Diversidade genética do fungo entomopatogênico Metarhizium rileyi e influência do filoplano da soja e do algodão sobre o processo de infecção em Chrysodeixis includens e Helicoverpa armigera

Abstract

Resumo: As culturas da soja e do algodão são alvos das lagartas Chrysodeixis includens eHelicoverpa armigera, além dessas espécies essas culturas também podem sofrer danosocasionado por outras lagartas. Portanto, o desenvolvimento de bioinseticidas, à base defungos entomopatogênicos, pode propiciar o controle dessas pragas com sustentabilidade.Entre os fungos causadores de doenças em lepidópteros, o fungo Metarhizium rileyi sedestaca por apresentar alto potencial de controle, uma vez que suas epizootias dizimamas populações de lagartas. O presente trabalho foi fundamentado em três aspectos:identificação adequada de isolados (para esta finalidade foram utilizados marcadoresmoleculares microssatélites, até o presente, inéditos para a espécie), verificar aocorrência de limitações impostas pelos exsudatos foliares, efeito da microtopografia dasplantas alvo sobre o agente de controle e a seleção de isolados promissores consideradoo substrato alimentar da praga. O desconhecimento sobre a contribuição e ocomportamento de diferentes isolados durante essas epizootias levanta questõesessenciais, como a diversidade genética durante as epizootias e a identificação dosgenótipos predominantes. Primers SSR foram desenhados por meio de prospecção insilico para discriminar genótipos e inferir a diversidade genética de isolados de M. rileyiprovenientes da coleção mantida na Embrapa Soja. Foram testados 13 marcadores SSRem 136 isolados, identificando 43 clones e 12 clusters genéticos diferentes, comdiversidade genética variando de Hs = 0,15 a Hs = 0,41 e uma diversidade média de 0,24.Nenhum cluster foi distinguido categoricamente com base no hospedeiro ou origemgeográfica, no entanto, os isolados analisados mostraram evidências de estrutura clonal.Além disso, a investigação das interações entre dez isolados de M. rileyi e folhas dealgodão e soja, revelou a existência de variações na fixação dos conídios e nas taxas degerminação, influenciadas pela polaridade dos solventes utilizados na obtenção dosextratos epicuticulares das espécies vegetais. Os extratos das folhas de algodão e sojaobtidos com solventes apolares apresentaram maior aderência de conídios emcomparação os extratos obtidos com os solventes polares. A microtopografia das folhas,examinada por microscopia eletrônica de varredura, revelou uma distribuição maisuniforme de conídios na superfície de folhas de algodão, enquanto nas folhas de soja osconídios tendiam a formar agregados. Após a análise química dos extratos obtidos dasfolhas de algodão e soja, foi possível identificar substâncias como o ß-Amyrin e o DMannitol,que são compostos presentes com maior intensidade no algodão e quaseinexistentes na soja. Outras substâncias são encontradas no algodão como Lanosta-8,24-Dien-3-one, assim como, o D-Pinitol, ß-Fructofuranose, Ribitol e ácido Butanóico. Essasdiferenças de substâncias encontradas nos extratos aparentemente influenciaram ocomportamento de M. rileyi na fixação e germinação. Empregando a estimativa deKaplan-Meier para analisar a sobrevivência das lagartas expostas aos isolados de M. rileyinos diferentes substratos alimentares, resultou que o isolado Mr27 se destacou na reduçãoda sobrevivência das lagartas em diversos substratos, sendo mais eficaz em folhas dealgodão. A análise comparativa entre as espécies de lagartas e os substratos, ressalta ainfluência significativa que pode apresentar a cultura sobre a qual se aplica controlemicrobiano com M. rileyi. Este estudo contribui para uma compreensão mais aprofundadadas interações tritróficas, sugerindo que é crucial considerar todas as três premissas naseleção de isolados para o desenvolvimento de bioinseticidas mais eficazes no MIP emdiferentes contextos agrícolas.

Abstract: The soybean and cotton crops are targets of the caterpillars Chrysodeixis includens andHelicoverpa armigera, and besides these species, these crops can also suffer damagecaused by other caterpillars. Therefore, the development of bioinsecticides based onentomopathogenic fungi can provide sustainable control of these pests. Among the fungicausing diseases in lepidopterans, the fungus Metarhizium rileyi stands out for its highcontrol potential, as its epizootics decimate caterpillar populations. This study was basedon three aspects: proper identification of isolates (for this purpose, molecular markerssuch as microsatellites, hitherto unpublished in the scientific literature, were used),verification of limitations imposed by foliar exudates, the effect of microtopography oftarget plants on the control agent, and the selection of promising isolates considering thepest's food substrate. The lack of knowledge about the contribution and behavior ofdifferent isolates during these epizootics raises essential questions, such as geneticdiversity during epizootics and the identification of predominant genotypes. SSR primerswere designed through in silico prospecting to discriminate genotypes and infer thegenetic diversity of M. rileyi isolates from the collection maintained at Embrapa Soybean.Thirteen SSR markers were tested on 136 isolates, identifying 43 clones and 12 differentgenetic clusters, with genetic diversity ranging from Hs = 0.15 to Hs = 0.41 and anaverage diversity of 0.24. No cluster was categorically distinguished based on host orgeographical origin; however, the analyzed isolates showed evidence of clonal structure.Furthermore, the investigation of interactions between ten isolates of M. rileyi, cotton,and soybean leaves revealed variations in conidial attachment and germination rates,influenced by the polarity of the solvents used in obtaining the epicuticular extracts of theplant species. Extracts from cotton and soybean leaves obtained with apolar solventsshowed greater conidial adhesion compared to extracts obtained with polar solvents. Leafmicrotopography, examined by scanning electron microscopy, revealed a more uniformdistribution of conidia on cotton leaves, while on soybean leaves, conidia tended to formaggregates. After chemical analysis of the extracts obtained from cotton and soybeanleaves, substances such as ß-Amyrin and D-Mannitol were identified, which arecompounds present more intensely in cotton and almost nonexistent in soybean. Othersubstances found in cotton include Lanosta-8,24-Dien-3-one, as well as D-Pinitol, ß-Fructofuranose, Ribitol, and Butanoic acid. These differences in substances found in theextracts apparently influenced the behavior of M. rileyi in attachment and germination.Employing Kaplan-Meier estimation to analyze the survival of caterpillars exposed to M.rileyi isolates on different food substrates resulted in the isolate Mr27 standing out inreducing caterpillar survival in various substrates, being more effective on cotton leaves.The comparative analysis between caterpillar species and substrates highlights thesignificant influence that the crop on which microbial control with M. rileyi is appliedcan present. This study contributes to a deeper understanding of tritrophic interactions,suggesting that it is crucial to consider all three premises in the selection of isolates forthe development of more effective bioinsecticides in IPM in different agriculturalcontexts.