editors - cbe2018.com.br · por outro lado, esta espécie bacteriana sintetiza várias enzimas e...
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Editors
Lidia Mariana Fiuza Control_Agro_Bio/IRGA, POA, RS, Brazil. [email protected]
Neil Crickmore School of Life Sciences/University of Sussex, Brighton, UK.
Ricardo Antonio Polanczyk Plant Protection Department/UNESP, Jaboticabal, Brazil.
Bacillus thuringiensis characterization: morphology, physiology, biochemistry, pathotype, cellular and molecular aspects
Leon Rabinovitch; Vilmar Machado; Neiva Knaak; Diouneia Lisiane Berlitz; Ricardo Polanczyk and Lidia Mariana Fiuza
Chapter 1
Fisiologia celular, bioquímica, aspectos genéticos, moleculares e toxicológicos de Bt.
Microbiologia: trata-se de uma bactéria ubíqua, Gram-positiva, produz endosporos elipsoidais mas predominantemente cilíndricos (centrais ao paracentral) e contém um corpo de inclusão parasporal chamado cristal ou δ-endotoxina.
O cristal é constituído de proteínas Cry com massa molecular entre 30 kDa e 140 kDa, codificadas por genes cry. Por outro lado, esta espécie bacteriana sintetiza várias enzimas e toxinas que lhes conferem uma ampla adaptação aos habitats naturais.
Cepas de Bt têm sido estudadas e, ao longo do tempo, caracterizadas e descritas como tóxicas e específicas para: Lepidoptera, Diptera, Coleoptera, Hymenoptera, Hemiptera, Orthoptera, Isoptera, Mallophaga, Nematoda, Protozoa, Trematoda, Acari e entre outras pragas alvo.
Globalmente, os sorotipos de 82 Bt às vezes chamados de subespécies foram descritos até 1999, que atualmente correspondem a mais de 700 genes cry distribuídos em cerca de 70 classes.
A revisão de nomenclatura dos genes cry, que codificam as proteínas Bt Cry, foi publicada por Crickmore et al. e tem sido constantemente atualizado no site: http://www.lifesci.sussex.ac.uk/home/Neil_Crickmore/Bt/.
The biology, ecology and taxonomy of Bacillus thuringiensis and related bacteria
Ben Raymond
Chapter 2
A distribuição de cepas produtoras de Cry em dois lados principais do grupo B. cereus. Os nomes do Serovar estão codificados por cores para indicar o quão amplamente distribuídos eles estão entre os clados.
Bt produz de fatores de virulência especializados que permitem a infecção de hospedeiros invertebrados
Apesar do nível de interesse nesta espécie, tem havido uma série de controvérsias e divergências em relação ao seu nicho ecológico, como ele mata seus hospedeiros e benefícios da produção de toxinas Cry e se B. thuringiensis constitui uma espécie real que é um membro distinto do grupo Bacillus cereus.
Hipóteses argumentando que Bt é um saprófito (do solo, de intestino de invertebrados, plantas....) ou um patógeno especializado são criticamente avaliados.
Evidências que apóiam a hipótese do patógeno especializado incluem estudos proteômicos e genômicos que revelam adaptações para lisar células e explorar recursos ricos em peptídeos.
O Bt infecta insetos e se reproduz efetivamente no campo, sem epizootias óbvias, e usa plantas para fazer o vetor de inóculos do solo ao filoplano.
As toxinas Cry e outros fatores de virulência podem ser tratados como bens públicos cooperativos. A produção cooperativa de fatores de virulência tem implicações nas curvas dose-resposta e na compreensão de quais fatores ecológicos podem ser selecionados para a manutenção da virulência.
Finalmente, a taxonomia de B. thuringiensis e a filogenia do grupo B. cereus são discutidas. A variação genética e ecológica dentro do grupo B. cereus é substancial e argumenta contra a aglutinação de todos os membros deste clado em uma espécie.
Sugere-se uma nomenclatura revisada do grupo que inclua a restrição do uso de B. thuringiensis a um único clado que contenha a grande maioria dos isolados adaptados para invertebrados e que revise o uso das denominações de cereus e anthracis.
Classificação das toxinas de três domínios pela homologia do grupo. No centro, a árvore mostra a relação entre as toxinas, onde as linhas coloridas representam os grupos de homologia diferente. As estruturas identificadas são mostradas no círculo interno. No círculo externo são mostras estruturas de outras toxinas dentro da mesma família de proteínas.
[email protected] http://www.lifesci.sussex.ac.uk/home/Neil_Crickmore/Bt [atual - 806]
Classificação das toxinas do Cry por tamanho. As toxinas de três domínios são mostradas na parte superior. As caixas coloridas nas toxinas de três domínios representam os blocos conservados 1–5
O capítulo, descreve como as toxinas Bt foram classificadas desde o início e a atual compreensão da classificação e caracterização de toxinas.
Na década de 1980 foram clonados e seqüenciados os primeiros genes das proteínas Cry de Bt, e ainda busca-se classificá-las de forma útil aos cientistas.
Métodos envolveram geralmente agrupá-los por similaridade de sequência ou por espectros de toxicidade:
O primeiro método tem a vantagem de ser relativamente simples de executar, mas não fornece necessariamente informações sobre as propriedades biológicas da proteína.
A classificação de toxinas por seu espectro de atividade é muito mais informativa, mas é consideravelmente mais difícil de alcançar devido à necessidade de testar a toxina contra uma variedade de diferentes espécies-alvo.
Mais recentemente, tem sido possível agrupar as toxinas por estrutura à medida que o número de proteínas com estruturas resolvidas aumenta e a metodologia para ser capaz de prever estruturas melhora.
Nesta última distinção está claro que existe uma grande diversidade de toxinas por aí, muitas com potencial biotecnológico, e esforços contínuos para analisar suas sequências, estruturas e atividades, as quais contribuirão no desenvolvimento de novos produtos.
Insecticidal proteins from Bacillus thuringiensis and their mechanism of action Alejandra Bravo, Sabino Pacheco, Isabel Gómez, Blanca Garcia-Gómez, Janette Onofre and Mario Soberón
Chapter 4
Nesse capítulo são descritas as classes de proteínas, seu mecanismo de ação e sua estrutura tridimensional, em especial Cry:
Bt produz diferentes proteínas inseticidas (Cry, Vip e Cyt) durante a fase de esporulação do crescimento.
Também são descritas as diferentes estratégias que foram usadas para encontrar novos genes inseticidas que poderiam ser usados no controle biológico de insetos-praga, bem como as estratégias para desenvolver genes conhecidos para produzir proteínas com melhor toxicidade contra pragas de insetos selecionadas.
Essas novas estratégias incluem mutagênese dirigida ao local e troca de domínio entre diferentes toxinas Cry, onde novas proteínas híbridas contendo domínios ou regiões de alça de diferentes proteínas Cry foram construídas, resultando em maior toxicidade contra pragas de insetos selecionadas.
Ainda são descritos sistemas de alto rendimento que foram usados para desenvolver toxinas Cry in vitro. No geral, as toxinas Bt representam uma das estratégias mais bem sucedidas para o biocontrole de pragas de insetos.
No geral, a identificação dos passos limitantes da toxicidade das proteínas Cry aos diferentes insetos-praga e o mapeamento das regiões de ligação envolvidas no reconhecimento do receptor provavelmente fornecerão estratégias para modificar as toxinas Cry para alterar a especificidade, aumentar a toxicidade ou combater a resistência.
Effect of Bacillus thuringiensis on parasitoids and predators
Sergio Antonio De Bortoli, Alessandra Marieli Vacari, Ricardo Antonio Polanczyk, Ana Carolina Pires Veiga and Roberto Marchi Goulart
Chapter 5
Os estudos descritos neste capítulo demonstram que a integração de parasitóides e predadores que ocorrem naturalmente em locais de cultivo agrícola usando bioinseticidas-Bt é positiva:
Os efeitos do Bt em parasitóides e predadores, embora o Bt deva ser seletivo para inimigos naturais, devem ser considerados quanto as ações subletais desses produtos na biologia e/ou comportamento de inimigos naturais.
Quanto o impacto econômico do controle biológico (produção de crucíferas no Vietnã): os agricultores dessas montanhas têm acesso a até 16 bioinseticidas-Bt; nas aplicação de Bt e os parasitóides (Diadegma semiclausum e Diadromus collaris) para o controle de P. xylostella. Os estudo do manejo da praga-alvo reduziu 30% em comparação àqueles que usaram somente pesticidas.
Os autores relatam que o uso combinado de bioinseticidas-Bt ou plantas-Bt e inimigos naturais, predadores e parasitóides permite a manutenção de um agroecossistema balanceado e contribui para a segurança e saúde da produção de alimentos para consumo humano.
Por outro lado, o efeito dos bioinseticidas-Bt em inimigos naturais é mínimo ou significativamente menor que o dos pesticidas tradicionais (Glare e O'Callaghan 2000; Lacey 2017). No entanto, este assunto ainda está longe de chegar a uma conclusão definitiva devido ao elevado número de toxinas Cry ainda não testadas contra pragas e/ou artrópodes benéficos.
Characterization of Bacillus thuringiensis using plasmid patterns, AFLP and rep-PCR
Fernando Hercos Valicente and Rosane Bezerra da Silva
Chapter 6
A caracterização molecular de linhagens de Bt pode ser usada para caracterizar DNA, proteína e variabilidade genética entre isolados de Bt.
A técnica mais utilizada para caracterização do perfil genético e predição de toxicidade e a reação em cadeia da polimerase (PCR); para a diversidade genética, é o polimorfismo de elemento repetitivo (Rep-PCR) usando primers ERIC, REP e BOX.
O polimorfismo de tamanho de fragmento ampliado (AFLP) é usado para entender a variabilidade genética e detectar marcadores moleculares, e a caracterização de plasmídeos é importante para detectar o número e os padrões de plasmídeos.
As proteínas de Bt podem ser caracterizadas de acordo com seu tamanho em SDS PAGE.
Para os autores, a maioria dessas técnicas, a vantagem é que não é necessário conhecer o genoma da espécie a ser estudada, não é tão caro e os resultados são reprodutíveis.
Nesse contexto, essas técnicas devem ser mais usadas para caracterizar e gerar resultados, a fim de entender melhor a diversidade de B. thuringiensis.
Dendrograma obtido por meio de Rep-PCR em DNA purificado de espécies de Bacillus thuringiensis seguido de avaliação pelo método de agrupamento UPGMA.
New sequencing technologies and genomic analysis applied to Bacillus thuringiensis
Roberto Franco Teixeira Correia, Anne Caroline Mascarenhas dos Santos, Raimundo Wagner de Souza Aguiar, Bergmann Morais Ribeiro and Fernando Lucas Melo
Chapter 7
No capítulo é apresentado o estado atual da tecnologia de sequenciamento de próxima geração e são fornecidos exemplos de aplicações dessas técnicas para descobrir novos aspectos da biologia de B. thuringiensis....
Considerando os estudos realizados para definir as relações do grupo Bacillus cereus, o uso de genomas “pan" e “core” ajudou os cientistas a ter novas visões sobre as bactérias que formam esse grupo. Também levantou novas questões sobre as relações desses microrganismos em nível filogenético.
Portanto, é possível concluir que mais pesquisas devem ser realizadas a fim de compreender as relações entre as três espécies de Bacillus discutidas aqui e as razões que levaram esse grupo a apresentar patogenicidade tão diversa.
Expression of Bacillus thuringiensis in insect cells Bergmann Morais Ribeiro, Érica Soares Martins, Raimundo Wagner de Souza Aguiar and Roberto Franco Teixeira Correia
Chapter 8
Baculovírus e Bt são agentes de controle biológico utilizados no controle de pragas de insetos agrícolas e vetores de doenças humanas.
A expressão de proteínas Cry em células de inseto usando baculovírus recombinantes tem se mostrado um meio alternativo de produção dessas proteínas para estudos funcionais e/ou estruturais.
A combinação da atividade insecticida da infecção letal com Bt e baculovirus também tem o potencial para melhorar a patogenicidade viral em relação aos seus insetos hospedeiros.
A fácil manipulação dos genomas de baculovírus e o aumento do número de sequências genômicas de baculovírus disponíveis podem facilitar a expressão de proteínas Cry e, além de melhorar sua patogenicidade, retardar o desenvolvimento de insetos resistentes às proteínas Cry e à replicação viral.
Neste capítulo, a construção de baculovírus recombinantes contendo diferentes genes cry (cry1, cry2, cry4, cry10 e cry11) e a expressão das correspondentes proteínas Cry em células de insetos e larvas de insetos são descritas.
Bacillus thuringiensis: different targets and interactions
Lidia Mariana Fiuza; Diouneia Lisiane Berlitz, Jaime Vargas de Oliveira and Neiva Knaak
Chapter 9
- 4 novas cepas de B. thuringiensis:
MTox 1886-2, MTox 3146-3, MTox 2974-11, MTox 3434-2;
- 1 nova cepa de B. subtilis:
MTox 1556-5, e padrões do CCGB LFB 117; CCGB LFB 757 (IOC/FIOCRUZ).
Bacillus thuringiensis and nematoxicity JBiopest 5(1): 1-6
© 383
JBiopest 6(2):120-128
Bacillus thuringiensis: molecular characterization, ultrastructural and
nematoxicity to Meloidogyne sp..
Diouneia Lisiane Berlitz, Danilo de Athayde Saul, Vilmar Machado, Rita de Cássia Santin, Alexandre
Martins Guimarães, Aida Teresinha Santos Matsumura, Bergmann Morais Ribeiro, Lidia Mariana
Fiuza
ABSTRACT
Nematodes are important pests in agriculture, causing losses that reach $ 125 million annually. In
addition to chemical control, biological control using strains of the bacterium Bacillus thuringiensis
has been studied. The aim of this study was to evaluate the toxicity of new strain of B. thuringiensis to Meloidogyne sp., in laboratory and in greenhouse, as well as the content of cry genes and
structural and ultrastructural analyzes. The MTox 1886-2 isolate was used, at different
concentrations, to evaluate the toxicity to juveniles (J2) of Meloidogyne in laboratory, and to eggs
and juveniles in greenhouse. Differential Interference Contrast Microscopy, Scanning Electron
Microscopy and molecular characterization by PCR were performed. Laboratory results showed 96%
of corrected mortality of nematodes treated with 1 x 1010
cells/mL, getting a LC50 of 2.6x107cells/mL.
In greenhouse, MTox 1886-2 showed 36% reduction in the number of nematodes, compared to
control, and presented better results in the weight of the aerial part and the roots of lettuce plants.
Structural and ultrastructural analysis of the spore-crystal mixture of the strain revealed the presence
of a bipyramidal crystal protein. The analysis of the content of cry genes by PCR amplification
resulted in a fragment of approximately 1000 bp which was sequenced revealing a target gene of the
cry1D subfamily. Thus, the prospects for this study is the use of this gene in the development of
genetically modified plants, granting resistance to nematodes, or the use in new commercial
formulations.
MS History: 15.4.2013 (Received)-3.9.2013 (Revised)-15.9.2013 (Accepted)
Key words: Bacillus thuringiensis, Meloidogyne sp., cry gene, phytonematode.
INTRODUCTION Losses in agricultural production worldwide due to
nematodes have been reported long ago, showing a
12.3% drop in productivity (Freckman and Sasser,
1986; Oka et al., 2010). Other estimates indicate
that damage could exceed $ 125 billion annually
(Chitwood, 2002; Oka et al., 2010). In the United
States, the incidence of nematodes generates an
annual loss in soybean culture of $ 500 million
(Acrissul, 2013), while in India the annual losses in
24 different crops in monetary terms has been
worked out to the tune of $ 21 million (Rao, 2013).
In Brazil the estimated loss is $ 400 million
annually in different target cultures, such as
soybean, bean, cotton and corn.
Among the major nematode pests, the genus
Meloidogyne stands out as the most important in
worldwide agriculture due to their adaptation to
parasitism of almost all crops that produce food and
fiber in the world (El-Hadad et al., 2010). The
species of this genus form galls on the roots of host
plants, partially or completely inhibiting the
absorption of water and nutrients, debilitating the
plant development and its production (Abo-Hashem
and Elyousr, 2011). The use of synthetic
nematicides is one of the main methods used to
minimize the damage caused by these nematodes.
However, techniques such as fumigation are being
withdrawn from the market due to its high toxicity,
especially the use of methyl bromide (Li et al.,
Alinhamento das sequências do gene cry1Da (GenBank FJ794963.1) com cry1D
like (MTox 2974-11), de Bacillus thuringiensis, produzido pelo software Clustal X2,
demonstrando a similaridade entre as sequências.
Microscopia de Contraste Interferencial de Fase e Microscopia Eletrônica de Varredura
das cepas de Bacillus thur igiensis. (A e C).
Meloidogyne javanica in differential interference contrast microscopy. A- Imature Eggs.
B- Juvenile Stage (J2). Source: authors.
Species Characteristics Citation
B. thuringiensis toxic crystal production during sporulation; genes cry5, cry6, cry12 cry13, cry14 and cry21 which presented activity against nematodes; production of secondary metabolites, which reduce the attraction of the nematodes to the roots, or degrade specific exudates of the roots that control the behavior of these species; fofolipase C, hemolysins, proteases and cytotoxins.
Vilas-Bôas, et al., (2012); Khan et al. (2010); Jouzani et al. (2008); Höfte and Whiteley (1989).
Bacillus subtilis produces: antibiotics zwittermicin- A and kanosamine, lipopeptides and antifungal protein bacisubin; endotoxins and a variety of polypeptide antibiotics of the bacillomycin group, iturin, fungistatin, mycobacillin, mycosubtilin. In soil, interferes in the reproductive cycle of the nematodes, acting on the larvae orientation to the host plant.
Liu et al. (2007); Kudryashova et al. (2005); Pal-Bais et al. (2004); Sharma and Gomes (1996); Leifert et al. (1995).
Bacillus firmus
toxins ovicidal activity in nematodes, damage the external egg pellicle, inhibiting the hatching, act against their juvenile stages.
Terefe et al. (2009); Anastasiadis et al. (2008); Mendoza et al. (2008).
B. megaterium increases the availability of phosphorus in soil, produce volatile compounds, produce antibiotic compounds, inhibit hatching of the nematodes.
Huang et al. (2010); Vary, (1992).
33
Potencial dos óleos essenciais de plantas no controle
de insetos e microrganismos
Potential of essential plant oils to control insects and microorganisms
Neiva Knaak1
Lidia Mariana Fiuza1,2
Resumo
As substâncias repelentes ou atraentes das plantas são, principalmente, de natureza terpênica
e se apresentam como moléculas de baixo peso molecular e volátil. Essas substâncias,
normalmente, são conhecidas como aromáticas e se denominam óleos essenciais, os quais
se acumulam em todos os órgãos vegetais. Nos vegetais, os óleos essenciais desenvolvem
funções relacionadas com sua volatilidade, agindo na atração de polinizadores, na proteção
contra predadores, nos patógenos, na perda de água, no aumento de temperatura e também
desempenhando funções ecológicas, especialmente como inibidoras de germinação. Essas
características tornam as plantas que os produzem poderosas fontes de agentes biocidas, o
que é largamente estudado nos agroecossistemas, principalmente no que concerne às ações
bactericida, fungicida e inseticida. Os óleos essenciais têm como principais constituintes os
monoterpenos, seguidos pelos sesquiterpenos, além de compostos aromáticos de baixo
peso molecular. Sua função específi ca na planta ainda é desconhecida, porém se acredita
que, durante o seu desenvolvimento, as plantas superiores sintetizam terpenóides essenciais
para o próprio crescimento. Essas substâncias do metabolismo secundário podem agir como
inibidores de germinação, proteção contra predadores, atração de polinizadores, entre outras.
Entretanto, a avaliação desses compostos com fi nalidades diversas, como, por exemplo, no
controle de microrganismos patogênicos de plantas cultivadas ou, ainda, como inseticida ou
herbicida natural, é recente, visto que são poucos os trabalhos de pesquisa desenvolvidos e
publicados nessa área. Esta revisão em artigo trata das interações dos óleos essenciais de
plantas medicinais, silvestres e cultivadas com microrganismos e insetos.
Palavras-chave: óleos essenciais, insetos, fungos, bactérias.
Abstract
The repelling or attracting plants substances are mainly from terpenic nature and they
appear as molecules with less molecular weight and volatile. Usually, these substances are
known as aromatic or essential oils, which amass themselves at all herbal organs. In the
herbs, essential oils develop functions related to volatility, acting to attract the pollinating, to
protect against pathogens predators, in the missing of water, to rise the temperature and also
making ecological functions, especially as a germination inhibitor. These features make the
plants which produce these aromatics a powerful source of biocidal agents, being steadily
studied in agroecosystems, principally because of the bactericidal, fungicidal, and insecticidal
activities. The main components are the monoterpenes, followed by sesquiterpenes, besides
aromatic compounds with low molecular weight. The specifi c function that essential oils turns
out on the plant is still unknown; however, it is supposed that the higher plants synthesize
terpenoids which are essential to their growth. These substances of secondary metabolism
can act as germination inhibitors, protection against predators, pollinator attractors, among
others. However, the evaluation of these compounds with general purposes is recent, for
1 Programa de Pós-Graduação em Biologia,
Laboratório de Microbiologia, Universidade
do Vale do Rio dos Sinos. Av. Unisinos,
950, Cristo Rei, 93022-000, São Leopoldo,
RS, Brasil.2 Estação Experimental do Arroz, Instituto Rio
Grandense do Arroz. Av. Bonifácio Carvalho
Bernardes, 1494, 94930-30, Cachoeirinha,
RS, Brasil.
Neotropical Biology and Conservation
5(2):120-132, may-august 2010
© by Unisinos - doi: 10.4013/nbc.2010.52.08
Potencial dos óleos essenciais de plantas no controle
de insetos e microrganismos
Potential of essential plant oils to control insects and microorganisms
Neiva Knaak1
Lidia Mariana Fiuza1,2
Resumo
As substâncias repelentes ou atraentes das plantas são, principalmente, de natureza terpênica
e se apresentam como moléculas de baixo peso molecular e volátil. Essas substâncias,
normalmente, são conhecidas como aromáticas e se denominam óleos essenciais, os quais
se acumulam em todos os órgãos vegetais. Nos vegetais, os óleos essenciais desenvolvem
funções relacionadas com sua volatilidade, agindo na atração de polinizadores, na proteção
contra predadores, nos patógenos, na perda de água, no aumento de temperatura e também
desempenhando funções ecológicas, especialmente como inibidoras de germinação. Essas
características tornam as plantas que os produzem poderosas fontes de agentes biocidas, o
que é largamente estudado nos agroecossistemas, principalmente no que concerne às ações
bactericida, fungicida e inseticida. Os óleos essenciais têm como principais constituintes os
monoterpenos, seguidos pelos sesquiterpenos, além de compostos aromáticos de baixo
peso molecular. Sua função específi ca na planta ainda é desconhecida, porém se acredita
que, durante o seu desenvolvimento, as plantas superiores sintetizam terpenóides essenciais
para o próprio crescimento. Essas substâncias do metabolismo secundário podem agir como
inibidores de germinação, proteção contra predadores, atração de polinizadores, entre outras.
Entretanto, a avaliação desses compostos com fi nalidades diversas, como, por exemplo, no
controle de microrganismos patogênicos de plantas cultivadas ou, ainda, como inseticida ou
herbicida natural, é recente, visto que são poucos os trabalhos de pesquisa desenvolvidos e
publicados nessa área. Esta revisão em artigo trata das interações dos óleos essenciais de
plantas medicinais, silvestres e cultivadas com microrganismos e insetos.
Palavras-chave: óleos essenciais, insetos, fungos, bactérias.
Abstract
The repelling or attracting plants substances are mainly from terpenic nature and they
appear as molecules with less molecular weight and volatile. Usually, these substances are
known as aromatic or essential oils, which amass themselves at all herbal organs. In the
herbs, essential oils develop functions related to volatility, acting to attract the pollinating, to
protect against pathogens predators, in the missing of water, to rise the temperature and also
making ecological functions, especially as a germination inhibitor. These features make the
plants which produce these aromatics a powerful source of biocidal agents, being steadily
studied in agroecosystems, principally because of the bactericidal, fungicidal, and insecticidal
activities. The main components are the monoterpenes, followed by sesquiterpenes, besides
aromatic compounds with low molecular weight. The specifi c function that essential oils turns
out on the plant is still unknown; however, it is supposed that the higher plants synthesize
terpenoids which are essential to their growth. These substances of secondary metabolism
can act as germination inhibitors, protection against predators, pollinator attractors, among
others. However, the evaluation of these compounds with general purposes is recent, for
1 Programa de Pós-Graduação em Biologia,
Laboratório de Microbiologia, Universidade
do Vale do Rio dos Sinos. Av. Unisinos,
950, Cristo Rei, 93022-000, São Leopoldo,
RS, Brasil.2 Estação Experimental do Arroz, Instituto Rio
Grandense do Arroz. Av. Bonifácio Carvalho
Bernardes, 1494, 94930-30, Cachoeirinha,
RS, Brasil.
Neotropical Biology and Conservation
5(2):120-132, may-august 2010
© by Unisinos - doi: 10.4013/nbc.2010.52.08
Potencial dos óleos essenciais de plantas no controle
de insetos e microrganismos
Potential of essential plant oils to control insects and microorganisms
Neiva Knaak1
Lidia Mariana Fiuza1,2
Resumo
As substâncias repelentes ou atraentes das plantas são, principalmente, de natureza terpênica
e se apresentam como moléculas de baixo peso molecular e volátil. Essas substâncias,
normalmente, são conhecidas como aromáticas e se denominam óleos essenciais, os quais
se acumulam em todos os órgãos vegetais. Nos vegetais, os óleos essenciais desenvolvem
funções relacionadas com sua volatilidade, agindo na atração de polinizadores, na proteção
contra predadores, nos patógenos, na perda de água, no aumento de temperatura e também
desempenhando funções ecológicas, especialmente como inibidoras de germinação. Essas
características tornam as plantas que os produzem poderosas fontes de agentes biocidas, o
que é largamente estudado nos agroecossistemas, principalmente no que concerne às ações
bactericida, fungicida e inseticida. Os óleos essenciais têm como principais constituintes os
monoterpenos, seguidos pelos sesquiterpenos, além de compostos aromáticos de baixo
peso molecular. Sua função específi ca na planta ainda é desconhecida, porém se acredita
que, durante o seu desenvolvimento, as plantas superiores sintetizam terpenóides essenciais
para o próprio crescimento. Essas substâncias do metabolismo secundário podem agir como
inibidores de germinação, proteção contra predadores, atração de polinizadores, entre outras.
Entretanto, a avaliação desses compostos com fi nalidades diversas, como, por exemplo, no
controle de microrganismos patogênicos de plantas cultivadas ou, ainda, como inseticida ou
herbicida natural, é recente, visto que são poucos os trabalhos de pesquisa desenvolvidos e
publicados nessa área. Esta revisão em artigo trata das interações dos óleos essenciais de
plantas medicinais, silvestres e cultivadas com microrganismos e insetos.
Palavras-chave: óleos essenciais, insetos, fungos, bactérias.
Abstract
The repelling or attracting plants substances are mainly from terpenic nature and they
appear as molecules with less molecular weight and volatile. Usually, these substances are
known as aromatic or essential oils, which amass themselves at all herbal organs. In the
herbs, essential oils develop functions related to volatility, acting to attract the pollinating, to
protect against pathogens predators, in the missing of water, to rise the temperature and also
making ecological functions, especially as a germination inhibitor. These features make the
plants which produce these aromatics a powerful source of biocidal agents, being steadily
studied in agroecosystems, principally because of the bactericidal, fungicidal, and insecticidal
activities. The main components are the monoterpenes, followed by sesquiterpenes, besides
aromatic compounds with low molecular weight. The specifi c function that essential oils turns
out on the plant is still unknown; however, it is supposed that the higher plants synthesize
terpenoids which are essential to their growth. These substances of secondary metabolism
can act as germination inhibitors, protection against predators, pollinator attractors, among
others. However, the evaluation of these compounds with general purposes is recent, for
1 Programa de Pós-Graduação em Biologia,
Laboratório de Microbiologia, Universidade
do Vale do Rio dos Sinos. Av. Unisinos,
950, Cristo Rei, 93022-000, São Leopoldo,
RS, Brasil.2 Estação Experimental do Arroz, Instituto Rio
Grandense do Arroz. Av. Bonifácio Carvalho
Bernardes, 1494, 94930-30, Cachoeirinha,
RS, Brasil.
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Potencial dos óleos essenciais de plantas no controle
de insetos e microrganismos
Potential of essential plant oils to control insects and microorganisms
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Resumo
As substâncias repelentes ou atraentes das plantas são, principalmente, de natureza terpênica
e se apresentam como moléculas de baixo peso molecular e volátil. Essas substâncias,
normalmente, são conhecidas como aromáticas e se denominam óleos essenciais, os quais
se acumulam em todos os órgãos vegetais. Nos vegetais, os óleos essenciais desenvolvem
funções relacionadas com sua volatilidade, agindo na atração de polinizadores, na proteção
contra predadores, nos patógenos, na perda de água, no aumento de temperatura e também
desempenhando funções ecológicas, especialmente como inibidoras de germinação. Essas
características tornam as plantas que os produzem poderosas fontes de agentes biocidas, o
que é largamente estudado nos agroecossistemas, principalmente no que concerne às ações
bactericida, fungicida e inseticida. Os óleos essenciais têm como principais constituintes os
monoterpenos, seguidos pelos sesquiterpenos, além de compostos aromáticos de baixo
peso molecular. Sua função específi ca na planta ainda é desconhecida, porém se acredita
que, durante o seu desenvolvimento, as plantas superiores sintetizam terpenóides essenciais
para o próprio crescimento. Essas substâncias do metabolismo secundário podem agir como
inibidores de germinação, proteção contra predadores, atração de polinizadores, entre outras.
Entretanto, a avaliação desses compostos com fi nalidades diversas, como, por exemplo, no
controle de microrganismos patogênicos de plantas cultivadas ou, ainda, como inseticida ou
herbicida natural, é recente, visto que são poucos os trabalhos de pesquisa desenvolvidos e
publicados nessa área. Esta revisão em artigo trata das interações dos óleos essenciais de
plantas medicinais, silvestres e cultivadas com microrganismos e insetos.
Palavras-chave: óleos essenciais, insetos, fungos, bactérias.
Abstract
The repelling or attracting plants substances are mainly from terpenic nature and they
appear as molecules with less molecular weight and volatile. Usually, these substances are
known as aromatic or essential oils, which amass themselves at all herbal organs. In the
herbs, essential oils develop functions related to volatility, acting to attract the pollinating, to
protect against pathogens predators, in the missing of water, to rise the temperature and also
making ecological functions, especially as a germination inhibitor. These features make the
plants which produce these aromatics a powerful source of biocidal agents, being steadily
studied in agroecosystems, principally because of the bactericidal, fungicidal, and insecticidal
activities. The main components are the monoterpenes, followed by sesquiterpenes, besides
aromatic compounds with low molecular weight. The specifi c function that essential oils turns
out on the plant is still unknown; however, it is supposed that the higher plants synthesize
terpenoids which are essential to their growth. These substances of secondary metabolism
can act as germination inhibitors, protection against predators, pollinator attractors, among
others. However, the evaluation of these compounds with general purposes is recent, for
1 Programa de Pós-Graduação em Biologia,
Laboratório de Microbiologia, Universidade
do Vale do Rio dos Sinos. Av. Unisinos,
950, Cristo Rei, 93022-000, São Leopoldo,
RS, Brasil.2 Estação Experimental do Arroz, Instituto Rio
Grandense do Arroz. Av. Bonifácio Carvalho
Bernardes, 1494, 94930-30, Cachoeirinha,
RS, Brasil.
Neotropical Biology and Conservation
5(2):120-132, may-august 2010
© by Unisinos - doi: 10.4013/nbc.2010.52.08
Dados da interação de Bacillus thuringiensis aizawai (Bta) e B. thuringiensis kurstaki (Btk) com os óleos essenciais de Malva sp., Mentha sp., Cymbopogon citratus, Zenziber officinale, Artemisia. absinthium, Tanacetum vulgare e Ruta graveolens (2%) às lagartas de 1º ínstar de Spodoptera frugiperda.
Tratamentos MC (%) Bta
MC (%)
Tipo de
interação
Btk
MC (%)
Tipo de interação
Ruta graveolens 17b 77e Sinergismo 64d sinergismo
Malva sp. 1a 80e Sinergismo 38c antagonismo
Tanacetum vulgare 18b 64d Antagonismo 39c antagonismo
Artemísia absinthium 3a 51d Antagonismo 58d sinergismo
Zenziber officinale 39c 56d Antagonismo 61d sinergismo
Cymbopogon citratus 31c 61d Antagonismo 60d sinergismo
Mentha sp. 22b 81e sinergismo 67e sinergismo
B. thuringiensis aizawai 69e
B. thuringiensis kurstaki 40c
Controle 0a
Médias seguidas de mesma letra não diferem significativamente entre si pelo teste Tukey, a 5% de probabilidade.
Specificity and cross-order activity of Bacillus thuringiensis pesticidal proteins
Kees van Frankenhuyzen
Chapter 10
Comparação de toxicidades fora das ordens de especificidade primária de 16 proteínas de atividade cruzada com faixas de toxicidade de referência ativas contra Lepidoptera (L) , Coleoptera (C), Diptera (D) e Nematoda (N). Atividades adicionais de ordem: Hemiptera (quadrados pretos) e Hymenoptera (quadrados abertos). Os valores de LC50 são quadrados no eixo Y esquerdo (μg/ml) ou ovais eixo Y direito (μg/cm2).
The American Bacillus thuringiensis based biopesticide market
Ricardo Antonio Polanczyk, Kees van Frankenhuyzen and Giuliano Pauli
Chapter 11
Número de produtos biológicos e produtos à base de Bacillus thuringiensis registrados no Brasil.
Mass production, application, and market development of Bacillus thuringiensis biopesticides in China Lin Li, Zhenmin Chen and Ziniu Yu
Chapter 12
Produção de biopesticidas de Bt por fermentações submersas na China: (a/b) Fermentadores; (c) fermentadores de sementes; (d) oficina de fermentação; (e/f) ensaios de eficácia de pesticidas nas estufas.
The role of Embrapa in the development of tools to control biological pests: a case of success
Rose Gomes Monnerat, Glaucia de Figueiredo Nachtigal, Ivan Cruz, Wagner Bettiol and Clara Beatriz Hoffman Campo
Chapter 13
Bioinseticidas desenvolvidos pela Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia com instituições privadas, com base nas linhagens de Bacillus thuringiensis e Lysinibacillus sphaericus da Coleção de Bactérias para controle de pragas. Ponto Final (Bthek Biotecnologia Ltda), Inova Bti (Instituto Matogrossense do Algodão-IMAmt), Greve Bio Bti SC (Greve Indústria e Comércio), Bt-horus SC (Bthek Biotecnologia Ltda), Sphaerico (Geratec do Brasil) e Sphaerus -SC (Bthek Biotecnologia Ltda.).
Bacillus entomopathogenic based biopesticides in vector control programs in Brazil
Clara Fátima Gomes Cavados, Wanderli Pedro Tadei, Rosemary Aparecida Roque, Lêda Narcisa Regis, Claudia Maria Fontes de Oliveira, Helio Benites Gil and Carlos José Pereira da Cunha de Araujo-Coutinho
Chapter 14
Esse capítulo apresenta uma visão geral histórica e atual do uso de produtos microbianos baseados em Bacillus spp. para o controle dos principais alvos da saúde pública brasileira: Aedes spp., Anopheles spp., Culex spp.
Os insetos vetores são uma realidade que atrai a atenção da saúde pública devido ao papel desses insetos na transmissão de doenças que afetam todas a sociedade.
No momento, embora as demandas por infraestrutura, como o saneamento básico, estejam diretamente ligadas à densidade populacional dos insetos vetores, medidas de controle direto, como a aplicação de inseticidas, têm sido priorizadas.
Produtos baseados em agentes microbianos têm se mostrado de grande valia para o controle de insetos vetores, pois apresentam grandes vantagens sobre produtos químicos, como alta especificidade, que resulta em menor impacto sobre o meio ambiente.
Nesse contexto, as bactérias do gênero Bacillus destacam-se como candidatas viáveis, com possibilidades reais de produção em larga escala.
Resistance of mosquitoes to entomopathogenic bacterial based larvicides: current status and strategies for managemet
Maria Helena Neves Lobo Silva-Filha
Chapter 15
Neste capítulo estão resumidas as principais toxinas mosquitocidas e sua interação com os sítios-alvo do intestino médio, assim como os problemas de resistência.
A bactéria entomopatogênica Bacillus thuringiensis sorovar. israelensis (Bti) e Lysinibacillus sphaericus têm sido utilizados com sucesso no controle de insetos de relevância em saúde pública, incluindo os gêneros Aedes, Anopheles, Culex e Simulium.
Estas bactérias apresentam um modo específico de ação que depende de interações únicas, o que as torna os agentes mais seletivos atualmente disponíveis para o controle de larvas de Diptera.
Eles produzem proteínas inseticidas cristalinas que atuam no intestino médio larval através de sua interação com receptores específicos.
L. sphaericus apresenta um único fator larvicida importante, a protoxina Binária (Bin), cuja ação depende da ligação a uma classe de receptores, enquanto os cristais Bti contêm quatro protoxinas principais (Cry4Aa, Cry4Ba, Cry11Aa, Cyt1Aa) que exibem interações com uma grupo de moléculas receptoras distintas do intestino médio.
O modo de ação de L. sphaericus apresenta um maior potencial de seleção de resistência, comparado ao Bti que não possui registro de resistência a insetos até o momento.
The importance of Bacillus thuringiensis in the context of genetically modified plants in Brazil Deise Maria Fontana Capalbo and Marise Tanaka Suzuki
Chapter 16
Avanços no uso de Bacillus thuringiensis para o controle de pragas agrícolas no século 20, como apresentado por Niederhuber (2015).
Resistance of Spodoptera frugiperda to Bacillus thuringiensis proteins in the Western Hemisphere Samuel Martinelli, Renato Assis de Carvalho, Patrick Marques Dourado and Graham Phillip Head
Chapter 17
Event / Stack
Class of Bt proteins
Cry1
Cry2
Vip3A
MON 810; Bt11
Cry1Ab
TC1507
Cry1F
MON 89034
Cry1A.105
Cry2Ab2
MON 89034 × TC1507
Cry1A.105; Cry1F
Cry2Ab2
MIR162
Vip3Aa20
Bt11 × MIR162 Cry1Ab Vip3Aa20
MON 810 × TC1507 × MIR162 Cry1Ab; Cry1F Vip3Aa20
Resumo dos eventos de milho-Bt para o manejo de Spodoptera frugiperda e
respectivas proteínas inseticidas de Bacillus thuringiensis expressas, aprovadas para
cultivo no Brasil e na Argentina.
