Study of proteinase inhibitor action from Adenanthera pavonina on the development and midgut proteinase activities of the Diatraea sachharalis larvae (FABR., 1794)

Orientador: Maria Ligia Rodrigues MacedoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Insetos fitopatógenos e outros animais utilizam enzimas digestivas tais como as amilases e proteases para processar nutrientes obtidos de plantas necessários ao seu desenvolvimento. A broca-da-cana Diatraea saccharalis é a principal praga da cana-de-açúcar no Brasil e em outros países da América do Sul. Plantas sintetizam uma variedade de moléculas incluindo inibidores de proteinases (IPs) para se defenderem contra o ataque de insetos. Os IPs são polipeptídios hábeis em se ligar às enzimas proteolíticas localizadas no intestino médio dos insetos, tornando-as inativas por inibição competitiva. Esse processo leva a uma redução da disponibilidade de aminoácidos para a síntese protéica, e desta maneira, uma redução no crescimento e desenvolvimento. A predominância de enzimas digestivas do tipo serino-proteinases na broca-da-cana motivou a descoberta de IPs com a capacidade de reduzir seu processo digestivo. Neste trabalho, um inibidor purificado das sementes de Adenanthera pavonina ¿ ApTI foi utilizado em bioensaios, e sua atividade tóxica sobre D. saccharalis foi determinada. A ingestão de ApTI resultou em uma redução significativa na sobrevivência e peso larval. Para examinar o efeito da proteína sobre o inseto, a atividade das proteinases intestinais das larvas que se alimentaram em dieta livre do inibidor e alimentadas em dieta contendo o inibidor a 0,05% foi comparada através de ensaios enzimáticos e eletroforese em géis de atividade enzimática. As larvas de quarto ínstar alimentadas em dieta contendo ApTI apresentaram uma diminuição na atividade tríptica do intestino e das fezes, confirmado por ensaios enzimáticos e na eletroforese de atividade. Os resultados de utilização da dieta apresentaram redução na eficiência de conversão do alimento ingerido (ECI) e do alimento digerido (ECD) e aumento no custo metabólico (CM). Além disso, a atividade tríptica das larvas que se alimentaram em dieta com ApTI foi sensível à inibição por ApTI. Esses resultados sugerem que ApTI possui efeitos anti-metabólicos quando ingeridos por D. saccharalisAbstract: Phytophatogous insects and other animals use digestive enzymes, such as amylases and proteinases to process the nutrients obtained from the plants necessary for their development. The sugarcane borer Diatraea saccharalis is the major pest of sugarcane in Brazil and other South American countries. Plants synthesize a variety of molecules, including proteinase inhibitors (PIs), to defend themselves against attack by insects. PIs are polypeptides that are able to bind to insect midgut proteolytic enzymes, rendering them inactive by competitive inhibition. This process leads to a limitation of essential amino acids in protein synthesis, and thus, to reduction in growth and development. The predominance of sugarcane-borer digestive serine proteinases has motivated the discovery of PIs with the ability to reduce the digestion process. In this report, the pure inhibitor from seeds of Adenanthera pavonina ¿ ApTI was used in bioassay and its toxic activity on D. saccharalis was determined. The ingestion of ApTI did result in a significant reduction in larval survival and weight. To examine the protein effects on insect, the midgut proteinases of D. saccharalis larvae reared on artificial PI-free diet and on a diet containing ApTI at 0.05% were compared by using enzymatic assays and polyacrilamide gel electrophoresis. The fourth instar larvae reared on diet containing ApTI showed a decrease in tryptic activity of gut and faeces, as confirmed by enzymatic assays and by polyacrilamide gel eletrophoresis. The results from dietary utilization experiments realized with D. saccharalis larvae presented a reduction in efficiency of conversion of ingested food (ECI) and digested food (ECD) and an increase in metabolic cost (CM). In addition, the tryptic activity in ApTI-fed larvae was sensitive to ApTI. These results suggest that ApTI have a potential antimetabolic effect when ingested by D. saccharalisMestradoBioquimicaMestre em Biologia Funcional e Molecula

Proteins involved in microapocrine secretion in Spodoptera frugiperda caterpillar (Lepidoptera)

A região anterior do intestino médio de Lepidoptera apresenta uma secreção microapócrina de enzimas digestivas com vesículas migrando pelo interior das microvilosidades. Essas vesículas brotam das microvilosidades intestinais como vesículas de membrana dupla e são descarregadas dentro do lúmen. O objetivo desse trabalho foi identificar as proteínas secretadas e aquelas envolvidas na maquinaria secretória microapócrina em Spodoptera frugiperda. Para isso, vesículas microapócrinas foram preparadas e usadas para a produção de anticorpo policlonal. Esse anticorpo foi utilizado para varrer uma biblioteca de expressão de cDNA do intestino médio de S. frugiperda. Também obtivemos um transcriptoma por pirosequenciamento de uma biblioteca de cDNA proveniente dos transcritos do intestino médio do mesmo inseto. Os clones positivos da varredura foram sequenciados, montados e submetidos a um BLASTN contra as sequências obtidas pelo pirosequenciamento, o que resultou na extensão dessas sequências. Usamos ainda as sequências geradas pelo pirosequenciamento para reanalisar sequências de proteínas presentes nas membranas microvilares, que tinham sido obtidas anteriormente em nosso laboratório (Ferreira et al., 2007). A reanálise das sequências de proteínas microvilares gerou 66 proteínas preditas. Dessas, 18 foram consideradas contaminantes de outros compartimentos celulares e 48 associadas às membranas microvilares. A análise das sequências obtidas das vesículas microapócrinas gerou 50 proteínas preditas que podem ser secretadas por essa rota. As sequências encontradas tanto em membrana microvilar quanto em vesículas microapócrinas podem ser classificadas em 8 grupos, de acordo com sua função: (1) enzimas digestivas; (2) proteínas da membrana peritrófica; (3) envolvidas com proteção; (4) transportadores; (5) receptores; (6) proteínas da maquinaria secretória; (7) proteínas de citoesqueleto; (8) com função desconhecida nesse local. Em ambas as preparações existem uma predominância de sequências de enzimas digestivas. Nas membranas microvilares a maioria das sequências são aminopeptidases, enquanto nas vesículas microapócrinas a maioria são lipases. Os cDNAs correspondentes as proteínas que poderiam estar envolvidas na maquinaria secretória foram clonados e sequenciados. São elas: fimbrina, cofilina, gelsolina-1 e miosina I. RT-PCRs semi-quantitativas dessas proteínas em diferentes tecidos do inseto (intestino, túbulos de Malpighi, corpo gorduroso e carcaça) mostraram que somente gelsolina-1 está presente exclusivamente no intestino. Os domínios G1-G3 da gelsolina característica do intestino (gelsolina-1) foram expressos e usados para produzir anticorpos em coelhos. Esses anticorpos reconhecem a proteína recombinante e uma proteína presente no epitélio intestinal com massa molecular compatível com a massa predita para gelsolina-1. Foi possível diminuir a expressão de gelsolina-1 utilizando RNA interferente.Lepidoptera anterior midgut presents a microapocrine secretion of digestive enzymes with secretory vesicles migrating inside the microvilli. These vesicles bud from the midgut microvilli as double membrane vesicles and are discharged into the lumen. The aim of this work was to identify the proteins secreted and those involved in the microapocrine secretory machinery in Spodoptera frugiperda larvae. For this, microapocrine vesicles were prepared and used for polyclonal antibody production. This antibody was used to screen a cDNA expression library of S. frugiperda midgut. We also obtained a transcriptome by pyrosequencing a cDNA library derived from transcripts of the midgut. Positive clones from the screening were sequenced, assembled and N-blasted against S. frugiperda sequences obtained by pyrosequencing. This procedure led to the extension of the sequences previously obtained. We also used the sequences generated by pyrosequencing to reanalyze the sequences of microvillar membrane proteins obtained previously by Ferreira et al. (2007). This reanalysis generated 66 predicted proteins that are present in the microvillar membranes. Eighteen were considered to be contaminants from other compartments and 48 associated with the microvillar membranes. Analysing the sequences from microapocrine vesicles we found 50 predicted proteins that should be secreted by microapocrine vesicles. The sequences found in both microvillar membrane and microapocrine vesicles may be classified into 8 groups, according to their function: (1) digestive enzymes; (2) peritrophic membrane proteins; (3) protection; (4) transporters; (5) receptors; (6) secretory machinery; (7) cytoskeleton; (8) with unknown function. In both preparations there is a predominance of sequences of digestive enzymes. In microvillar membranes, there is a remarkable amount of aminopeptidases, while in microapocrine vesicles this is true for lipases. cDNAs coding for proteins that could be involved in the microapocrine secretory machinery were cloned and sequenced. They are: fimbrin, cofilin, gelsolin-1 and myosin I. Using RT-PCR, we showed that mRNAs coding for gelsolin-1 and myosin I are present only in the intestinal tissue. The mRNAs coding for other proteins were found in all tissues. The domains G1-G3 from gelsolin specific from intestinal midgut (gelsolin 1) were expressed and used to raise antibodies in rabbit. These antibodies were able to recognize the recombinant protein and a protein from the midgut epithelium that has a molecular weight similar to the one predicted from gelsolin-1 sequence. We succeed in decreasing the expression of gelsolin-1 by using interfering RN

Evaluation of the Adenanthera pavonina seed proteinase inhibitor (ApTI) as a bioinsecticidal tool with potential for the control of Diatraea saccharalis

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Diatraea saccharalis, is a major sugarcane pest, causing damage to the stalks of sugarcane plants. In this study, a trypsin inhibitor (ApTI) was purified from Adenanthera pavonina seeds and was tested for its insect growth regulatory effect. ApTI showed a dose-dependent effect on average larval weight and survival. 0.1% ApTI produced approximately 67% and 50% decreases in weight and survival larval, respectively. The results from dietary utilization experiments with D. saccharalis larvae showed a reduction in the efficiency of conversion of ingested food and digested food, and an increase in approximate digestibility and metabolic cost. The level of trypsin was significantly decreased (ca. 55%) in the midgut of larvae reared on a diet containing 0.05% ApTI and the trypsin activity in ApTI-fed larvae demonstrated sensitivity to ApTI. The action of ApTI on the development of D. saccharalis larvae shows that this protein may have great toxic potential. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.472257263FUNDECT (Fundacao de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciencia e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Evaluation of the Adenanthera pavonina seed proteinase inhibitor (ApTI) as a bioinsecticidal tool with potential for the control of Diatraea saccharalis

Diatraea saccharalis, is a major sugarcane pest, causing damage to the stalks of sugarcane plants. In this study, a trypsin inhibitor (ApTI) was purified from Adenanthera pavonina seeds and was tested for its insect growth regulatory effect. ApTI showed a dose-dependent effect on average larval weight and survival. 0.1% ApTI produced approximately 67% and 50% decreases in weight and survival larval, respectively. The results from dietary utilization experiments with D. saccharalis larvae showed a reduction in the efficiency of conversion of ingested food and digested food, and an increase in approximate digestibility and metabolic cost. The level of trypsin was significantly decreased (ca. 55%) in the midgut of larvae reared on a diet containing 0.05% ApTI and the trypsin activity in ApTI-fed larvae demonstrated sensitivity to ApTI. The action of ApTI on the development of D. saccharalis larvae shows that this protein may have great toxic potential. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.FUNDECT (Fundacao de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciencia e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul)FUNDECT (Fundacao de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciencia e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul)Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq)CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico

Estudo fitoquímico e avaliação alelopática de Memora peregrina - "ciganinha" - Bignoniaceae, uma espécie invasora de pastagens em Mato Grosso do Sul Phytochemical study and evaluation of allelopathy in Memora peregrina, 'ciganinha', Bignoniaceae, an invading species in pastures in Mato Grosso do Sul, Brazil

<abstract language="eng">Memora peregrina (local name: 'ciganinha' - Bignoniaceae) is a weed that often invades pastures in the Brazilian state of Mato Grosso do Sul. From its leaves and subterranean parts, the following compounds were isolated: allantoin (20.7 w/w in subterranean parts), the iridoid 6beta-hydroxyipolamiide, hyperin, 3'-O-methylhyperin, 4-hydroxy-N-methylproline, beta-sitosterol, alpha-amirin and beta-amirin, and lupeol. Allantoin exhibited an activity of inducing germination in seeds of Lactuca sativa used as a biological model, and the iridoid showed moderate activity in the larval development of Anagasta kuehniella. These results, associated with this plant's behavior, are suggestive of the occurrence of adaptive and competitive strategies in relation to other plant species