EU553287 - I. amoenerosea CG 162 EU553315 - I. amoenerosea ARSEF 744 EU553281 - I. cateniannulata BCMU IF05 AB263742 - I. cateniannulata b CBS 152.83 AY624172 - I. cateniannulata RCEF209 AF368802 - I. cateniannulata ARSEF 6240 GU734761 GU734758 I. cateniannulata ARSEF 6242 GU734760 GU734759 I. cateniobliqua b CBS 153.83 AY624173 - I. cateniobliqua ARSEF 6283 GU734763 GU734749 I. cateniobliqua RCEF189 AF368799 - I. cicadea BCMU CS03 AB085888 - I. farinosa CBS 111113 AY624181 -

I. fumosorosea ARSEF 4700 AY755506 - I. fumosorosea b CBS 107.10 AY624184 - I. fumosorosea CBS 244.31 AY624182 - I. fumosorosea CBS 337.52 EF411219 - I. fumosorosea CG 499 EU553301 - I. fumosorosea CG 325 EU553307 - I. japonica BCC 2787 AY624200 - I. tenuipes FI 1304 EU553323 - I. tenuipes OSC 111007 - DQ522349 P. carneus b CBS 239.32 AY624171 - P. lilacinus b CBS 284.36 AY624189 - P. lilacinus CBS 431.87 AY624188 EF468791 P. marquandii CBS 182.27 AY624193 EF468793 Metarhizium robertsii ARSEF 727

AF516302 DQ463994 a Isolate accession numbers from their appropriate culture collection are denoted by the following prefixes: ARSEF, Agricultural Research Service Entomopathogenic Fungus Collection, USDA, NY, USA; ATCC,

41

Page 52: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

American Type Culture Collection, Manassas, USA; BCC, National Center for Genetic Engineering and Biotechnology, BIOTEC, Bangkok, Thailand; CBS, Centraalbureau voor Schimmelcultures, Utrecht, The Netherlands; CG, Embrapa Collection, Brasília, Brazil; FI, CSIRO Collection, Canberra, Australia; HMIGD, Department of Medicinal Fungi, Guangdong Institute of Microbiology, Guangdong, China; IP, Institute of Tropical Pathology and Public Health, Federal University of Goiás, Goiás, Brazil; RCEF, Research Center on Entomogenous Fungi, Anhui Agricultural University, Anhui, China; OSC, Oregon State University Herbarium, Oregon, USA. Isolates with identical ITS1-5.8S-ITS2 or TEF gene sequences were assigned to an appropriate isogenic group and are represented in Figs. 4 - 7 by this group designation b Known ex-type listed cultures c Collection source information not available from GenBank d Strains without GenBank code

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Page 53: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Table 2 Morphological characteristics of conidia and conidiogenous cells of Evlachovaea-like isolates from the Brazilian Cerrado and Evlachovaea kintrischica Fungus

Conidia

Conidiogenous cells

Length (µm) Width (µm)

L/W

Length (µm)

Width (µm)

L/W

Group I

IP 126 3.7 ± 0.5 (2.9 – 4.7)

2.7 ± 0.9 (2.2 – 2.9)

1.4 ± 0.3 (1.0 – 2.2)

13.0 ± 3.9 (7.0 – 25.0)

1.9 ± 0.4 (1.0 – 3.0)

7.1 ± 2.9 (2.8 – 16.7)

IP 148 3.5 ± 0.4 (2.9 – 4.3)

2.5 ± 0.4 (2.2 – 3.6)

1.5 ± 0.2 (1.0 – 1.8)

10.3 ± 3.7 (6.0 – 18.0)

2.1 ± 0.2 (2.0 – 2.5)

5.0 ± 1.9 (2.8 – 9.0)

Combined data

3.6 ± 0.4 (2.9 – 4.7)

2.6 ± 0.4 (2.2 – 3.6)

1.4 ± 0.3 (1.0 – 2.2)

11.6 ± 4.0 (6.0 – 25.0)

2.0 ± 0.3 (1.0 – 3.0)

6.1 ± 2.6 (2.8 – 16.7)

Group II

IP 67 2.6 ± 0.3 (2.2 – 2.9)

2.0 ± 0.2 (1.8 – 2.2)

1.3 ± 0.2 (1.0 – 1.6)

9.2 ± 2.7 (6.0 – 15.0)

2.1 ± 0.4 (1.0 – 3.0)

4.9 ± 2.6 (2.0 – 15.0)

IP 141 2.7 ± 0.3 (2.2 – 3.2)

2.2 ± 0.1 (2.1 – 2.5)

1.2 ± 0.1 (1.0 – 1.5)

6.9 ± 1.9 (4.5 – 12.0)

2.6 ± 0.6 (2.0 – 4.0)

2.8 ± 1.2 (1.5 – 6.0)

IP 142 2.7 ± 0.3 (2.2 – 2.9)

2.2 ± 0.1 (2.2 – 2.5)

1.2 ± 0.1 (1.0 – 1.3)

7.1 ± 1.8 (5.0 – 12.0)

2.2 ± 0.4 (1.5 – 2.5)

3.4 ± 1.0 (2.0 – 6.0)

IP 154 2.7 ± 0.4 (2.2 – 3.6)

2.3 ± 0.2 (1.9 – 2.9)

1.2 ± 0.1 (1.0 – 1.5)

8.6 ± 3.5 (4.0 – 20.0)

2.2 ± 0.5 (1.5 – 3.0)

4.4 ± 2.2 (1.3 – 10.0)

Combined data

2.7 ± 0.3 (2.2 – 3.6)

2.1 ± 0.2 (1.4 – 2.9)

1.3 ± 0.2 (1.0 – 2.0)

7.9 ± 2.6 (4.0 – 20.0)

2.3 ± 0.5 (1.0 – 4.0)

3.8 ± 1. 9 (1.3 – 15.0)

Evlachovaea sp. IP 218

2.6 ± 0.4 (2.2 – 3.6)

1.8 ± 0.2 (1.4 – 2.2)

1.5 ± 0.3 (1.0 – 2.0)

7.6 ± 2.0 (4.5 – 12.0)

2.2 ± 0.4 (2.0 – 3.0)

3.5 ± 1.2 (1.5 – 6.0)

Evlachovaea sp. ARSEF 1576

3.4 ± 0.3 (2.9 – 4.3)

2.2 ± 0.1 (2.1 – 2.5)

1.6 ± 0.2 (1.3 – 2.0)

9.1 ± 2.3 (5.0 – 14.0)

2.1 ± 0.2 (2.0 – 2.5)

4.4 ± 1.1 (2.5 – 7.0)

E. kintrischica ARSEF 8058

3.6 ± 0.5 (2.9 – 5.0)

2.1 ± 0.3 (1.4 – 2.5)

1.8 ± 0.3 (1.3 – 2.5)

9.1 ± 2.5 (5.0 – 15.0)

2.4 ± 0.5 (1.5 – 3.0)

3.9 ± 1.6 (2.0 – 7.0)

Means (± standard deviation) followed by minimum and maximum size of morphological structures. A total of 30 conidia and 25 flask-like conidiogenous cells of each isolate were measured. Fungi were grown for up to 7 days at 25°C and in a humid chamber on a drop of Sabouraud dextrose agar amended with yeast extract, arranged on glass slides and covered with a coverslip Fungi of group I and II were isolated from soils, Evlachovaea sp. IP 218 from Triatoma sordida, all in Brazil and E. kintrischica from a chrysomelid beetle in Georgia

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Page 54: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Table 3 Morphological characteristics of conidia and conidiogenous cells of fungi morphologically referable to the genus Evlachovaea

Fungus

Code

Number

Conidia

Conidiogenous cells

Length (µm) Width (µm)

L/W

Length (µm)

Width (µm)

L/W

Cordyceps cardinalis

ARSEF 7193

4.3 ± 0.4 (3.1 – 5.0)

2.2 ± 0.1 (1.8 – 2.5)

2.0 ± 0.2 (1.7 – 2.3)

12.5 ± 2.9 (8.0 – 20.0)

2.0 ± 0.5 (1.5 – 3.5)

6.1 ± 1.8 (3.1 – 12.0)

Cordyceps spegazzinii

ARSEF 7850

2.9 ± 0.3 (2.5 – 3.6)

2.2 ± 0.1 (1.8 – 2.5)

1.3 ± 0.2 (1.0 – 1.7)

9.4 ± 5.1 (4.0 – 23.0)

2.0 ± 0.2 (1.5 – 2.5)

4.7 ± 2.7 (2.0 – 11.5)

Isaria cateniannulata

ARSEF 6240

2.9 ± 0.4 (2.2 – 4.3)

2.2 ± 0.1 (1.8 – 2.5)

1.3 ± 0.2 (1.2 – 2.0)

6.9 ± 1.4 (5.0 – 10.0)

2.0 ± 0.1 (2.0 – 2.5)

3.3 ± 0.7 (2.0 – 5.0)

ARSEF 6241

2.5 ± 0.3 (1.8 – 2.9)

2.0 ± 0.2 (1.4 – 2.2)

1.2 ± 0.2 (1.0 – 1.6)

5.5 ± 1.3 (4.0 – 8.5)

2.4 ± 0.3 (2.0 – 3.0)

2.3 ± 0.7 (1.3 – 4.0)

ARSEF 6242

2.8 ± 0.4 (2.2 – 3.6)

2.2 ± 0.2 (1.8 – 2.9)

1.3 ± 0.2 (0.8 – 1.7)

5.3 ± 1.1 (4.0 – 7.0)

2.0 ± 0.2 (2.0 – 3.0)

2.6 ± 0.6 (2.0 – 3.5)

ARSEF 6243

2.7 ± 0.3 (2.2 – 3.2)

2.2 ± 0.1 (1.8 – 2.5)

1.2 ± 0.1 (1.0 – 1.5)

6.1 ± 2.0 (3.5 – 13.0)

2.3 ± 0.4 (1.5 – 3.0)

2.7 ± 1.5 (1.2 – 8.7)

Combined data

2.7 ± 0.4 (1.8 – 4.3)

2.1 ± 0.2 (1.4 – 2.9)

1.3 ± 0.2 (0.8 – 2.0)

5.9 ± 1.6 (3.5 – 13.0)

2.2 ± 0.3 (1.5 – 3.0)

2.8 ± 1.0 (1.2 – 8.7)

Isaria cateniobliqua

ARSEF 6244

4.1 ± 0.6 (3.2 – 5.0)

2.2 ± 0.2 (1.8 – 2.5)

1.9 ± 0.3 (1.5 – 2.3)

5.9 ± 1.8 (4.0 – 11.0)

2.4 ± 0.4 (2.0 – 3.0)

2.5 ± 0.9 (1.6 – 5.5)

ARSEF 6283

4.0 ± 0.6 (3.6 – 5.8)

2.2 ± 0.2 (1.8 – 2.5)

1.9 ± 0.3 (1.4 – 2.4)

6.9 ± 1.6 (5.0 – 12.0)

2.8 ± 0.3 (2.5 – 3.0)

2.5 ± 0.5 (2.0 – 4.0)

Combined data

4.0 ± 0.6 (3.2 – 5.8)

2.2 ± 0.2 (1.8 – 2.5)

1.9 ± 0.3 (1.4 – 2.4)

6.4 ± 1.7 (4.0 – 12.0)

2.6 ± 0.4 (2.0 – 3.0)

2.5 ± 0.8 (1.6 – 5.5)

Means (± standard deviation) followed by minimum and maximum size of morphological structures. A total of 30 conidia and 25 flask-like conidiogenous cells of each isolate were measured. Fungi were grown for up to 7 days at 25°C and in a humid chamber on a drop of Sabouraud dextrose agar amended with yeast extract, arranged on glass slides and covered with a cover slip

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Page 55: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Table 4 Lethal times (days) to kill 50 or 90% (LT50/90) with their respective confidence intervals and cumulative mortalities (%; ± standard error of the mean) of Triatoma infestans third instar nymphs (N3), treated topically with water-suspended conidia of Evlachovaea-like isolates (group I and II) and incubated at relative humidities > 98%, 12 h photophase and 25ºC for 20 days

Group

Isolate

LT50

LT90

Cumulative Mortality

IP 126 13.5 (10.4 – 16.6) bc 20.7 (17.4 – 27.2) c 90.0 ± 4.1 b

I IP 148 17.5 (11.2 – 27.3) c 31.0 (23.1 – 59.7) c 70.0 ± 7.1 c

IP 67 17.4 (14.6 – 20.7) c 27.9 (23.8 – 35.3) c 65.0 ± 10.4 c

IP 141 5.6 (5.2 – 6.0) a 7.1 (6.7 – 7.8) a 100 a

II IP 142 9.9 (9.0 – 10.8) b 13.4 (12.4 – 14.9) b 100 a

IP 154 10.1 (9.3 – 10.8) b 13.0 (12.1 – 14.3) b 100 a

Ten N3 each repetition and isolate were treated topically with a Potter spray tower at a final concentration of 2x105 colony forming units cm-2 treated surface. Four independent repetitions for each isolate were done. Values within the same column, followed by different letters (a - c) were significantly different among each other

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Page 56: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Fig.1

Fig. 2

Fig. 3

46

Page 57: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

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Page 58: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

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Page 59: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

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Page 60: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

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Page 61: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

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Page 62: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Occurrence of Metarhizium spp from Central Brazil and their activity against Triatoma

infestans

Luiz Fernando Nunes ROCHAa, Peter Ward INGLISb, Richard HUMBERc, André KIPNISa,

Christian LUZa,*

a DMIPP, Instituto de Patologia Tropical e Saúde Pública, Universidade Federal de Goiás, Goiânia,

GO, Brazil

b Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, Brasília, DF, Brazil

c Robert W. Holley Center for Agriculture and Health, Ithaca, NY, USA

* Corresponding author. C. Luz, DMIPP, IPTSP, UFG, CP 131, 74001-970 Goiânia, GO,

Brazil; Tel: (55) 62 3209 6113; Fax: (55) 62 3521 1839; E-mail: [email protected]

ABSTRACT

A hundred and six Metarhizium spp. isolates were obtained from soils or slurries collected

in Central Brazil with Triatoma infestans as bait or modified Chase medium. Maximum

parsimony phylogenetic analysis showed that isolates belong to at least three species: M.

anisopliae, M. robertsii and M. flavoviride var. pemphigi. A large number of isolates similar to

M. anisopliae was however, sufficiently different and could be a new species or variety of M.

anisopliae. All 106 isolates proved to be pathogenic to T. infestans. There was a highly

significant effect of the isolate on cumulative mortality of nymphs 8 d after inoculation (p.i.) of

conidia (F9, 30 = 11.2; P < 0.001). Values of lethal time to obtain 90% mortality varied from 6.6

d (M. robertsii IP 34) to 9.7 d (M. f. var. pemphigi IP 143). IP 34 differed significantly from

other tested isolates. The lethal concentration to obtain 90% mortality for IP 34 was 7.2 x 103

(C.I. 4.4 x 103-6.4 x 105 CFU/cm2) at 10 d p.i. This is the first report of activity of M. robertsii

against T. infestans and results obtained with IP 34 emphasize the potential of this isolate for

the biological control of triatomine vectors.

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Page 63: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Introduction

Members of the genus Metarhizium are soil-borne anamorphs of clavicipitacean fungi that

affect arthropods. Especially Metarhizium anisopliae play an important role in agriculture pest

control (Faria & Wraight 2007). Since the description of the genus Metarhizium in 1883

complex inter and intraspecific relationship and their distribution around the world were

investigated (Tulloch 1976, Driver et al. 2000, Bischoff et al. 2006, 2009, Meyling & Eilenberg

2007, Humber et al. 2009). Molecular techniques, particularly gene sequencencing, together

with morphological studies provide nowadays more reliable results on taxonomy and

phylogeny. In a more recent revision based on sequencing of the nuclear ribosomal internal

transcribed spacer (ITS), three species were recognized: M. album, M. flavoviride with four

varieties and an undetermined M. flavoviride “Type E”, and M. anisopliae with another four

varieties (Driver et al. 2000). However, ITS sequencing alone data did not provide a sufficient

resolution to determine the relationship among some strains studied and they were therefore

classified as varieties. In the most recent studies on the genus Metarhizium based on multigene

sequencing Bischoff et al. (2006, 2009) described three new species (M. frigidum, M. globosum

and M. robertsii), resurrected M. brunneum, promoted three varieties to species level (M.

acridum, M. lepidiotae and M. majus) and synonymized M. guizhouense with M. taii.

Moreover, authors recognized the following species and varieties: M. anisopliae, M.

pingshaense, M. flavoviride var. flavoviride, M. flavoviride var. minus and M. flavoviride var.

pemphigi.

Whereas M. anisopliae was frequently isolated around the world (Meyling & Eilenberg

2007), M. frigidum or M. globosum were found only in Australia or India, respectively

(Bischoff et al. 2006, 2009). In Brazil there is still little information about the occurrence of

Metarhizium spp. in different biomes. M. anisopliae, M. acridum, M. majus, M. flavoviride, M.

pingshaense and M. robertsii were already isolated from insects or soils (Tigano et al. 2002,

Luz et al. 2004, Humber et al. 2009, Rocha et al. 2009). Identification to the species level

based only on morphological characteristics used in these and other studies bears a risk of

misidentification (Inglis et al. 1999, Yanaka-Schäfer et al. 2008).

The Cerrado is one of the world’s top biodiversity hotspots and the second largest Brazilian

biome with nearly 2 million km2 located mainly in Central Brazil. A better knowledge on the

occurrence and potential for biological control of Metarhizium spp. in this biome will

contribute to understand better the diversity and distribution of species and utility as control

agents against pest insects in this region.

53

Page 64: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Despite advances in agriculture pest control, there is still little information on the potential

of Metarhizium spp. for vector control. In Latin America more than 12 million people are

infected with Trypanosoma cruzi and another 28 million live in areas at risk of Chagas disease

(Dias et al. 2008). After years of intense combat the classic vector of Chagas disease in the

Southern Cone, T. infestans, is considered eradicated in many areas (Dias et al. 2002).

However, there are areas where this species was detected after eradication, and vector

populations resistant to pyrethroids have been reported in Argentina and Bolivia (Audino et al.

2004, Picollo et al. 2005, Cecere et al. 2006, Orihuela et al. 2008). New, more efficient

products, that are less harmful to the environment and humans, are required for an effective

control of this and other triatomine vectors. Fungi are promising candidates for integrated

control of these vectors. Within the genus Metarhizium only M. anisopliae has been tested

against triatomines and showed to be highly active under laboratory conditions (Luz et al.

1998, 2004). This species was detected in peridomestic habitats of triatomines in Central Brazil

and probably act as an antagonist of these vectors (Luz et al 2004). Powerful mycoinsecticides

could be developed with virulent species and strains of this genus.

We report on the detection of Metarhizium spp. in soils from the Cerrado in Central Brazil,

their TEF based identification, and activity against Triatoma infestans.

Material and Methods

Sampling of substrates - A total of about five hundred soil and slurry samples were

collected during the rainy season, from October 2000 until March 2001 in different areas of the

Central Brazilian Cerrado: Ema National Park (150 soils and 45 slurries), Silvânia National

Forest (45 soils and 5 slurries) and Northern State of Goiás (200 soils and 41 slurries). For each

sample, about 25 g soil were scraped from the soil surface to a depth of 2-3 cm or slurry

without water taken from areas with stagnant water at a maximal 30 cm deepness at randomly

selected locations, transferred to a plastic bag and stored at 20°C.

In vivo detection of fungi. In the laboratory, fungi were baited from substrates using T.

infestans nymphs. For this, soils and slurries were homogenized, and about 3 g of each sample

were transferred to a Petri dish (90 x 15 mm). Ten laboratory-reared, newly emerged and unfed

third instar nymphs (N3) of T. infestans were permanently exposed onto each substrate for 20 d

in containers (33 x 37 x 22 cm) at 25°C and > 98% relative humidity (RH). Nymphs were not

fed during the assays. Humidity in the containers was maintained by a saturated aqueous

solution of K2SO4 at the bottom of the containers (Winston & Bates 1960). Mortality was

monitored daily. Dead insects were dipped in 93% alcohol, surface-sterilized in 2.5% sodium

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Page 65: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

hypochlorite for 3 min, and then washed three times for 1 min in sterile water. Cadavers were

then incubated in Petri dishes on filter paper for 15 d at 25°C and RH > 98%. Fungal

development on cadavers was evaluated daily, and emerging fungi transferred onto complete

medium amended with chloramphenicol (CMC: 0.001 g FeSO4, 0.5 g KCl, 1.5 g KH2PO4, 0.5

g MgSO4 ⋅ 7 H2O, 6.0 g NaNO3, 0.001 g ZnSO4, 1.5 g hydrolysed caseine, 0.5 g yeast extract,

10 g glucose, 2 g peptone, 20 g agar, 1 g chloramphenicol and 1000 mL distilled water).

In vitro detection. Fungi were also isolated from both soils and slurries using modified

Chase medium (MCM: oatmeal infusion (2%), 20 g agar, 0.3 g dodine (N-dodecylguanidine

monoacetate, Cyprex 65 WP), 5 mg chlortetracycline, 0.4 g penicillin, 1 g streptomycin, 10 mg

crystal violet and 1000 ml distilled water (Chase et al. 1986)). For each sample, 1 g substrate

was suspended in 10 ml sterile 0.1% Tween 80, vortexed for 3 min and filtered through sterile

gauze. Each suspension was then diluted (10-2) in distilled sterile water, spread onto MCM, and

incubated for 20 days at 25 ± 0.5°C and 12h photophase. Developing colony forming units

(CFU) were examined daily, and fungi inoculated separately on CMC.

Fungi were identified by observing of macroscopic appearance and microscopic

examination of the form, color and size of conidiogenous cell, conidia chain and conidia. All

isolates were stored in the fungal culture collection of the Institute of Tropical Pathology and

Public Health, Federal University of Goiás, Goiânia, Brazil.

Molecular Characterization - Genomic DNA was extracted from mycelium previously

grown in 125 mL complete medium, with shaking at 150 rpm, 25°C for 7 d, using the CTAB

(cetyltrimethylammonium bromide) extraction method of Rogers and Bendich (1988). Partial

sequences of three nuclear genes were amplified and sequenced for this study. Partial

sequences of the 5' intron-rich region of the translation elongation factor 1-alpha (TEF intron

region) were amplified by PCR using primers 5' TEF intron region: EF1T (5'-

ATGGGTAAGGARGACAAGAC) and EF2T (5'-GGAAGTACCAGTGATCATGTT)

(Rehner & Buckley 2005, Bischoff et al. 2006). In order to confirm the results obtained by

sequencing the TEF region, the internal transcribed spacer (ITS) regions ITS1 and ITS2 as well

as the central 5.8S rDNA of the IP 30, IP 46, IP 60, IP 101, IP 119 and IP 120 were sequenced

using primers which annealed to the 3' end of the small sub-unit rDNA (18D; 5'

CACACCGCCCGTCGCTCCTACCGA) and to the 5' end of the large sub-unit rDNA (28CC;

5' ACTCGCCGTTACTAGGGGAA), respectively (Hillis & Dixon 1991). The PCR products

were checked using agarose gel electrophoresis, and bands then purified using the E.N.Z.A. TM

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Page 66: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Cycle Pure Kit (Omega bio-tek). Sequencing of both strands of the PCR products was

accomplished with the BigDye Terminator v.3.1 kit (Applied Biosystems), and an ABI 3130

automatic sequencer. Selected TEF sequences of different species of Metarhizium available

from the GenBank database and sequences of the isolates IP 332, IP 338 and IP 348 originating

from another Cerrado locality (Santa Branca farm, Rocha et al. 2009) were used in the analysis

(Table 1).

Assembled sequences were aligned using MUSCLE (Edgar, 2004). A cladistic analysis was

conducted under the maximum parsimony (MP) criterion, for all molecular loci individually

and in combination, using PAUP* (version 4.0b10, Swofford 1998). Heuristic searches

comprised five cycles of random taxon addition, holding one tree per cycle, which was

repeated 1000 times. Alignment gaps were treated as missing data and character-state

optimization was by accelerated transformation (ACCTRAN). Branch swapping was by tree

bisection reconnection (TBR) and the best trees from the first phase of the search were

subjected to a further round of TBR branch swapping to widen tree space. Branch support for

trees was assessed using 1000 bootstrap pseudoreplicates (Felsenstein, 1985), utilizing the

same heuristic search strategy as above. To reduce the effects of homoplasy in the data

matrices, five cycles of progressive character reweighting, as implemented in PAUP*, were

applied, optimizing for the maximum fit to the rescaled consistency index (RC), and including

TBR branch swapping after each reweighting. Branch support for trees based on the

reweighted matrices was again evaluated using 1000 bootstrap pseudoreplicates.

In vivo tests – The pathogenicity of all Metarhizium sp. was tested. For this, 1 ml of

suspended conidia in water was applied using a semi-automatic pipette upon filter paper with 9

cm of diameter in a Petri dish, at a final concentration of 5x105 CFU (colony forming

unit)/cm2. After drying for 1 h, ten T. infestans N3 were transferred onto the treated filter paper

and incubated for 15 d at 25 ± 1 °C, 12 h photophase and RH > 98%. Dead insects were

transferred to a humid chamber. Fungal development on cadavers was examined for 15 d and

their morphology compared with previously inoculated fungi.

Five ml of suspended conidia of ten promising isolates of different Metarhizium species,

were applied directly on N3 spraying with a Potter spray tower (Burkard, Hertfordshire) in a

final concentration of 1×108, conidia/ml corresponding to 2.3×105 CFU/cm2 treated surface

(Lazzarini et al. 2006). Control nymphs were treated with 0.1 % Tween 80 only. After drying

for 1 h at ambient temperature and humidity nymphs were placed on filter paper in plastic Petri

dishes (90×15 mm) and held in containers at humidity close to saturation (Winston & Bates

1960). The mortality was examined by 10 d. IP 34 was also tested by applying five different

56

Page 67: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

concentrations of conidia corresponding to 2.3x103, 7x103, 2.3x104, 7x104 and 2.3x105

CFU/cm2, as mentioned before (Lazzarini et al. 2006).

Analysis - Mortality data were arcsine-square root transformed and then analyzed with

analysis of variance (ANOVA) and the Student-Newman-Keuls (SNK) multiple range test for

comparison of means. Means were considered significantly different at P < 0.05. Lethal time

(LT) to kill 50% and 90% of nymphs were calculated using the method of Throne et al. 1995a,

1995b. Lethal concentrations (LC) to kill 50% and 90% were calculated by Probit analysis.

Results

A total of 106 Metarhizium sp. was isolated from 101 soil and 5 in slurry samples (Table

2). Of all substrates investigated, 25.6% and 5.5% of soil and slurry samples were positive for

Metarhizium, respectively. The highest number of isolates was detected in the Ema National

Park (61.3%), followed by the Northern State of Goiás (31.1%) and Silvânia National Forest

(7.6%) (Table 2). Only 12 isolates (IP 1, IP 5, IP 72, IP 105, IP 107, IP 108, IP 118, IP 119, IP

120, IP 123, IP 125, IP 134) were obtained using MCM, and all other 94 isolates with T.

infestans as insect bait.

DNA Sequence

A total of 63 Metarhizium isolates from Cerrado were sequenced. The size of the TEF

intron region amplified from all isolates was 675 base pairs with 705 aligned characters that

included 162 parsimony-informative characters, 509 constant characters and 34 variable

characters that were parsimony-uninformative. The MP phylogenetic analysis showed that

Metarhizium isolates from the Cerrado tested belong in fact to at least three species (Figure 1).

The largest number of 53 isolates were close to M. anisopliae, however, with marked

difference. The second largest group, composed of IP 34, IP 123, IP 125, IP 145, IP 146, IP

332, IP 338 and IP 348, clustered with M. robertsii ARSEF 6472 and ARSEF 727, and the

isolates were identified as M. robertsii (Figure 1). The strain IP 119 was highly similar to M.

anisopliae ARSEF 7487 and clustered with other M. anisopliae, ARSEF 6472 and E6. Strain

IP 143 showed to be a M. flavoviride var. pemphigi, due to its strong similarity to ARSEF 7491

and this grouping was supported by a bootstrap of 100% (Figure 1). The sequencing of ITS1-

5.8S-ITS2 rDNA resulted in the amplification of about 655 base pairs. The MP phylogenetic

analysis showed that 5 isolates belonging to the largest group of Metarhizium based in MP

analysis of TEF sequence (IP 30, IP 46, IP 60, IP 101 and IP 120) formed a group supported by

a bootstrap of 82% and did not clustered with any M. anisopliae standard (Figure 2). IP 119

57

Page 68: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

clustered again with M. anisopliae isolates as ARSEF 7487, FI-1027, E6 and M. anisopliae

var. anisopliae LCR 148 (Figure 2).

Activity against T. infestans

All 106 isolates proved to be pathogenic to T. infestans. First dead nymphs were found 4 d

post-inoculation (p.i.). At 10 d p.i. 75.5% of isolates had killed ≥ 90% of the nymphs. Only

4.7% of the isolates induced mortality < 50% at the same moment. Five days later no nymphs

had survived with the exception of IP 103 with 30% of surviving N3. The development of

inoculated fungi was observed on all cadavers 15 d after incubation in RH > 98%.

When testing activity of selected strains (Table 3), first dead nymphs were found 3 d p.i.

and exposure to RH > 98%. At 8 d p.i. there was a highly significant effect of the isolate on

cumulative mortality (F9, 30 = 11.2; P < 0.001). At this moment, isolates molecularly similar to

M. anisopliae (IP 1, IP 41, IP 46, IP 60, IP 119), except IP 101 and M. robertsii IP 34 induced

mortality ≥ 90% of nymphs whereas only 30% of dead insects were found with M. f. var.

pemphigi IP 143 (Table 3). Values of LT50 varied from 5.7 d (IP 34) and 8 d (IP 143) and

values of LT90 from 6.6 d (IP 34) and 9.7 d (IP 143). IP 34 differed significantly from others

tested isolates (Table 3). The lethal concentration (LC50) to obtain 50% mortality of this isolate

was 2.8x103 (C.I. 4.4 x102-4.6x103) and the LC90 was 7.2x103 (C.I. 4.4x103-6.4x105 CFU/cm2)

at 10 d p.i.

Discussion

The relative high number of isolates made clear that fungi of the genus Metarhizium are

widespread in unaltered soils of the Brazilian Cerrado and can be found to a lesser extent in

aquatic habitats. The results underlining the utility of T. infestans and other triatomines for

baiting of entomopathogenic fungi such as Metarhizium spp., Beauveria spp.,

Isaria/Paecilomyces spp. and Pochonia chlamydosporia (Luz et al. 2004, Rocha et al. 2009,

Rocha, Inglis, Humber, Kipnis, Luz unpublished data). M. flavoviride var. pemphigi is reported

for the first time in Brazil and the unique isolate indicated a low incidence in soils of the tested

region.

TEF and ITS sequencing showed that largest group of Metarhizium isolates from the

Cerrado was sufficiently different from M. anisopliae and these isolates belong probably to a

new variety of M. anisopliae not yet described. It is important to note that the ITS sequence has

been considered to have a limited power resolution in the differentiation among species and

varieties (Rehner & Buckley 2005, Bischoff et al. 2006, 2009). Nevertheless it was possible to

distinguish clearly the isolates of the largest group of Metarhizium from all standard M.

58

Page 69: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

anisopliae used. M. robertsii has been described recently (Bischoff et al. 2009) and was found

mostly in coleopteran, lepidopteran, orthopteran and hemipteran insects mainly from the

Americas. This species has also already been isolated in the Cerrado (Humber et al. 2009). It is

remarkable that only a single isolate of M. anisopliae, IP 119, has been confirmed within the

tested isolates. This species has been reported with frequency in soils of the Cerrado and other

regions of Brazil (Luz et al. 2004, Rocha et al. 2009, Humber et al. 2009). These fungi,

morphologically identified as M. anisopliae, could be in fact related to other species of the

genus Metarhizium or varieties of M. anisopliae. Morphological and molecular studies would

be necessary to understand better the distribution of M. anisopliae and other species occurring

in Brazilian biomes.

This is the first report on the activity of M. flavoviride var. pemphigi and M. robertsii

against T. infestans. At humidities close to saturation most of isolates were highly active

against T. infestans nymphs. Whereas M. flavoviride var. pemphigi IP 143 induced the lowest

mortality among nymphs and has probably no interest for triatomine vector control, M.

robertsii IP 34 is actually with other Metarhizium one of the most promising candidates within

the genus Metarhizium found in Central Brazil (Luz et al. 2004, Lazzarini et al. 2006). More

investigations about the activity of this strain are necessary in order to confirm its potential for

the biological control of triatomine vectors.

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Fig 1– Maximum parsimony strict consensus tree of aligned translation elongation factor 1

alpha (TEF) gene (partial) sequence data. Trees were rooted using the sequence from M.

flavoviride var. flavoviride ARSEF 4730. Support for branches is given as a percentage of 1000

bootstrap pseudoreplicates.

Fig 2– Maximum parsimony strict consensus tree of aligned internal transcribed spacer

(ITS) gene (partial) sequence data. Trees were rooted using the sequence from M. flavoviride

var. flavoviride ARSEF 2024, M. flavoviride var. pemphigi F658 and FI-72, M. flavoviride var.

minus ARSEF 2037. Support for branches is given as a percentage of 1000 bootstrap

pseudoreplicates.

62

Page 73: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

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Conclusões

A grande quantidade de isolados e espécies de fungos patogênicos encontrados nas

diferentes áreas do Cerrado no estado de Goiás estudadas sugere que neste bioma existe uma

alta diversidade de fungos com potencial para ser usado no controle biológico de

invertebrados-praga. Fungos, especialmente do gênero Metarhizium, são freqüentes em solos

do Cerrado enquanto Evlachovaea-like ocorrem com menor incidência.

O isolamento de fungos foi diretamente ligado aos invertebrados iscas utilizados neste

estudo. Os triatomíneos estudados mostraram ter alta suscetibilidade à infecção com fungos e

assim têm grande utilidade como isca para o isolamento destes microrganismos.

Os resultados dos estudos morfológicos e moleculares com os isolados de Evlachovaea

deixaram claro que o gênero Evlachovaea deve ser sinonimizado com o gênero Isaria. O maior

grupo de isolados de Evlachovaea, grupo II, são I. cateniannulata enquanto os Evlachovaea do

grupo I são provavelmente uma nova espécie de Isaria ainda não descrita.

Os isolados formando o maior grupo de Metarhizium obtidos de amostras coletadas no

Cerrado pertencem provavelmente a uma nova espécie ou variedade de M. anisopliae.

Dentre os isolados testados, M. robertsii IP 34 e I. cateniannulata IP 141 coletados no

Parque Nacional das Emas e na Floresta Nacional de Silvânia, respectivamente, têm maior

potencial para combate de T. infestans.

69

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Page 92: Caracterização morfológica, molecular e biológica de fungos

Anexo do artigo: Occurrence of invertebrate-pathogenic fungi in a Cerrado ecosystem in

Central Brazil

Figura 1. Invertebrados coletados na fazenda Santa Branca com micose durante a estação chuvosa de 2006 e 2007, e algumas estruturas destes fungos.

Figura 2. Desenvolvimento de fungos entomopatogênicos em Rhodnius neglectus. a – Metarhizium sp, b – Isaria cateniannulata, c – Paecilomyces lilacinus, d – Pochonia

chlamydosporia, e – Lecanicillium psalliotae.

82