Novos insights sobre respostas metabólicas induzidas pela ingestão de defensina vegetal na praga de inseto polífaga Helicoverpa armigera

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3151 (2023) Citar este artigo

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A praga do inseto lepidóptero Helicoverpa armigera é uma das pragas mais destrutivas das plantas cultivadas e diversas abordagens biotecnológicas estão sendo desenvolvidas para seu controle. As defensinas vegetais são pequenos peptídeos catiônicos e ricos em cisteína que desempenham um papel na defesa das plantas. A ingestão de uma defensina de Capsicum annuum (CanDef-20) induziu uma redução dependente da dose na massa larval e pupal, atrasou a metamorfose e também reduziu gravemente a fecundidade e a fertilidade em H. armigera. Para compreender os mecanismos moleculares da antibiose mediada pela ingestão de CanDef-20 em larvas de H. armigera, foi realizada uma análise transcriptômica comparativa. A regulação negativa predominante de GOs representa endopeptidases do tipo serina, constituintes estruturais dos ribossomos e componentes integrais da membrana e regulação positiva diferencial da ligação do ATP, núcleo e tradução, enquanto foi detectada regulação positiva da ligação do ácido nucleico representada por elementos transponíveis. Descobriu-se que diferentes isoformas de lipase, serina endopeptidase, glutationa S-transferase, caderina, fosfatase alcalina e aminopeptidases foram reguladas positivamente como uma resposta compensatória à ingestão de CanDef-20. Ensaios enzimáticos in vitro e análise qPCR de alguns genes representativos associados a processos celulares vitais, como metamorfose, digestão de alimentos e membrana intestinal, indicaram regulações diferenciais adaptativas em larvas de H. armigera alimentadas com CanDef-20. Concluímos que a ingestão de CanDef-20 afeta o metabolismo dos insetos de várias maneiras através de sua interação com a membrana celular, enzimas, proteínas citoplasmáticas e desencadeando a mobilização de transposons que estão ligados ao retardo de crescimento e estratégias adaptativas em H. armigera.

As pragas de insectos levam a perdas substanciais de rendimento nas culturas, quer por danos directos, quer pela propagação de doenças. Do número de pragas de insetos que ameaçam e atacam as plantas cultivadas, Helicoverpa armigera é polífaga e a mais devastadora1. Medidas de controle como o uso de vários pesticidas e abordagens baseadas em culturas transgênicas têm sido usadas globalmente, embora H. armigera desenvolva resistência2, levando ao fracasso desses métodos, necessitando do desenvolvimento de novas abordagens biológicas para o controle de pragas sustentável e favorável ao meio ambiente.

Os insetos polífagos desenvolveram múltiplos mecanismos de resistência, como a produção de glutationa S-transferase, glicose oxidase, superexpressão de protease insensível e mono-oxigenase do citocromo P450 para lidar com as defesas das plantas . Os mecanismos moleculares de resistência dos transgênicos Bt têm sido estudados nos últimos anos. A mutação na caderina e no gene transportador ABCC2 presente no epitélio da borda em escova de H. armigera e H. virescens resultou na resistência à toxina Bt4. Além disso, a expressão alterada de fosfatase alcalina (ALP)5, aminopeptidase N (APN)6 e eventos regulatórios na proteína quinase ativada por mitógeno (MAPK)7 foram os mecanismos de resistência utilizados pelos insetos lepidópteros contra a toxina Bt. Esses estudos fornecem evidências de notável diversidade e plasticidade no metabolismo dos insetos para combater as defesas das plantas.

As plantas desenvolveram redes regulatórias sofisticadas para apresentar respostas de defesa constitutivas e induzidas contra ataques de herbívoros3. A indução das vias do jasmonato (JA) e do ácido salicílico (SA)4 seguida pela produção de metabólitos secundários, inibidores de proteinases (PIs)5 e peptídeos antimicrobianos (AMPs) determinam uma resposta de defesa específica da planta para pragas. O efeito dos AMPs sobre os insetos não está claramente decifrado, e sabe-se que há uma probabilidade muito menor de gerar resistência aos AMPs em bactérias do que aos antibióticos8. Portanto, estudar o mecanismo de contra-defesa do inseto contra moléculas de defesa das plantas, como os peptídeos de defensina, nos ajudará a piramidar as moléculas de defesa para um melhor controle de pragas de insetos9.