Resistance risk assessment of Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) to Cry1ac protein expressed on MON87701 × MON89788 soybean in Brazil

A evolução da resistência de insetos a culturas que expressam proteínas derivadas de Bacillus thuringiensis (Bt) é o maior desafio para a manutenção dessa biotecnologia em programas de manejo integrado de pragas. Diante do risco de evolução de resistência de Helicoverpa armigera (Hübner) à soja MON87701 × MON89788 foi realizada uma análise de risco levando em consideração o conjunto de fatores que influenciam no processo de seleção. Portanto, os objetivos do presente estudo foram a de caracterizar a suscetibidade à proteína Cry1Ac em populações de H. armigera e H. zea, caracterizar a eficácia da soja MON87701 × MON89788, bem como a adequação do produto ao conceito de alta dose para H. armigera e H. zea, avaliar a frequência dos alelos que conferem resistência à proteína Cry1Ac em populações de H. armigera, identificar a preferência hospedeira de H. armigera e H. zea em diferentes culturas e paisagens agrícolas e avaliar os parâmetros biológicos e demográficos de H. armigera e H. zea em diferentes hospedeiros. A espécie H. zea foi aproximadamente 60 vezes mais tolerante à proteína Cry1Ac que H. armigera. Além disso, baixa variabilidade na suscetibilidade à Cry1Ac foi verificada em populações de H. armigera coletadas em diferentes regiões do Brasil, o que pode ser explicada pela recente introdução dessa espécie no continente americano. A soja MON87701 × MON89788 resultou em mortalidade completa de H. armigera durante todo o ciclo da cultura, enquanto que para H. zea não foi verificado 100% de mortalidade sob condições de laboratório em bioensaios de cinco dias de duração, apesar dos altos níveis de mortalidade encontrados. Uma baixa frequência (frequência estimada = 0,0011) de alelos que conferem resistência à soja MON87701 × MON89788 em populações de campo de H. armigera foi estimada pelo método de F2 screen. A avaliação da tabela de vida em laboratório demonstrou que H. armigera tem altos níveis de desenvolvimento e a reprodução nas principais culturas das regiões dos Cerrados, sendo a cultura do algodão a que resulta nos maiores valores de crescimento populacional e menor tempo entre gerações. Por outro lado, H. zea se mostrou menos polífaga, se estabelecendo até a fase adulta e gerando descendentes apenas em milho e milheto. A ocorrência das duas espécies no campo corrobora com as informações encontradas na tabela de vida, na qual H. armigera foi encontrada em grande parte as culturas da soja e algodão, e em menor frequência à cultura do milho, enquanto que H. zea apresentou comportamento funcionalmente monófago no campo, associada apenas à cultura do milho. Os parâmetros toxicológicos da soja MON87701 × MON89788 associada à alta suscetibilidade de H. armigera à proteína Cry1Ac e à baixa frequência inicial de alelos que conferem resistência se adéquam aos preceitos da estratégia de alta dose/refúgio. A manutenção das áreas de refúgio com plantas não-Bt, de acordo com as recomendações, é essencial para retardar o processo de seleção de resistência de populações de H. armigera à soja MON87701 × MON89788 no Brasil.Insect resistance to crops expressing proteins derived from Bacillus thuringiensis proteins (Bt) impose the biggest challenge to maintaining the value of this biotechnology in integrated pest management programs. To support a resistance to Helicoverpa armigera (Hübner) to soybean MON87701 × MON89788 was carried out a risk analysis taking into account all factors that influence the selection process. Therefore, the objectives of this study were to characterize the suscetibidade the Cry1Ac protein in H. armigera populations and H. zea, characterize the effectiveness of soybean MON 87701 × MON 89788, as well as the suitability of the product to the concept of high dose H. armigera and H. zea, evaluate the frequency of alleles that confer resistance to Cry1Ac protein in H. armigera populations from different regions of agricultural production, understand the host preference of H. armigera and H. zea in different crops in and agricultural landscapes and evaluate the biological and demographic parameters of H. armigera and H. zea on different hosts. The species H. zea was approximately 60 times more tolerant to Cry1Ac protein than H. armigera. Low variability on susceptibility to Cry1Ac was found among field H. armigera populations, what can be explained by the recent introduction of this species into America. MON 87701 × MON 89788 soybean resulted in complete mortality of H. armigera throughout the crop cycle, while incomplete mortality was found for H. zea using leaf disc bioassays, although high levels of mortality were found. A low resistance allele frequency (estimated frequency = 0.0011) to MON 87701 × MON 89788 soybean was estimated by using the F2 screen methodology. The assessment of the Life Table parameters in laboratory demonstrated the main row crops such as cotton, soybean and maize are suitable for the development and reproduction of H. armigera, wherein cotton resulted in higher values of population growth parameter and shorter times between generations. Conversely, H. zea was less polyphagous in which only corn and millet were suitable hosts. Field occurrence of both species was consistent with laboratory studies. H. amigera was mostly found in soybean and cotton, and rarely on corn, while H. zea was found mainly on maize. Overall, toxicological aspects of MON87701 × MON89788 soybean associated with high susceptibility of H. armigera to Cry1Ac protein and low initial resistance allele frequency fit properly to the highdose/ refuge strategy to delay resistance evolution. Therefore, maintenance of compliance with the refuge recommendation is essential to delay the evolution of resistance in H. armigera to MON87701 × MON89788 soybean in Brazil

Resistance of Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) to spinosad in Brazil

Spinosad tem sido um dos inseticidas bastante utilizados em programas de manejo de Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) no Brasil, devido à alta eficácia e ao mecanismo de ação único (ativadores alostéricos dos receptores nicotínicos de acetilcolina). Para preservar a vida útil de spinosad, os objetivos do trabalho foram: (a) caracterizar a variabilidade geográfica e temporal na suscetibilidade de S. frugiperda a spinosad em populações coletadas nas principais regiões produtoras de milho no Brasil nas safras de 2006 a 2008, (b) Avaliar a resposta à pressão de seleção de S. frugiperda a spinosad em condições de laboratório, e (c) avaliar a resistência cruzada entre spinosad e spinetoram em S. frugiperda. A caracterização da suscetibilidade a spinosad em populações de S. frugiperda foi realizada com o método de bioensaio por ingestão mediante contaminação superficial da dieta artificial com o inseticida, utilizando-se lagartas de 3º instar. Baseado na resposta de concentração-mortalidade da população suscetível de referência, foram definidas as concentrações diagnósticas de 32 e 56 µg de spinosad/mL de água [I.A.(ppm)], correspondentes à CL95 e CL97 respectivamente, para o monitoramento da resistência. Foram verificadas diferenças significativas na suscetibilidade de populações de S. frugiperda a spinosad no Brasil, com sobrevivências variando de 1,5 a 64,4% e 1,5 a 41,2% nas concentrações diagnósticas de 32 e 56 ppm de spinosad respectivamente. Em geral foi observado um aumento na freqüência de resistência em todas as populações avaliadas nas safras de 2006 a 2008. Foram verificadas respostas à pressão de seleção de uma população de S. frugiperda a spinosad, atingindo uma razão de resistência (RR) de 371 vezes, após cinco ciclos de seleção para resistência em condições de laboratório. Resistência cruzada positiva entre spinosad e spinetoram foi comprovada para a população de S. frugiperda resistente a spinosad. Portanto, as estratégias de uso de spinosad para o controle de S. frugiperda no Brasil devem ser revistas para preservar a vida útil desse importante inseticida em programas de manejo integrado de pragas.Spinosad has been one of the most used insecticides to manage Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) in Brazil, due to its high efficacy and unique mode of action (nicotinic acetylcholine receptor allosteric activators). In order to preserve its lifetime, the objectives of this research were: (a) to characterize the geographic and temporal variability in the susceptibility to spinosad in populations of S. frugiperda collected from major maize-producing regions in Brazil during 2006 to 2008 seasons; (b) to evaluate response to selection pressure of S. frugiperda to spinosad under laboratory conditions; and (c) to evaluate cross-resistance between spinosad and spinetoram in S. frugiperda. The characterization of susceptibility to spinosad in S. frugiperda populations was conducted with ingestion bioassays by contaminating the artificial diet surface with the insecticide and using 3rd instar larvae. Based on concentration-response of susceptible reference population, diagnostic concentrations of 32 and 56 µg of spinosad/mL of water [A.I. (ppm)] (values of LC95 e LC97 respectively) were defined for resistance monitoring. Significant differences in the susceptibility to spinosad were detected in S. frugiperda populations in Brazil, with survivorship varying from 1.5 to 64.4% and 1.5 a 41.2% at diagnostic concentrations of 32 and 56 ppm of spinosad respectively. In general, an increase in the frequency of resistance was observed in all populations evaluated from 2006 to 2008. Response to selection pressure was obtained in a population of S. frugiperda to spinosad, with resistance ratio of up to 371-fold, after five cycles of selection for resistance under laboratory conditions. A positive cross-resistance was observed between spinosad and spinetoram in spinosad-resistant S. frugiperda population. Therefore, the strategies of use of spinosad to manage S. frugiperda in Brazil must be revised in order to preserve its lifetime of this important insecticide in integrated pest management programs

Resistance of Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) to spinosad in Brazil

Spinosad tem sido um dos inseticidas bastante utilizados em programas de manejo de Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) no Brasil, devido à alta eficácia e ao mecanismo de ação único (ativadores alostéricos dos receptores nicotínicos de acetilcolina). Para preservar a vida útil de spinosad, os objetivos do trabalho foram: (a) caracterizar a variabilidade geográfica e temporal na suscetibilidade de S. frugiperda a spinosad em populações coletadas nas principais regiões produtoras de milho no Brasil nas safras de 2006 a 2008, (b) Avaliar a resposta à pressão de seleção de S. frugiperda a spinosad em condições de laboratório, e (c) avaliar a resistência cruzada entre spinosad e spinetoram em S. frugiperda. A caracterização da suscetibilidade a spinosad em populações de S. frugiperda foi realizada com o método de bioensaio por ingestão mediante contaminação superficial da dieta artificial com o inseticida, utilizando-se lagartas de 3º instar. Baseado na resposta de concentração-mortalidade da população suscetível de referência, foram definidas as concentrações diagnósticas de 32 e 56 µg de spinosad/mL de água [I.A.(ppm)], correspondentes à CL95 e CL97 respectivamente, para o monitoramento da resistência. Foram verificadas diferenças significativas na suscetibilidade de populações de S. frugiperda a spinosad no Brasil, com sobrevivências variando de 1,5 a 64,4% e 1,5 a 41,2% nas concentrações diagnósticas de 32 e 56 ppm de spinosad respectivamente. Em geral foi observado um aumento na freqüência de resistência em todas as populações avaliadas nas safras de 2006 a 2008. Foram verificadas respostas à pressão de seleção de uma população de S. frugiperda a spinosad, atingindo uma razão de resistência (RR) de 371 vezes, após cinco ciclos de seleção para resistência em condições de laboratório. Resistência cruzada positiva entre spinosad e spinetoram foi comprovada para a população de S. frugiperda resistente a spinosad. Portanto, as estratégias de uso de spinosad para o controle de S. frugiperda no Brasil devem ser revistas para preservar a vida útil desse importante inseticida em programas de manejo integrado de pragas.Spinosad has been one of the most used insecticides to manage Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) in Brazil, due to its high efficacy and unique mode of action (nicotinic acetylcholine receptor allosteric activators). In order to preserve its lifetime, the objectives of this research were: (a) to characterize the geographic and temporal variability in the susceptibility to spinosad in populations of S. frugiperda collected from major maize-producing regions in Brazil during 2006 to 2008 seasons; (b) to evaluate response to selection pressure of S. frugiperda to spinosad under laboratory conditions; and (c) to evaluate cross-resistance between spinosad and spinetoram in S. frugiperda. The characterization of susceptibility to spinosad in S. frugiperda populations was conducted with ingestion bioassays by contaminating the artificial diet surface with the insecticide and using 3rd instar larvae. Based on concentration-response of susceptible reference population, diagnostic concentrations of 32 and 56 µg of spinosad/mL of water [A.I. (ppm)] (values of LC95 e LC97 respectively) were defined for resistance monitoring. Significant differences in the susceptibility to spinosad were detected in S. frugiperda populations in Brazil, with survivorship varying from 1.5 to 64.4% and 1.5 a 41.2% at diagnostic concentrations of 32 and 56 ppm of spinosad respectively. In general, an increase in the frequency of resistance was observed in all populations evaluated from 2006 to 2008. Response to selection pressure was obtained in a population of S. frugiperda to spinosad, with resistance ratio of up to 371-fold, after five cycles of selection for resistance under laboratory conditions. A positive cross-resistance was observed between spinosad and spinetoram in spinosad-resistant S. frugiperda population. Therefore, the strategies of use of spinosad to manage S. frugiperda in Brazil must be revised in order to preserve its lifetime of this important insecticide in integrated pest management programs

Armazenamento de rosa (<i>Rosa</i> <i>spp.</i>) em câmara fria e diferentes soluções conservantes

O objetivo do presente trabalho foi avaliar a longevidade de rosas em diferentes soluções conservantes e câmara fria

Manejo de lepidópteros-praga na cultura do milho com o evento Bt piramidado Cry1A.105 e Cry2Ab2

O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficácia do evento piramidado (MON 89034), que expressa as proteínas Cry1A.105 e Cry2Ab2, no controle dos principais lepidópteros-praga da cultura do milho no Brasil, Spodoptera frugiperda, Helicoverpa spp. e Diatraea saccharalis. Os ensaios foram conduzidos em quatro regiões do país, com o híbrido DKB 390, submetido a seis tratamentos: híbrido com o evento piramidado, híbrido com o evento que expressa apenas a proteína Cry1A(b) (MON 810) e híbrido convencional (não Bt), todos com e sem manejo integrado de S. frugiperda. Para o evento piramidado, não foi necessário o controle químico em nenhum dos locais avaliados. Diferenças significativas foram observadas entre os tratamentos quanto aos danos e à presença de lagartas. Em geral, essas variáveis foram mais baixas no híbrido com o evento piramidado e mais altas no híbrido convencional, sem controle químico. Sob alta infestação, o controle químico reduziu os danos causados por S. frugiperda e D. saccharalis, tanto no evento que expressa apenas uma proteína, como no híbrido convencional. Com base nos danos causados pelos insetos, o evento piramidado Cry1A.105 e Cry2Ab2 é eficiente no controle dos principais lepidópteros-pragas do milho no Brasil

Cross-Resistance between Cry1 Proteins in Fall Armyworm (Spodoptera frugiperda) May Affect the Durability of Current Pyramided Bt Maize Hybrids in Brazil.

Genetically modified plants expressing insecticidal proteins from Bacillus thuringiensis (Bt) offer valuable options for managing insect pests with considerable environmental and economic benefits. Despite the benefits provided by Bt crops, the continuous expression of these insecticidal proteins imposes strong selection for resistance in target pest populations. Bt maize (Zea mays) hybrids have been successful in controlling fall armyworm (Spodoptera frugiperda), the main maize pest in Brazil since 2008; however, field-evolved resistance to the protein Cry1F has recently been reported. Therefore it is important to assess the possibility of cross-resistance between Cry1F and other Cry proteins expressed in Bt maize hybrids. In this study, an F2 screen followed by subsequent selection on MON 89034 maize was used to select an S. frugiperda strain (RR) able to survive on the Bt maize event MON 89034, which expresses the Cry1A.105 and Cry2Ab2 proteins. Field-collected insects from maize expressing the Cry1F protein (event TC1507) represented most of the positive (resistance allele-containing) (iso)families found. The RR strain showed high levels of resistance to Cry1F, which apparently also conferred high levels of cross resistance to Cry1A.105 and Cry1Ab, but had only low-level (10-fold) resistance to Cry2Ab2. Life history studies to investigate fitness costs associated with the resistance in RR strain revealed only small reductions in reproductive rate when compared to susceptible and heterozygous strains, but the RR strain produced 32.2% and 28.4% fewer females from each female relative to the SS and RS (pooled) strains, respectively. Consistent with the lack of significant resistance to Cry2Ab2, MON 89034 maize in combination with appropriate management practices continues to provide effective control of S. frugiperda in Brazil. Nevertheless, the occurrence of Cry1F resistance in S. frugiperda across Brazil, and the cross-resistance to Cry1Ab and Cry1A.105, indicates that current Cry1-based maize hybrids face a challenge in managing S. frugiperda in Brazil and highlights the importance of effective insect resistance management for these technologies

Assessment of the high-dose concept and level of control provided by MON 87701 x MON 89788 soybean against Anticarsia gemmatalis and Pseudoplusia includens (Lepidoptera: Noctuidae) in Brazil

BACKGROUND: Genetically modified MON 87701 X MON 89788 soybean (Glycine max), which expresses the Cry1Ac and EPSP-synthase proteins, has been registered for commercial use in Brazil. To develop an Insect Resistance Management (IRM) program for this event, laboratory and field studies were conducted to assess the high-dose concept and level of control it provides against Anticarsia gemmatalis and Pseudoplusia includens. RESULTS: The purified Cry1Ac protein was more active against A. gemmatalis [LC50 (FL 95%) = 0.23 (0.150.34) mu g Cry1Ac mL-1 diet] than P. includens [LC50 (FL 95%) = 3.72 (2.654.86) mu g Cry1Ac mL-1 diet]. In bioassays with freeze-dried MON 87701X MON 89788 soybean tissue diluted 25 times in an artificial diet, there was 100% mortality of A. gemmatalis and up to 95.79% mortality for P. includens. In leaf-disc bioassays and under conditions of high artificial infestation in the greenhouse and natural infestation in the field, MON 87701X MON 89788 soybean showed a high level of efficacy against both target pests. CONCLUSIONS: The MON 87701X MON 89788 soybean provides a high level of control against A. gemmatalis and P. includes, but a high-dose event only to A. gemmatalis. Copyright (c) 2012 Society of Chemical IndustryNational Council for Scientific and Technological Development (CNPq)National Council for Scientific and Technological Development (CNPq)Monsanto CompanyMonsanto Compan

Concentration-response and growth inhibition response (MIC₅₀ and EC₅₀; ng/cm²) of <i>S</i>. <i>frugiperda</i> in diet-overlay bioassays with purified Cry1A.105 and Cry2Ab2 proteins.

<p>^a MIC₅₀: Concentration that inhibits molting to second instar in 50% of individuals after 7 days.</p><p>^b<i>P</i> > 0.05 in the goodness-of-fit test.</p><p>^c Resistance Ratio = (MIC₅₀ or EC₅₀ of indicated strain)/(MIC₅₀ or EC₅₀ of SS strain).</p><p>^d EC₅₀: Effective concentration of protein required to cause 50% growth inhibition at 7 days.</p><p>Concentration-response and growth inhibition response (MIC₅₀ and EC₅₀; ng/cm²) of <i>S</i>. <i>frugiperda</i> in diet-overlay bioassays with purified Cry1A.105 and Cry2Ab2 proteins.</p

Comparison of fitness components of life stages of <i>S</i>. <i>frugiperda</i> strains reared on non-Bt corn.

<p>Within each development stage, bars with the same letter are not significantly different (LSD <i>t</i>-test; <i>P</i> > 0.05).</p

Estimates of effective dominance, <i>D</i>_GIL (after [40]), for the Cry1A.105 and Cry2Ab2 resistance traits in the RR <i>S</i>. <i>frugiperda</i> strain compared with the laboratory-reared SS strain, based on growth inhibition at 508.7 and 1589.8 ng of Cry1A.105 or Cry2Ab2/cm² of diet, respectively.

<p>Estimates of effective dominance, <i>D</i>_GIL (after [<a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0140130#pone.0140130.ref040" target="_blank">40</a>]), for the Cry1A.105 and Cry2Ab2 resistance traits in the RR <i>S</i>. <i>frugiperda</i> strain compared with the laboratory-reared SS strain, based on growth inhibition at 508.7 and 1589.8 ng of Cry1A.105 or Cry2Ab2/cm² of diet, respectively.</p