O Filo Microsporidia é composto por parasitas intracelulares obrigatórios que infectam de invertebrados a mamíferos. Alguns gêneros de microsporídeos entomopatogênicos são de extrema importância, visto que diversos estudos epizootiológicos indicam tais agentes como detentores de um papel fundamental na regulação da densidade populacional de seus hospedeiros. Além disso, esses patógenos são considerados como um dos principais obstáculos na manutenção da sanidade nas criações de insetos em laboratório. No Brasil, a partir de 1977, foram relatadas as primeiras ocorrências de nosemoses em criações de laboratório da broca-da-cana, Diatraea saccharalis (Fabr.) (Lepidoptera: Crambidae). Este problema agravou-se no decorrer dos anos em função de alterações nas técnicas de criação da broca visando aumentar a escala produtiva deste inseto e do parasitoide Cotesia flavipes (Cam.) (Hymenoptera: Braconidae). Os objetivos deste trabalho consistiram na: (i) caracterização morfológica e molecular do patógeno, abordando ciclo de vida, patogenicidade a outros lepidópteros de importância agrícola e prevalência em populações de laboratório e campo de D. saccharalis e C. flavipes; (ii) determinação da virulência de Nosema sp. a D. saccharalis em laboratório; (iii) caraterização da propagação do patógeno nas lagartas e sua disseminação pelas fezes; (iv) efeitos da infecção na biologia de D. saccharalis e de C. flavipes e no desempenho do parasitoide quanto à seleção de hospedeiros infectados e não infectados; (v) transmissão do patógeno por C. flavipes a sua progênie e seus hospedeiros e (vi) controle de Nosema sp. em D. saccharalis por produtos antimicrobianos. Foi confirmado que o microsporídeo isolado de D. saccharalis pertence ao gênero Nosema, sendo patogênico à todas as espécies-praga avaliadas. A prevalência do patógeno em C. flavipes foi maior que a prevalência nas criações de D. saccharalis. Os esporos de Nosema sp. foram liberados nas fezes de D. saccharalis, variando o tempo até a liberação e a quantidade de esporos de acordo com o inóculo inicial de infecção. Embora Nosema seja considerado por muitos cientistas como enzoótico e com baixo potencial como agente de controle microbiano para ser usado de forma inundativa, a DL50 para D. saccharalis de 1º ínstar foi estimada em 5,6 esporos, demonstrando como as lagartas recém-eclodidas são muito suscetíveis ao microsporídeo. Infecções por Nosema sp. afetaram negativamente a biologia de D. saccharalis, exceto a duração da fase de pupa, sendo transmitido horizontal e verticalmente. Não foram observadas diferenças significativas na mortalidade de D. saccharalis infectadas por Nosema sp. tratadas com os antimicrobianos utilizados neste estudo em comparação à mortalidade do tratamento controle. Os parâmetros biológicos e o comportamento de C. flavipes sofreram alterações causadas pelo patógeno Nosema sp., que foi transmitido pelo parasitoide para o hospedeiro e por pelo menos quatro geraçõe de C. flavipes. Estes resultados ressaltam a relevância dos estudos sobre o impacto de Nosema sp. em D. saccharalis e C. flavipes, justificando esforços futuros no manejo da doença, dada a importância dessas espécies no agroecossistema da cana-de-açúcar. / The phylum Microsporidia consists of obligatory intracellular parasites that infect from invertebrates to mammalians. Some genera of entomopathogenic microsporidia are extremely important, considering that several epizootiological studies indicate that these agents as having a key role in density population regulating of their hosts. In addition, these pathogens are considered a major obstacle in maintaining healthiness in laboratory insect rearing. In Brazil occurrences of nosemoses were first reported in laboratory rearing of sugarcane borer, Diatraea saccharalis (Fabr.) (Lepidoptera: Crambidae), in the 1977. This problem has worsened over the years due to changes in the rearing methods aiming to increase the production scale of this insect and the parasitoid Cotesia flavipes (Cam.) (Hymenoptera: Braconidae). The objectives of this project consisted of (i) morphological and molecular characterization of the pathogen, addressing life cycle, pathogenicity to other lepidopterans of agricultural importance and prevalence in D. saccharalis and C. flavipes in laboratory rearing and in sugarcane plantations in the State of São Paulo, (ii) virulence of Nosema sp. to D. saccharalis in laboratory, (iii) transmission of the pathogen in D. saccharalis larvae and their dissemination in feces, (iv) the effects of infection on D. saccharalis and C. flavipes biology and performance of the parasitoid on the selection of infected and uninfected hosts, (v) the transmission of the pathogen by C. flavipes to their progeny and their hosts and (vi) the control of Nosema sp. in D. saccharalis by antimicrobial products. It was confirmed that the microsporidium isolated from D. saccharalis belongs to the genus Nosema, being pathogenic to all pest species evaluated in the host specificity study. The prevalence of the pathogen in C. flavipes was higher than the one in the D. saccharalis rearing facilities. Nosema sp spores were disseminated in the feces of D. saccharalis, varying the time until their release and the quantity of spores according to the initial inoculum of infection. Although Nosema is considered by many scientists as enzootic and low potential as a microbial control agent to be used inundatively, the LD50 for 1st instar D. saccharalis was estimated as 5.6 spores, demonstrating how that the newly-hatched larvae are very susceptible to this pathogen. Nosema sp. infections negatively affected the biology of D. saccharalis, except in the duration of the pupal stage, being transmitted horizontally and vertically. There were no significant differences in mortality of D. saccharalis infected by Nosema sp. treated with the antibiotics used in this study compared with the mortality of the control treatment. The biological parameters and behavior of C. flavipes suffered adverse effects caused by the pathogen Nosema sp., which was transmitted to the host by the parasitoid and its progeny to four C. flavipes generation. These results underscore the relevance of studies on the impact of Nosema sp. in D. saccharalis and C. flavipes, justifying future efforts in managing the disease, given the importance of these species in the sugarcane ecosystem.

O Filo Microsporidia é composto por parasitas intracelulares obrigatórios que infectam de invertebrados a mamíferos. Alguns gêneros de microsporídeos entomopatogênicos são de extrema importância, visto que diversos estudos epizootiológicos indicam tais agentes como detentores de um papel fundamental na regulação da densidade populacional de seus hospedeiros. Além disso, esses patógenos são considerados como um dos principais obstáculos na manutenção da sanidade nas criações de insetos em laboratório. No Brasil, a partir de 1977, foram relatadas as primeiras ocorrências de nosemoses em criações de laboratório da broca-da-cana, Diatraea saccharalis (Fabr.) (Lepidoptera: Crambidae). Este problema agravou-se no decorrer dos anos em função de alterações nas técnicas de criação da broca visando aumentar a escala produtiva deste inseto e do parasitoide Cotesia flavipes (Cam.) (Hymenoptera: Braconidae). Os objetivos deste trabalho consistiram na: (i) caracterização morfológica e molecular do patógeno, abordando ciclo de vida, patogenicidade a outros lepidópteros de importância agrícola e prevalência em populações de laboratório e campo de D. saccharalis e C. flavipes; (ii) determinação da virulência de Nosema sp. a D. saccharalis em laboratório; (iii) caraterização da propagação do patógeno nas lagartas e sua disseminação pelas fezes; (iv) efeitos da infecção na biologia de D. saccharalis e de C. flavipes e no desempenho do parasitoide quanto à seleção de hospedeiros infectados e não infectados; (v) transmissão do patógeno por C. flavipes a sua progênie e seus hospedeiros e (vi) controle de Nosema sp. em D. saccharalis por produtos antimicrobianos. Foi confirmado que o microsporídeo isolado de D. saccharalis pertence ao gênero Nosema, sendo patogênico à todas as espécies-praga avaliadas. A prevalência do patógeno em C. flavipes foi maior que a prevalência nas criações de D. saccharalis. Os esporos de Nosema sp. foram liberados nas fezes de D. saccharalis, variando o tempo até a liberação e a quantidade de esporos de acordo com o inóculo inicial de infecção. Embora Nosema seja considerado por muitos cientistas como enzoótico e com baixo potencial como agente de controle microbiano para ser usado de forma inundativa, a DL50 para D. saccharalis de 1º ínstar foi estimada em 5,6 esporos, demonstrando como as lagartas recém-eclodidas são muito suscetíveis ao microsporídeo. Infecções por Nosema sp. afetaram negativamente a biologia de D. saccharalis, exceto a duração da fase de pupa, sendo transmitido horizontal e verticalmente. Não foram observadas diferenças significativas na mortalidade de D. saccharalis infectadas por Nosema sp. tratadas com os antimicrobianos utilizados neste estudo em comparação à mortalidade do tratamento controle. Os parâmetros biológicos e o comportamento de C. flavipes sofreram alterações causadas pelo patógeno Nosema sp., que foi transmitido pelo parasitoide para o hospedeiro e por pelo menos quatro geraçõe de C. flavipes. Estes resultados ressaltam a relevância dos estudos sobre o impacto de Nosema sp. em D. saccharalis e C. flavipes, justificando esforços futuros no manejo da doença, dada a importância dessas espécies no agroecossistema da cana-de-açúcar. / The phylum Microsporidia consists of obligatory intracellular parasites that infect from invertebrates to mammalians. Some genera of entomopathogenic microsporidia are extremely important, considering that several epizootiological studies indicate that these agents as having a key role in density population regulating of their hosts. In addition, these pathogens are considered a major obstacle in maintaining healthiness in laboratory insect rearing. In Brazil occurrences of nosemoses were first reported in laboratory rearing of sugarcane borer, Diatraea saccharalis (Fabr.) (Lepidoptera: Crambidae), in the 1977. This problem has worsened over the years due to changes in the rearing methods aiming to increase the production scale of this insect and the parasitoid Cotesia flavipes (Cam.) (Hymenoptera: Braconidae). The objectives of this project consisted of (i) morphological and molecular characterization of the pathogen, addressing life cycle, pathogenicity to other lepidopterans of agricultural importance and prevalence in D. saccharalis and C. flavipes in laboratory rearing and in sugarcane plantations in the State of São Paulo, (ii) virulence of Nosema sp. to D. saccharalis in laboratory, (iii) transmission of the pathogen in D. saccharalis larvae and their dissemination in feces, (iv) the effects of infection on D. saccharalis and C. flavipes biology and performance of the parasitoid on the selection of infected and uninfected hosts, (v) the transmission of the pathogen by C. flavipes to their progeny and their hosts and (vi) the control of Nosema sp. in D. saccharalis by antimicrobial products. It was confirmed that the microsporidium isolated from D. saccharalis belongs to the genus Nosema, being pathogenic to all pest species evaluated in the host specificity study. The prevalence of the pathogen in C. flavipes was higher than the one in the D. saccharalis rearing facilities. Nosema sp spores were disseminated in the feces of D. saccharalis, varying the time until their release and the quantity of spores according to the initial inoculum of infection. Although Nosema is considered by many scientists as enzootic and low potential as a microbial control agent to be used inundatively, the LD50 for 1st instar D. saccharalis was estimated as 5.6 spores, demonstrating how that the newly-hatched larvae are very susceptible to this pathogen. Nosema sp. infections negatively affected the biology of D. saccharalis, except in the duration of the pupal stage, being transmitted horizontally and vertically. There were no significant differences in mortality of D. saccharalis infected by Nosema sp. treated with the antibiotics used in this study compared with the mortality of the control treatment. The biological parameters and behavior of C. flavipes suffered adverse effects caused by the pathogen Nosema sp., which was transmitted to the host by the parasitoid and its progeny to four C. flavipes generation. These results underscore the relevance of studies on the impact of Nosema sp. in D. saccharalis and C. flavipes, justifying future efforts in managing the disease, given the importance of these species in the sugarcane ecosystem.

The growing demand for strawberries has imposed challenges, especially regarding the control of pests. Many farmers report problems with reduced chemical control efficiency, probably due to selection of resistant populations of insects and mites. An alternative is the use of biological control using pathogenic fungi as a tool in integrated pest management. Metarhizium spp. (Hypocreales: Clavicipitaceae) are generalist entomopathogenic fungi with worldwide distribution and can cause diseases in a large number of hosts. Many studies on the development of Metarhizium as a biological control agent were performed, but this bulk of knowledge is in remarkable contrast to the lack of research on the fundamental ecology of Metarhizium in agroecosystems. This thesis aimed to evaluate the establishment, persistence and dispersal of these entomopathogenic fungi in strawberry crop soil in Inconfidentes, Minas Gerais, Brazil; and to study the diversity and abundance of species of Metarhizium isolated from organic and conventional strawberry crop soils, and the field margins in Brazil and Denmark. The effectiveness of new species of Metarhizium recently found in Brazil, was evaluated against two spotted spider mite, Tetranychus urticae. Applied isolates of M. anisopliae (ESALQ1037) and M. robertsii (ESALQ1426) were able to persist for up to 12 months after the application within the soil, and disperse to other plots and colonize the rhizosphere of strawberry plants. In the plots where ESALQ1037 and ESALQ1426 were applied, 25% and 87.5% of the isolates recovered after 12 months consisted of the same isolates inoculated. A new taxonomically unassigned lineage, referred to as Metarhizium sp. Indet. 5 in this study, was found in strawberry crop margins. The dominant species of Metarhizium in Brazil and Denmark was Metarhizium robertsii and M. brunneum respectively. Further, Metarhizium pemphigi was first detected in Denmark in this study. Soil in organically grown strawberries harbored a more diverse population of Metarhizium spp. compared with conventionally grown strawberries. These studies showed for the first time the potential of new species of Metarhizium as spider mite biological control agents, the lowest median lethal time (LT50 = 4 ± 0.17 days) was observed in mites treated with the isolate ESALQ1638 of Metarhizium sp. indet. 1. The best isolates were ESALQPL63 of B. bassiana, ESALQ1608 and ESALQ1638 of Metarhizium sp. indet. 1 and ESALQ3069 and ESALQ3222 of M. pingshaense based on the survival curve, total mortality, percentage of sporulated cadavers and LT50. Knowledge of the diversity of Metarhizium spp. and persistence in strawberry soil generated in this study may be useful in developing conservation strategies and maximize the natural biological pest control. / A crescente demanda por morangos vem impondo desafios, especialmente quanto ao controle das pragas. Muitos agricultores relatam problemas com a redução da eficiência do controle químico, provavelmente devido à seleção de populações resistentes de insetos e ácaros. Uma alternativa é o uso de controle biológico com fungos entomopatogênicos como ferramenta dentro do manejo integrado de pragas. Metarhizium spp. (Hypocreales: Clavicipitaceae), são fungos entomopatogênicos generalistas com distribuição cosmopolita e que podem causar doenças em um grande número de hospedeiros. Muitos estudos sobre o desenvolvimento de Metarhizium como agente de controle biológico foram realizados, mas este leque de conhecimento está em contraste com a notável falta de investigação sobre a ecologia de Metarhizium nos agroecossistemas. Esta tese teve como objetivo avaliar o estabelecimento, persistência e dispersão destes fungos entomopatogênicos em solo de morangueiro em Inconfidentes, Minas Gerais, Brasil; bem como estudar a diversidade e abundância de espécies de Metarhizium isolados do solo de cultivos orgânico e convencional de morangueiro, e das margens das plantações no Brasil e Dinamarca. A eficácia de novas espécies de Metarhizium, encontradas recentemente no Brasil, foi avaliada contra o ácaro rajado, Tetranychus urticae. Os isolados inoculados de M. anisopliae (ESALQ1037) e M. robertsii (ESALQ1426) foram capazes de persistir por até 12 meses após a aplicação no solo, além de dispersar para outras parcelas e colonizar a rizosfera dos morangueiros. Nas parcelas onde ESALQ1037 e ESALQ1426 foram aplicados, 25% e 87,5% dos isolados recuperados após 12 meses consistiam dos mesmos isolados inoculados. Uma nova linhagem não taxonomicamente identificada, referida neste trabalho como Metarhizium sp. Indet. 5, foi encontrada nas margens de morangueiros cultivados. A espécie dominante de Metarhizium no Brasil e Dinamarca foi Metarhizium robertsii e M. brunneum, respectivamente. Além disso, Metarhizium pemphigi foi detectado pela primeira vez na Dinamarca neste estudo. Solos de cultivo orgânico de morangueiro em geral apresentaram uma diversidade maior de Metarhizium do que solos de cultivos convencionais. Estes estudos revelaram pela primeira vez o potencial de novas espécies de Metarhizium como agentes de controle biológico do ácaro rajado, sendo o menor tempo letal mediano (TL50= 4 ± 0.17 dias) observado em ácaros tratados com o isolado ESALQ1638 de Metarhizium sp. indet. 1. Os melhores isolados foram ESALQPL63 de B. bassiana, ESALQ1608 e ESALQ1638 de Metarhizium sp. indet. 1 e ESALQ3069 e ESALQ3222 de M. pingshaense baseado na curva de sobrevivência, mortalidade total, porcentagem de cadáveres esporulados e TL50. O conhecimento da diversidade de Metarhizium spp. e persistência em solos de morango, gerados neste estudo, poderão ser úteis no desenvolvimento de estratégias de conservação e maximizar o controle biológico natural de pragas.

The growing demand for strawberries has imposed challenges, especially regarding the control of pests. Many farmers report problems with reduced chemical control efficiency, probably due to selection of resistant populations of insects and mites. An alternative is the use of biological control using pathogenic fungi as a tool in integrated pest management. Metarhizium spp. (Hypocreales: Clavicipitaceae) are generalist entomopathogenic fungi with worldwide distribution and can cause diseases in a large number of hosts. Many studies on the development of Metarhizium as a biological control agent were performed, but this bulk of knowledge is in remarkable contrast to the lack of research on the fundamental ecology of Metarhizium in agroecosystems. This thesis aimed to evaluate the establishment, persistence and dispersal of these entomopathogenic fungi in strawberry crop soil in Inconfidentes, Minas Gerais, Brazil; and to study the diversity and abundance of species of Metarhizium isolated from organic and conventional strawberry crop soils, and the field margins in Brazil and Denmark. The effectiveness of new species of Metarhizium recently found in Brazil, was evaluated against two spotted spider mite, Tetranychus urticae. Applied isolates of M. anisopliae (ESALQ1037) and M. robertsii (ESALQ1426) were able to persist for up to 12 months after the application within the soil, and disperse to other plots and colonize the rhizosphere of strawberry plants. In the plots where ESALQ1037 and ESALQ1426 were applied, 25% and 87.5% of the isolates recovered after 12 months consisted of the same isolates inoculated. A new taxonomically unassigned lineage, referred to as Metarhizium sp. Indet. 5 in this study, was found in strawberry crop margins. The dominant species of Metarhizium in Brazil and Denmark was Metarhizium robertsii and M. brunneum respectively. Further, Metarhizium pemphigi was first detected in Denmark in this study. Soil in organically grown strawberries harbored a more diverse population of Metarhizium spp. compared with conventionally grown strawberries. These studies showed for the first time the potential of new species of Metarhizium as spider mite biological control agents, the lowest median lethal time (LT50 = 4 ± 0.17 days) was observed in mites treated with the isolate ESALQ1638 of Metarhizium sp. indet. 1. The best isolates were ESALQPL63 of B. bassiana, ESALQ1608 and ESALQ1638 of Metarhizium sp. indet. 1 and ESALQ3069 and ESALQ3222 of M. pingshaense based on the survival curve, total mortality, percentage of sporulated cadavers and LT50. Knowledge of the diversity of Metarhizium spp. and persistence in strawberry soil generated in this study may be useful in developing conservation strategies and maximize the natural biological pest control. / A crescente demanda por morangos vem impondo desafios, especialmente quanto ao controle das pragas. Muitos agricultores relatam problemas com a redução da eficiência do controle químico, provavelmente devido à seleção de populações resistentes de insetos e ácaros. Uma alternativa é o uso de controle biológico com fungos entomopatogênicos como ferramenta dentro do manejo integrado de pragas. Metarhizium spp. (Hypocreales: Clavicipitaceae), são fungos entomopatogênicos generalistas com distribuição cosmopolita e que podem causar doenças em um grande número de hospedeiros. Muitos estudos sobre o desenvolvimento de Metarhizium como agente de controle biológico foram realizados, mas este leque de conhecimento está em contraste com a notável falta de investigação sobre a ecologia de Metarhizium nos agroecossistemas. Esta tese teve como objetivo avaliar o estabelecimento, persistência e dispersão destes fungos entomopatogênicos em solo de morangueiro em Inconfidentes, Minas Gerais, Brasil; bem como estudar a diversidade e abundância de espécies de Metarhizium isolados do solo de cultivos orgânico e convencional de morangueiro, e das margens das plantações no Brasil e Dinamarca. A eficácia de novas espécies de Metarhizium, encontradas recentemente no Brasil, foi avaliada contra o ácaro rajado, Tetranychus urticae. Os isolados inoculados de M. anisopliae (ESALQ1037) e M. robertsii (ESALQ1426) foram capazes de persistir por até 12 meses após a aplicação no solo, além de dispersar para outras parcelas e colonizar a rizosfera dos morangueiros. Nas parcelas onde ESALQ1037 e ESALQ1426 foram aplicados, 25% e 87,5% dos isolados recuperados após 12 meses consistiam dos mesmos isolados inoculados. Uma nova linhagem não taxonomicamente identificada, referida neste trabalho como Metarhizium sp. Indet. 5, foi encontrada nas margens de morangueiros cultivados. A espécie dominante de Metarhizium no Brasil e Dinamarca foi Metarhizium robertsii e M. brunneum, respectivamente. Além disso, Metarhizium pemphigi foi detectado pela primeira vez na Dinamarca neste estudo. Solos de cultivo orgânico de morangueiro em geral apresentaram uma diversidade maior de Metarhizium do que solos de cultivos convencionais. Estes estudos revelaram pela primeira vez o potencial de novas espécies de Metarhizium como agentes de controle biológico do ácaro rajado, sendo o menor tempo letal mediano (TL50= 4 ± 0.17 dias) observado em ácaros tratados com o isolado ESALQ1638 de Metarhizium sp. indet. 1. Os melhores isolados foram ESALQPL63 de B. bassiana, ESALQ1608 e ESALQ1638 de Metarhizium sp. indet. 1 e ESALQ3069 e ESALQ3222 de M. pingshaense baseado na curva de sobrevivência, mortalidade total, porcentagem de cadáveres esporulados e TL50. O conhecimento da diversidade de Metarhizium spp. e persistência em solos de morango, gerados neste estudo, poderão ser úteis no desenvolvimento de estratégias de conservação e maximizar o controle biológico natural de pragas.