Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-03-17T17:57:14Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 145268 bytes, checksum: 8cd1881bbadc0025cb67425dbdeaed7f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-17T17:57:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 145268 bytes, checksum: 8cd1881bbadc0025cb67425dbdeaed7f (MD5) Previous issue date: 2002-08-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo deste estudo foi avaliar o mecanismo de ação da cobertura morta sobre as populações de Brevicoryne brassicae (Linnaeus 1758) (Homoptera, Aphididae) e de Myzus persicae (Sulzer 1776) (Homoptera, Aphididae), em couve comum “Manteiga da Fazenda” (Brassica oleraceae var. acephala). Foram instalados três experimentos de campo na Horta Velha da Universidade Federal de Viçosa, Minas Gerais, Brasil, com delineamento de cinco blocos ao acaso com dois tratamentos. O primeiro experimento consistiu de dezesseis plantas em cada parcela e os dados foram coletados nas quatro plantas centrais de cada parcela. Cinco folhas/planta foram amostradas, assim como no segundo experimento. No segundo e terceiro experimentos usaram-se quatro plantas, cada uma plantada em vaso de polietileno de quatorze litros. O espaçamento foi de 0,80m x 0,80m entre plantas e 1,20m entre parcelas. Os tratamentos foram: A - cobertura de palha de arroz (1,056Kg Mseca/m2 com uma camada de 10cm) e B – testemunha. No primeiro experimento, as avaliações foram realizadas diariamente no período de 18 de outubro a 1o de novembro de 2001, eliminando-se diariamente os pulgões que chegavam às folhas. A temperatura máxima diária foi medida utilizando-se termômetros max-min. No segundo experimento, as avaliações foram realizadas entre 30 de maio e 13 de junho de 2002. Após os primeiros sete dias foram coletadas duas folhas de cada parcela para análise do teor de nutrientes, tendo os vasos de cada tratamento suas posições trocadas, eliminando-se os afídeos diariamente. No terceiro experimento, utilizou-se uma folha/planta do segundo experimento por parcela, na qual foi inoculado um alado de M. persicae, utilizando-se tela anti-afídica para garantir a permanência do alado inoculado e evitar a chegada de novos alados. A inoculação ocorreu no dia 12 de junho de 2002, permanecendo por um período de 15 dias, para então, efetuar-se a contagem final de alados, ninfas, adultos e colônias. Os resultados mostraram que a cobertura morta atrasou a chegada dos alados de B. brassicae e de M. persicae, aumentou a temperatura nas parcelas e, conseqüentemente, obtiveram-se menores populações de alados dos afídeos. Com a troca de ambiente, ocorreu uma interação significativa com o tratamento e a troca de posição dos vasos, o que implicou em alteração no número de pulgões. A taxa de crescimento da população de M. persicae aumentou significativamente nas parcelas testemunhas se comparada com o tratamento. / The objective of this study was to evaluate the mechanism of the action of rice- straw mulch on the populations of Brevicoryne brassicae (Linnaeus 1758) (Homoptera, Aphididae) and Myzus persicae (Sulzer 1776) (Homoptera, Aphididae), in common kale “Manteiga da Fazenda” (Brassica oleraceae var. acephala). Three field experiments were conducted in the Old Vegetable-Garden of the Federal University of Viçosa, Minas Gerais in a five randomized blocks with two treatments each. The first experiment consisted of sixteen plants in each plot and data were colleted from the four central plants of each plot, sampling five leaves per plant as in the second experiment. The second and third experiments used four plants, each one in a fourteen-liter polyethylene vase. In all experiments the plants were spaced by 0.80 m x 0.80 m between plants and 1.20 m between plots. The treatments were: A – rice- straw mulch (1.056Kg dryM/10 cm layer) and B – control. The first experiment was sampled every day from October 18 to November 1st in 2001 and the aphids were eliminated after each check. The daily maximum temperature was evaluated using a max-min thermometer. The second experiment was sampled from May 30 to June 12 and after first seven days of sampling two leaves of each plot were collected for nutrient content analysis and the vases of both treatments had their position exchanged. The landed aphids were eliminated every day. In the third experiment, one plant of each plot of the second experiment was inoculated with an alate aphid and in order to guarantee its permanence and avoid the landing of other aphids, an anti-aphid gauze was applied on the leaves. The inoculation occurred on June 12 in 2002 and the aphid was left there for fifteen days. After that time, alates, nymphs, adults and colonies were counted. The results showed that the mulch delayed the landing of alates of B. brassicae e M. persicae, elevated the temperature in the plots and consequently, fewer aphid populations occurred. An effective interaction with the treatment occurred when the vases had their position changed, as the number of aphids was also altered. The population growth rate of M. persicae was quite larger in control plots than in mulched plots.

The insecticide resistance mechanisms present in the aphids Myzus persicae and Aphis gossypii have been characterised and sensitive biochemical assays have been developed to monitor their presence in individual aphids. It was found that enhanced esterase activity is present in both aphid species, and that this enhanced activity results from the presence of larger amounts of the same enzyme rather than the presence of a more efficient enzyme. In Myzus persicae this mechanism alone is sufficient to confer high levels of insecticide resistance. In Aphis gossypii, it appears that the presence of insensitive acetylcholinesterase (AChE) is necessary for measurable levels of resistance to occur. During the course of this work, insensitive AChE was detected in Myzus persicae for the first time. This additional resistance mechanism, when combined with the enhanced esterase activity, was found to confer extremely high levels of tolerance against specific insecticides. This additional mechanism is rare in the UK at present but the use of sensitive assays to monitor its existence is of increasing importance. When the AChE mechanism becomes more prevalent in the UK, as it almost certainly will, new strategies for aphid control will be needed. Further examples of insensitive AChE conferring insensitivity not only to carbamates, but also to organophosphates, have also been detected in Aphis gossypii. The inter-relationships of the two mechanisms in this species have been resolved and new monitoring methods made available.

Master of Science / Department of Entomology / Brian P. McCornack / Winter canola production in the south-central US is commonly threatened by a complex of aphid species that can cause up to 70% in yield loss. Aphid species vary in their life-history traits, performance (sequestration/excretion of secondary compounds; glucosinolates), vertical distribution within the plant, and temporal dynamics across the growing season. Colonizing behavior of these aphids may be affected by intrinsic characteristics of the host plant (bottom-up effects), such as nutritional value, secondary compounds, or plant architecture. Understanding bottom-up effects may enable the evaluation of plant-level interactions that are influencing predator-prey dynamics. The goal of my research project is to understand aphid population dynamics in different canola plant structures, assess whether aphid quality (sequestration/ excretion of glucosinolates) is influenced by feeding location on the canola plant, and if so, assess the impact on the existing predator communities, specifically the development and fitness of immature and adult Hippodamia convergens. A combination of filed and greenhouse experiments provided novel contributions that will help shape our understanding of key factors regulating aphid population growth in canola fields, which will lead to more judicious use of insecticides and better sampling strategies.

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Les pucerons sont des ravageurs importants des principales espèces fruitières en France, pêcher et pommier notamment. Dans le but de réduire l’usage des produits phytosanitaires, différentes alternatives sont envisagées pour contrôler les pucerons en verger. Nous avons commencé ce travail de thèse par une synthèse des différentes méthodes alternatives de contrôle envisageables et leur positionnement au cours des différentes étapes du cycle biologique du puceron. Puis nous avons étudié les effets de la modulation des caractéristiques de la plante hôte, via les pratiques culturales, sur l’abondance des pucerons. Notre étude se base sur l’hypothèse « Plant Vigor » qui énonce que les insectes phytophages sont plus performants sur les plantes ou les organes de forte vigueur. Par conséquent, sur nos deux dispositifs expérimentaux factoriels nous avons combiné des suivis dynamiques de croissance végétative et d’abondance de pucerons : Prunus persica - Myzus persicae (2 niveaux d’irrigation × 2 niveaux d’apport azoté) et Malus domestica - Dysaphis plantaginea (2 niveaux d’irrigation × 2 génotypes d’arbre). Les facteurs ont été choisis pour leur impact potentiel sur la croissance végétative et la qualité nutritionnelle de la plante hôte. Les expérimentations ont été menées sur de jeunes arbres en pot, ne portant pas de fruit. Au niveau du rameau, l’abondance des pucerons est positivement corrélée à la croissance végétative sur les deux systèmes étudiés. Sur pêcher, la relation disponibilité en azote et abondance de pucerons semble être médiée par le fort impact de l’azote sur la croissance végétative. L’effet négatif de la restriction hydrique sur l’abondance de pucerons ne semble pas lié à un impact sur la croissance végétative. Aussi sur le second système étudié : pommier-puceron cendré, nous avons choisi de faire varier les apports en eau et de travailler sur deux génotypes, pour tester la généricité de la réponse observée. A l’échelle du rameau, l’effet de la restriction hydrique sur l’abondance de pucerons est négatif pour un génotype et positif pour l’autre. Par contre à l’échelle de l’arbre, sur les deux génotypes l’abondance de pucerons est corrélée positivement à la croissance végétative et la restriction hydrique impacte négativement l’abondance de pucerons, ce qui suggère que la performance des pucerons est limitée sur les arbres en restriction hydrique par une autre composante que la vigueur de l’arbre. Ce travail de thèse montre que la restriction hydrique et le contrôle de la vigueur via les apports azotés peuvent s’avérer être des leviers pour le contrôle des pucerons en verger fruitier. Cependant les relations mises en évidence sont dépendantes du génotype, ainsi que de l’échelle d’analyse. Il reste à évaluer l’applicabilité de telles mesures sur des arbres en conditions de production, en prenant en compte notamment l’effet des restrictions hydrique et azotée sur la production fruitière. / Aphids are major pests of important fruit trees in France, especially peach and appletrees. In order to reduce chemical use, various alternatives can be implemented for themanagement of aphids in orchards. This thesis starts by a review of the different alternativemanagement methods and their positioning at different aphid life cycle stages. Then our workfocuses on the study of the effects of modulation of host plant characteristics, through culturalpractices, on aphid abundance. Our study is based on the Plant Vigor Hypothesis which statesthat phytophagous insects are more performant on vigorous plant or organ. Thus, in theexperimental part we combined dynamic assessment of vegetative growth and aphid abundanceduring two factorial experiments: Prunus persica – Myzus persicae (2 levels of water supply ×2 levels of nitrogen supply) and Malus domestica – Dysaphis plantaginea (2 levels of watersupply × 2 tree genotypes). We chose those factors for their possible impact on vegetativegrowth and nutritional quality of the host plant. We conducted the experiments on young nonbearingpotted trees. At shoot scale, aphid abundance is positively correlated to vegetativegrowth for both studied systems. On peach tree, the positive impact of nitrogen availability onaphid abundance seems to be mediated by the strong positive impact of nitrogen on vegetativegrowth. The negative effect of water restriction on aphid abundance seems to be unrelated toan impact of water availability on vegetative growth. Thus on the second studied system: appletree – rosy apple aphid, we chose to vary water supply and to work on two genotypes to test thegenericity of the observed pattern. At shoot scale, water restriction has a positive effect on aphidabundance on one tree genotype and a negative effect on the other one, whereas at tree scalefor both tree genotypes aphid abundance is positively correlated to vegetative growth and waterrestriction negatively impacts aphid abundance. These results suggest that aphid performanceon water restricted trees is limited by another host plant characteristics than vegetative growth.This thesis shows that water restriction and vigour management through nitrogen fertilizationcan be implemented to manage aphids in fruit orchards. However, the patterns evidenced aredependent on tree genotype and on the scale of analysis. The applicability of these alternativemethods remains to be assessed in producing orchards, taking into account the effects of waterand nitrogen restrictions on fruit production.

Chez les insectes, les chitinases sont des enzymes principalement impliquées dans la dégradation de la chitine, lors des processus de croissance. Les chitinases représentent donc des cibles d'intérêt dans le développement de moyens de lutte alternatifs aux pesticides utilisés contre les ravageurs des cultures. Au cours de ces travaux de thèse, nous avons été amené à évaluer la pertinence de la dérégulation des activités chitinases chez les pucerons. L'impact des chitinases sur le développement du puceron M. persicae a été évalué par des tests de prise alimentaire réalisés in planta, sur des plantes de pommes de terre exprimant une chitinase d'insecte (Phaedon cochleariae, Coléoptère) et in vitro, en incorporant une chitinase bactérienne (Serratia marcescens) dans un milieu artificiel. Des effets probiotiques ont été mis en évidence dans les deux cas, remettant en cause l'utilisation des chitinases en tant que biopesticide pour lutter contre les pucerons. Compte tenu de ces effets inattendus, nous avons étudié les effets d'une stratégie antagoniste, basée sur l'utilisation d'inhibiteurs de chitinases. Quatre inhibiteurs de chitinases, d'origine et de nature variées, ont ainsi été testés via un milieu artificiel. Nos résultats rapportent pour la première fois une activité inhibitrice de ces molécules sur des pucerons. Nous avons donc orienté nos recherches dans cette voie, afin d'identifier de nouveaux inhibiteurs de chitinases. Deux approches ont été initiées avec d'une part la purification des chitinases du puceron M. persicae et d'autre part par l'évaluation des effets d'oligosaccharides mimétiques de la chitine et des inhibiteurs de chitinases. Les résultats obtenus nous laissent à penser que les inhibiteurs de chitinases constituent une voie prometteuse dans l'élaboration de nouveaux bioinsecticides.

Introducción general. Los pulgones representan una de las plagas más importantes económicamente en la agricultura mundial. Su impacto negativo se relaciona, en parte, con su capacidad de reproducirse por partenogénesis junto con un tiempo de generación corto, lo que les permite alcanzar altas densidades de población. El pulgón Myzus persicae es la plaga de pulgón más importante del mundo a nivel económico. Destaca especialmente por ser altamente polífago ya que se alimenta de más de 400 especies de plantas de 50 familias diferentes, afectando a importantes cultivos agrícolas y hortícolas. Además, M. persicae es vector de más de 100 enfermedades virales y es la especie de pulgón que ha desarrollado más mecanismos (al menos seis tipos) de resistencia a insecticidas. Por lo tanto, resulta de vital importancia la identificación de factores moleculares y mecanismos que contribuyan a las defensas de la planta y limiten la infestación del pulgón. El crecimiento de la población mundial y de la consiguiente demanda de alimentos requiere un mayor rendimiento de los cultivos, así como una mayor resistencia de estos a los estreses ambientales. Además, existe una tendencia social creciente a mejorar la producción de los cultivos a través de medios seguros y sostenibles que reduzcan el uso de pesticidas. En este sentido, comprender la naturaleza química de las complejas interacciones planta-pulgón resulta indispensable para optimizar la producción de nuevos cultivos. Los estudios realizados hasta el momento muestran que tanto la señalización como las respuestas de defensa son altamente específicas de interacciones planta-pulgón concretas. Esto destaca la importancia de estudiar sistemas específicos en lugar de basarse en los mecanismos descritos en plantas modelo. Desarrollo técnico. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es obtener una visión integrada de la dinámica espacial y temporal de la interacción planta-pulgón en una especie no modelo, pero de gran relevancia en la agricultura Mediterránea, como es el pimiento (Capsicum annuum L.). Para ello, se han caracterizado las respuestas químicas de las hojas del pimiento a la infestación por el pulgón verde del melocotonero Myzus persicae (Sulzer, 1776), utilizando la técnica de cromatografía líquida de alta resolución acoplada a espectrometría de masas. Los metabolitos analizados en esta tesis incluyen aminoácidos (como metabolitos primarios con función dual en las interacciones planta-pulgón), fitohormonas (implicadas en la señalización de la defensa de la planta), proteínas (proporcionan un análisis a gran escala del metabolismo a través de un enfoque proteómico) y ácidos fenólicos (como metabolitos secundarios con funciones en defensa). Además, se han realizado diferentes experimentos que incluyen un seguimiento detallado del curso temporal de la infestación (desde las 3 horas hasta los 7 días post-infestación) y también se ha realizado el análisis a nivel local y sistémico utilizando para ello trampas de tipo clip (clip cages). Conclusiones. 1. Diferentes análisis fitoquímicos, incluyendo hormonas involucradas en las rutas de señalización que controlan el crecimiento y las respuestas de defensa de las plantas, el estudio proteómico a gran escala, y el análisis de metabolitos primarios (aminoácidos) y secundarios (ácidos fenólicos), han demostrado que el pulgón verde del melocotonero Myzus persicae (Sulzer, 1776) a una baja densidad de infestación permanece sin ser detectado o no desencadena una respuesta de gran magnitud en las plantas de pimiento (Capsicum annuum L.). 2. M. persicae induce cambios significativos en la composición de aminoácidos libres de las hojas de pimiento, dependiendo tanto de la densidad de infestación como del tiempo post-infestación. 3. Mientras que a alta densidad M. persicae produce un gran incremento en el contenido total de aminoácidos libres, a baja densidad el contenido de aminoácidos libres disminuye considerablemente a los 7 días post-infestación. 4. El aumento en el contenido total de aminoácidos libres se debe principalmente a un incremento en los aminoácidos esenciales. En términos cuantitativos, los aminoácidos con mayor incremento en su contenido son los aromáticos fenilalanina y tirosina, los aminoácidos de cadena ramificada, valina, leucina e isoleucina, y un grupo formado por alanina, arginina, lisina, metionina y treonina. 5. El análisis de fitohormonas ha demostrado que la mayor parte de las respuestas ocurren a nivel local. 6. Las vías de señalización del ácido jasmónico y el ácido salicílico están ambas involucradas en las respuestas moleculares del pimiento a M. persicae. 7. La ruta de señalización del ácido jasmónico responde más rápidamente y con una mayor magnitud que la del ácido salicílico, la cual se induce sólo en las últimas etapas de la infestación. 8. Los niveles endógenos del ácido indolacético no se alteran significativamente en las plantas de pimiento en respuesta al pulgón, incluso bajo una elevada densidad de infestación. 9. Las plantas de pimiento infestadas con una alta densidad de pulgón muestran una reducción en la longitud del tallo, el número de hojas y el ancho de la hoja a los 7 días post-infestación. 10. El análisis proteómico ha revelado un patrón general en las respuestas de las proteínas de las hojas de pimiento al ataque del pulgón, según el cual la expresión de la mayor parte de las proteínas aumenta a tiempos cortos pero disminuye con el progreso de la infestación. 11. El pobre solapamiento observado entre las proteínas con expresión diferencial a diferentes tiempos de infestación indica que la mayoría de las proteínas se regulan solo de forma transitoria. 12. Un elevado número (46,8%) de las proteínas con expresión diferencial son cloroplásticas, lo que subraya la relevancia de este orgánulo en la respuesta de la planta a los pulgones. 13. La mayoría de los cambios se producen en proteínas que son necesarias para el funcionamiento de la planta en condiciones normales, incluyendo proteínas involucradas en fotosíntesis y fotorrespiración, metabolismo de aminoácidos y carbohidratos, traducción, y plegamiento y degradación de proteínas. Sin embargo, el número de proteínas directamente involucradas en la defensa de la planta es bajo y su expresión está mayoritariamente reprimida en respuesta al ataque del pulgón. 14. El análisis de los ácidos fenólicos libres ha revelado que una alta densidad de infestación por pulgón induce la alteración en el contenido de todos los ácidos fenólicos libres analizados en algún momento de la infestación, con excepción del ácido clorogénico. 15. Los ácidos gálico, p-hidroxibenzoico, cafeico, p-cumárico y sinápico aumentan su contenido en las hojas de pimiento a tiempos cortos de infestación (1 día) pero disminuyen por debajo del control (excepto el ácido sinápico) a tiempos más largos. 16. Los ácidos protocatéquico y salicílico muestran un patrón de variación opuesto en las hojas de pimiento en respuesta al pulgón.