Plant lipoxygenases (LOX) are non-heme iron containing dioxygenases that catalyze the hydroperoxidation of polyunsaturated fatty acids resulting in the synthesis of a large number of functionally diverse oxylipins. Although the physiological functions of jasmonate-producing 13-LOXs in dicots have been reported and highlighted in host defenses to pathogens and insects, the functions of 9-LOXs and 9-LOX derived oxylipins remain obscure for both monocots and dicots. The objective of this study was to elucidate the biochemical, molecular and physiological roles of a segmentaly duplicated pair of 9-LOXs, ZmLOX4 and ZmLOX5, in host defenses to diverse stresses. Despite of their extreme similarities at the sequence levels, the ZmLOX4 was preferentially expressed in underground organs, whereas ZmLOX5 was stress-induced in aboveground organs. Both genes were highly induced by exogenous jasmonic acid (JA) but transcripts of ZmLOX5 only were strongly induced in wounded leaves as well as in response to insect infestation, suggesting the role of ZmLOX5 in plant resistance response against insect herbivory. To test potential function of ZmLOX4 and ZmLOX5, near-isogenic wild-type and mutants were generated. In this study, I provided genetic evidence that ZmLOX5 is involved in host defense against insect herbivores via the regulation of wound-induced JA biosynthesis. Contrary to the role in insect defenses, ZmLOX5 mediated metabolism contributes to enhanced susceptibility to a leaf fungal pathogen, Colletotricum graminicola. ZmLOX4 appears to have evolved a defense function against C. graminicola. In addition, lox4 and lox5 mutants have opposite phenotypes in their ability to support production of conidia and to facilitate colonization of kernels in response to Aspergillus flavus. However, the two mutants were similar to each other in their enhanced susceptibility to kernel colonization and conidia production of Fusarium verticillioides. In conclusion, the data suggest that these two 9-LOXs, ZmLOX4 and ZmLOX5 and their metabolites have distinct roles in plant-insect and plant-pathogen interactions.

A lagarta da borboleta Chlosyne lacinia utiliza como plantas hospedeiras quase exclusivamente espécies da família Asteraceae, tais como Vernonia sp e Tithonia diversifolia. V. polyanthes e T. diversifolia apresentam lactonas sesquiterpênicas (LST) em sua constituição química foliar, as quais, entre outras atividades biológicas, podem ser deterrentes e tóxicas para lepidópteras. Os objetivos deste trabalho foram investigar se os metabólitos secundários das Asteraceae V. polyanthes e T. diversifolia são metabolizados, excretados intactos e/ou sequestrados durante a fase larval de C. lacinia, e se são conservados pelo adulto, elucidando, assim, parte da interação ecoquímica da lagarta-do-girassol com Asteraceae. Os extratos das folhas de V. polyanthes e T. diversifolia permitiram a identificação de 22 substâncias entre ácidos clorogênicos, flavonoides e LST. As folhas de V. polyanthes apresentaram 12 destas substâncias, sendo estas, ácidos clorogênicos, flavonoides glicuronizados e LST do subtipo hirsutinolido. Já as folhas de T. diversifolia apresentaram 13 das 22 substâncias, tais como ácidos clorogênicos e LST dos subtipos furanoeliangolido e heliangolido. As lagartas de C. lacinia cultivadas em T. diversifolia se desenvolveram até o quarto estágio completando a metamorfose para a fase adulta, enquanto que as lagartas cultivadas em V. polyanthes se desenvolveram apenas até o segundo estágio. Além disso, o peso médio das lagartas no segundo estágio larval dos três cultivos feitos com T. diversifolia foi estatisticamente maior do que o peso médio das lagartas no mesmo estágio dos três cultivos feitos com V. polyanthes. Assim provavelmente, a diferença na composição química das duas plantas pode ter sido responsável pela diferença na performance de C. lacinia. Além disso, as lagartas no terceiro e no quarto estágios, alimentadas com T. diversifolia, acumularam metabólitos secundários ingeridos a partir das folhas, principalmente LST. Em relação à excreção, as lagartas tratadas com T. diversifolia foram capazes de excretar alguns metabólitos sob a forma inalterada em todos os estágios larvais, já as lagartas tratadas com V. polyanthes excretaram apenas flavonoides glicuronizados sob a forma inalterada e duas flavonas. Enquanto que as lagartas do segundo estágio cultivadas em V. polyanthes, apresentaram acúmulo apenas do flavonoide apigenina-7-O-glicuronil e do ácido 3-O-E-cafeoilquínico hidroxilado. Sugere-se que a presença de flavonoides glicuronizados e LST do subtipo hirsutinolido em V. polyanthes justifica, ao menos parcialmente, o desenvolvimento deficiente e a morte de C. lacinia quando cultivada com esta planta. Por outro lado, a presença de LST dos subtipos furanoeliangolido e heliangolido nas folhas de T. diversifolia podem ser favoráveis ao desenvolvimento completo deste herbívoro na presença desta planta. / The caterpillar of Chlosyne lacinia uses almost exclusively Asteraceae species as host plant, such as Vernonia sp and Tithonia diversifolia. V. polyanthes and T. diversifolia show sesquiterpene lactones (STL) in their chemistry composition. STL have biological activities and also can be feeding deterrents and toxics for Lepidoptera. The aims of this study were to investigate whether secondary metabolites of the Asteraceae V. polyanthes and T. diversifolia are metabolized, excreted intact and/or sequestered during larval stage of C. lacinia, and if they are retained by adult, thus explaining a part of the ecochemical interaction between sunflower caterpillar and Asteraceae. The extracts of leaves of V. polyanthes e T. diversifolia allowed the identification of 22 substances among chlorogenic acids, flavonoids and STL. The leaves of V. polyanthes presented 12 of these substances, which were chlorogenic acids, flavonoids glucuronides and STL of hirsutinolide subtype, whereas the leaves of T. diversifolia had 13 of these substances, such as chlorogenic acids and STL of furanoeliangolido and heliangolido subtypes. The caterpillars of C. lacinia cultivated with T. diversifolia developed up to the fourth stage, completing the metamorphosis into adult stage, while the caterpillars cultivated with V. polyanthes developed only until to the second stage. Moreover the average weight of caterpillars in the second stage of three replicates made with T. diversifolia was statistically higher than the average weight of caterpillars at the same stage of the three replicates made with V. polyanthes. The difference in chemical composition of the two plants may has been responsible for the difference in the performance of C. lacinia crops. Also, the caterpillars in the third and fourth stages cultivated with T. diversifolia accumulated secondary metabolites taken from these leaves, mainly STL. Regarding the excretion, caterpillars in all stages fed with T. diversifolia were able to excrete unchanged metabolites, while caterpillars fed with V. polyanthes excreted only unchanged flavonoids glucuronide and the respective aglicones. In the other hand, the caterpillars in the second stage cultivated in V. polyanthes showed that there was only accumulation of apigenin-7-O-glucuronyl and 3-hydroxy-O-E-caffeoylquinic acid. It is suggested that the presence of flavonoids glucuronides and STL of hirsutinolide subtype in V. polyanthes, justify, at least partially, defective development and deaths of C. lacinia cultivated with this plant. While the presence of STL of furanoheliangolide and heliangolide subtypes in T. diversifolia may be favorable to the full development of this herbivore in the presence of this plant.

Orientador: Anita Jocelyne Marsaioli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T01:12:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_MarizaGomes_D.pdf: 16254854 bytes, checksum: 5cb5b0e999b495a778232097e29554ff (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A composição química dos calos florais de 39 espécies, distribuidas em 10 gêneros, da subtribo Oncidiinae foi analisada por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas. Os resultados obtidos revelam que os componentes majoritários dos óleos florais de 13 espécies são diacilgliceróis substituídos assimetricamente, os demais calos apresentam como metabólitos secundários terpenóides, derivados de ácidos graxos, ésteres benzílicos e diacilgliceróis. Três novas estruturas de 1,2-diacilgliceróis, (2S, 3'R, 7'R)-1-acetil-2-(3',7'-diacetoxi-eicosanoil)-glicerol chamado de oncidinol, (3'R,7'R)-1-acetil-2-(3' -acetoxi,7'-hidroxi-octadecanoil)-glicerol e 1-acetil-2-(3'-acetoxi-octadecanoil)-glicerol, foram isoladas e identificadas por métodos espectroscópicos sendo suas configurações absolutas determinadas por aplicação da metodologia de Mosher. A similaridade química entre os calos florais foi avaliada através de métodos estatísticos. O dendrograma obtido desta análise estatística foi comparado a árvore filogenética obtida através de dados morfológicos, anatômicos e de DNA (introns ribossomal), sendo observado que algumas espécies do gênero Oncidium apresentam a composição do calo floral mais similar a outros gêneros (ex. Ornithophora e Baptistonia) do que a outras espécies do seu próprio gênero sendo o mesmo observado na análise filogenética. Os resultados do estudo dos calos florais de espécies da subtribo Oncidiinae levou a investigação do fenômeno de mimetismo floral entre Oncidiinae e a família Malpighiaceae, através do estudo da composição química do óleo floral da espécie Byrsonima intermedia, cujo principal constituinte é um novo derivado de ácido graxo, ácido (3R, 7R)-3,7-diacetoxi-docosanóico, que foi denominado de ácido birsónico. A similaridade entre a porção do ácido graxo do ácido birsónico e o oncidinol foi intrigante e sugere a presença de um mimetismo químico entre estes dois grupos de plantas que oferecem derivados de ácidos graxos como recompensa para abelhas polinizadoras. Outra evidência deste mimetismo foi investigada através da composição química da provisão larval do ninho da abelha Tetrapedia diversipes descrita como polinizadora de ambas famílias. Como resultado, foram detectadas as presenças dos ácidos 3,7-diidroxi-eicosanóico e 3,7-diidroxi-docosanóico denominados respectivamente de ácido tetrapédico A e B ambos estruturalmente relacionados aos compostos presentes em espécies de Oncidiinae e Byrsonima intermedia (Malpighiaceae). Isto demonstra que as abelhas coletam e usam os óleos florais para o provisionamento do ninho. Investigações adicionais revelaram que o óleo floral de uma terceira família de plantas representada por Calceolaria x herbeohybrida (Scrophulariaceae), também apresenta similares derivados de diacilgliceróis, 1-acetil-2-(3' -acetoxi-hexadecanoil)-glicerol. Esta observação indica que famílias filogeneticamente distantes estão ligadas por recompensas florais análogas para atrair abelhas coletoras de óleos florais. Neste trabalho, foi mapeada a rota química das recompensas florais de vários gêneros não relacionados e como sua presença é importante para a sobrevivência de abelhas coletoras de óleos florais. Também foram realizados estudos sintéticos visando a obtenção de diacilgliceróis naturais. / Abstract: The chemistry of the of 39 floral calluses of specimen belonging to the subtribe Oncidiinae is described revealing that diacyl-glycerols asymmetrically substituted are the major floral oil components in 13 species, in other calluses the terpenoids, fatty acid derivatives, flavonoids, benzyl esters and diacylglicerols are the secondary metabolites. Unknown constituents were isolated from cultivated species allowing the total structural determination of three new 1,2-diacylglycerols: (2S, 3'R, 7'R)-1-acetyl-2-(3',7'-diacetoxy-eicosanoyl)-glycerol named oncidinol, (3'R,7'R)-1-acetyl-2-(3'-acetoxy,7'-hydroxy-octadecanoyl)-glycerol and 1-acetyl-2-(3'-acetoxy octadecanoyl)-glycerol. The results were analyzed by statistical methods. The distribution patterns of the calluses chemical constituents in Oncidiinae were compared with the phylogenetic tree derived from the introns of the ribossomal DNA, morphological and anatomical data. This unusual glycerol and fatty acid derivatives prompted us to further investigate the Oncidiinae and Malpighiaceae floral mimicry by studying chemical composition of Byrsonima intermedia floral oil. This research revealed that the main constituent of this oil was a new fatty acid derivative, the (3R,7R)-3,7-diacetoxi-docosanoic acid named byrsonic acid. The similarity between byrsonic acid and oncidinol fatty acid moiety was intriguing suggesting chemical mimicry among species offering fatty acid derivatives as floral rewards to pollinating bees. Other evidence of this mimicry was investigated by analyzing Tetrapedia diversipes (oil collecting bee) nest provision. As result, it was detected the presence of 3,7-dihydroxy-ecosanoic and 3,7-dihydroxy-docosanoic acid named tetrapedic acid A and B, respectively, both structurally related to compounds present in Oncidinae species and Byrsonima intermedia (Malpighiaceae). This shows that oil collecting bees use the floral rewards. Further investigation shown that floral oil a third family of plants, represented by Calceolaria x herbeohybrida (Scrophulariaceae), also revealed the presence of a similar glycerol derivative, 1-acetyl-2-(3-acetoxy-hexadecanoyl)-glycerol which indicates that species from different families are linked by analogous floral reward in order to attract pollinating bees. Finally, we have mapped the chemical route of floral reward of several unrelated genera and how their offer is important to oil collecting bees survival. It was also done studies to synthesize natural diacylglycerols. / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Ciências

A lagarta da borboleta Chlosyne lacinia utiliza como plantas hospedeiras quase exclusivamente espécies da família Asteraceae, tais como Vernonia sp e Tithonia diversifolia. V. polyanthes e T. diversifolia apresentam lactonas sesquiterpênicas (LST) em sua constituição química foliar, as quais, entre outras atividades biológicas, podem ser deterrentes e tóxicas para lepidópteras. Os objetivos deste trabalho foram investigar se os metabólitos secundários das Asteraceae V. polyanthes e T. diversifolia são metabolizados, excretados intactos e/ou sequestrados durante a fase larval de C. lacinia, e se são conservados pelo adulto, elucidando, assim, parte da interação ecoquímica da lagarta-do-girassol com Asteraceae. Os extratos das folhas de V. polyanthes e T. diversifolia permitiram a identificação de 22 substâncias entre ácidos clorogênicos, flavonoides e LST. As folhas de V. polyanthes apresentaram 12 destas substâncias, sendo estas, ácidos clorogênicos, flavonoides glicuronizados e LST do subtipo hirsutinolido. Já as folhas de T. diversifolia apresentaram 13 das 22 substâncias, tais como ácidos clorogênicos e LST dos subtipos furanoeliangolido e heliangolido. As lagartas de C. lacinia cultivadas em T. diversifolia se desenvolveram até o quarto estágio completando a metamorfose para a fase adulta, enquanto que as lagartas cultivadas em V. polyanthes se desenvolveram apenas até o segundo estágio. Além disso, o peso médio das lagartas no segundo estágio larval dos três cultivos feitos com T. diversifolia foi estatisticamente maior do que o peso médio das lagartas no mesmo estágio dos três cultivos feitos com V. polyanthes. Assim provavelmente, a diferença na composição química das duas plantas pode ter sido responsável pela diferença na performance de C. lacinia. Além disso, as lagartas no terceiro e no quarto estágios, alimentadas com T. diversifolia, acumularam metabólitos secundários ingeridos a partir das folhas, principalmente LST. Em relação à excreção, as lagartas tratadas com T. diversifolia foram capazes de excretar alguns metabólitos sob a forma inalterada em todos os estágios larvais, já as lagartas tratadas com V. polyanthes excretaram apenas flavonoides glicuronizados sob a forma inalterada e duas flavonas. Enquanto que as lagartas do segundo estágio cultivadas em V. polyanthes, apresentaram acúmulo apenas do flavonoide apigenina-7-O-glicuronil e do ácido 3-O-E-cafeoilquínico hidroxilado. Sugere-se que a presença de flavonoides glicuronizados e LST do subtipo hirsutinolido em V. polyanthes justifica, ao menos parcialmente, o desenvolvimento deficiente e a morte de C. lacinia quando cultivada com esta planta. Por outro lado, a presença de LST dos subtipos furanoeliangolido e heliangolido nas folhas de T. diversifolia podem ser favoráveis ao desenvolvimento completo deste herbívoro na presença desta planta. / The caterpillar of Chlosyne lacinia uses almost exclusively Asteraceae species as host plant, such as Vernonia sp and Tithonia diversifolia. V. polyanthes and T. diversifolia show sesquiterpene lactones (STL) in their chemistry composition. STL have biological activities and also can be feeding deterrents and toxics for Lepidoptera. The aims of this study were to investigate whether secondary metabolites of the Asteraceae V. polyanthes and T. diversifolia are metabolized, excreted intact and/or sequestered during larval stage of C. lacinia, and if they are retained by adult, thus explaining a part of the ecochemical interaction between sunflower caterpillar and Asteraceae. The extracts of leaves of V. polyanthes e T. diversifolia allowed the identification of 22 substances among chlorogenic acids, flavonoids and STL. The leaves of V. polyanthes presented 12 of these substances, which were chlorogenic acids, flavonoids glucuronides and STL of hirsutinolide subtype, whereas the leaves of T. diversifolia had 13 of these substances, such as chlorogenic acids and STL of furanoeliangolido and heliangolido subtypes. The caterpillars of C. lacinia cultivated with T. diversifolia developed up to the fourth stage, completing the metamorphosis into adult stage, while the caterpillars cultivated with V. polyanthes developed only until to the second stage. Moreover the average weight of caterpillars in the second stage of three replicates made with T. diversifolia was statistically higher than the average weight of caterpillars at the same stage of the three replicates made with V. polyanthes. The difference in chemical composition of the two plants may has been responsible for the difference in the performance of C. lacinia crops. Also, the caterpillars in the third and fourth stages cultivated with T. diversifolia accumulated secondary metabolites taken from these leaves, mainly STL. Regarding the excretion, caterpillars in all stages fed with T. diversifolia were able to excrete unchanged metabolites, while caterpillars fed with V. polyanthes excreted only unchanged flavonoids glucuronide and the respective aglicones. In the other hand, the caterpillars in the second stage cultivated in V. polyanthes showed that there was only accumulation of apigenin-7-O-glucuronyl and 3-hydroxy-O-E-caffeoylquinic acid. It is suggested that the presence of flavonoids glucuronides and STL of hirsutinolide subtype in V. polyanthes, justify, at least partially, defective development and deaths of C. lacinia cultivated with this plant. While the presence of STL of furanoheliangolide and heliangolide subtypes in T. diversifolia may be favorable to the full development of this herbivore in the presence of this plant.

Red alder (Alnus rubra) is the most commercially important hardwood tree species in the Pacific Northwest and has a long history of traditional medicinal use as a source of fungicide and insecticide. Chemical analysis has shown that the diarylheptanoid oregonin ((5S)-1,7-bis(3,4-dihydroxyphenyl)-5-(β-D-xylopyranosyloxy)-heptan-3-one) is the dominant phytochemical contributing to medicinal activity. It was recently discovered that high oregonin concentration in alder leaves is associated with enhanced resistance to western tent caterpillar (Malacosoma californicum), a leaf eating lepidopteran herbivore; however, oregonin has never been directly tested on insects, or red alder-associated fungal species. In this thesis, a novel purification method was developed for the preparative extraction of oregonin from red alder leaf and bark material to directly test its biological activity. A battery of insect feeding and toxicity bioassays were carried out with several tree-defoliating caterpillars, and fungal inhibition was tested against a range of plant-associated fungal species, including several alder-associated species. This research represents the first evaluation of oregonin biological activity on insects, plant-associated fungi of the phyla Basidiomycota, and fungal-like pathogens of the phyla Oomycota. Oregonin exhibited promising insect feeding deterrent activity against generalist lepidopteran pests, including cabbage loopers (Trichoplusia ni), white-marked tussock moths (Orgyia leucostigma), and fall webworm (Hyphantria cunea) at similar concentrations shown to reduce western tent caterpillar herbivory in alder leaf bioassays. The results suggest that oregonin concentration has potential for selection as a breeding trait in managed populations of red alder to improve host resistance to leaf-eating pests. / Graduate / 2021-08-10

No description available.

As plantas reconhecem e produzem substâncias voláteis específicas para a atração de parasitóides após o ataque de um herbívoro, num processo conhecido como defesa indireta. Contudo, a capacidade dessas plantas em processar e liberar novos compostos voláteis sob o ataque de um herbívoro não hospedeiro permanece ainda inexplorado. Em vista disso, o presente trabalho buscou investigar o efeito dos voláteis emitidos por planta de milho sob o ataque de uma praga até então não hospedeira (traça-das-crucíferas, Plutella xylostella) comparado ao daqueles emitidos por planta de milho sob ataque de um hospedeiro tradicional (lagarta-do-cartucho-domilho, Spodoptera frugiperda), sobre esses insetos e seus respectivos parasitóides, Apanteles piceotrichosus e Campoletis flavicincta. Os bioensaios com os parasitóides foram conduzidos em fotofase, sendo oferecidos a estes, voláteis de plantas de milho sadias, voláteis liberados nos intervalos de 0-1, 5-6 e 24-25h após tratamento em fotofase por dano mecânico ou herbivoria simulada, e voláteis liberados no intervalo de 5-6h após esses mesmos tratamentos em escotofase. Já os ensaios com as mariposas foram conduzidos em escotofase, sendo oferecidos a estas, voláteis de plantas de milho sadias, voláteis liberados nos intervalos de 5-6h após tratamento em fotofase por dano mecânico ou herbivoria simulada, e voláteis liberados no intervalo de 0-1 e 24- 25h após esses mesmos tratamentos em escotofase. Adicionalmente, foram testados, para P. xylostella, voláteis de plantas de couve-manteiga sadia, e para A. piceotrichosus, voláteis de couve-manteiga sadia, couve-manteiga danificada mecanicamente e couve-manteiga atacada por lagartas de P. xylostella. As fêmeas de C. flavicincta apresentaram atratividade para voláteis emitidos pelas plantas de milho no intervalo de 5 a 6 horas após tratamento com regurgito de S. frugiperda em escotofase. Curiosamente, não apresentou atratividade pelos voláteis liberados nesse mesmo intervalo de tempo após indução com regurgito em fotofase. As fêmeas acasaladas de S. frugiperda foram atraídas por voláteis de plantas de milho sadia e voláteis liberados nos intervalos de 5-6 e 24-25h após dano mecânico ou tratamento da planta com regurgito deste herbívoro. Porém, preferiu voláteis de plantas sadias aqueles de plantas tratadas com regurgito em fotofase. Esses resultados demonstraram que esses insetos são capazes de discriminar entre misturas de voláteis presentes em seu habitat natural, onde ocorre a relação tritrófica milho (planta hospedeira) S. frugiperda (herbívoro) C. flavicincta (parasitóide). Da mesma forma, na relação couve-manteiga (planta hospedeira) P. xylostella (herbívoro) A. piceotrichosus (parasitóide), as fêmeas de P. xylostella foram atraídas pelos voláteis de couve-manteiga sadia, assim como as fêmeas de A. piceotrichosus foram atraídas pelos voláteis de couve-manteiga atacadas por lagartas deste herbívoro. No caso da simulação de uma nova relação, milho (planta não-hospedeira) P. xylostella (herbívoro) C. flavicincta (parasitóide), tanto fêmeas de A. piceotrichosus, quanto de P. xylostella, não foram capazes de responder aos voláteis de plantas de milho sadias, danificadas mecanicamente e danificadas mecanicamente + regurgito de P. xylostella. A determinação desses mecanismos poderá ser útil para maior compreensão do contexto evolutivo entre plantas e insetos e obtenção de novos avanços no manejo e controle biológico de pragas. / Plants recognize and produce specific volatile substances that attract parasitoids after the herbivore attack, characterizing a process known as indirect defense. However, the ability of these plants in processing and releasing novel volatile compounds elicited by a non-host herbivore attack has been poorly explored. Regarding this, the current study aimed to investigate the effect of volatiles emitted by maize plants under the attack of a pest which is not a host so far, diamondback moth, Plutella xylostella compared to those emitted by a common host, fall armyworm, Spodoptera frugiperda on the behavior response of these insects and their respective parasitoids Apanteles piceotrichosus e Campoletis flavicincta. The bioassays with the parasitoids were conducted during photophase and they were exposed to volatiles from undamaged maize, volatiles released at the time intervals 0-1, 5-6 and 24-25h after the treatment of mechanical damage or simulated herbivory during photophase, and volatiles released at the time interval 5-6h after these same treatments in scotophase. The bioassays with the moths were carried out in scotophase and they were exposed to volatiles from undamaged maize, volatiles released at the time interval 5-6h after the treatment of mechanical damage or simulated herbivory during photophase, and volatiles released at time intervals 0-1 and 24-25h after these same treatments in scotophase. Additionally, for P. xylostella volatiles from undamaged kale were tested while for A. piceotrichosus it was tested volatiles from undamaged kale, mechanically damaged and P. xylostella caterpillar damaged kale. C. flavicincta females were attracted to volatiles emitted by the maize plants at the interval 5-6h after the treatment with the S. frugiperda regurgitate in scotophase. Curiously, they were not attracted to volatiles released at the same time interval after the induction elicited by the regurgitate in the photophase. S. frugiperda mated females were attracted by volatiles from undamaged plants and volatiles released at time intervals 5-6 and 24- 25h after the mechanical damage or treated with the regurgitate of this herbivore. Nevertheless, they preferred the volatiles from undamaged maize to the plants treated with the regurgitate during photophase. These results demonstrated that these insects are able to distinguish among the volatile blends present in their natural habitat where it occurs the tritrophic relationship maize (host plant) S. frugiperda (herbivore) C. flavicincta (parasitoid). In the same way, in the relationship kale (host plant)- P. xylostella (herbivore) A. piceotrichosus (parasitoid), P. xylostella females were attracted by the volatiles of undamaged kale as well as the A. piceotrichosus females were attracted to volatiles emited by caterpillar-damaged kale. In the case of simulating a new relationship, maize (non-host plant) P. xylostella (herbivore) C. flavicincta (parasitoid), A. piceotrichosus females and P. xylostella were not able to respond to undamaged maize, mechanically damaged and mechanically damaged+ P. xylostella regurgitate. The determination of these mechanisms can be useful for a better understanding of the evolution context between plants and insects and for obtaining new advances in the management and biological pest control.

O estudo foi dividido em capítulos que incluíram diversos aspectos da ecologia química de insetos e espécies de Piperaceae como se seguem: O Capítulo 1 descreve as informações taxonômicas, a história natural dos insetos, as observações de campo e a organização das espécies hospedeiras de Piperaceae segundo as preferências alimentares dos insetos. Observou-se forte especificidade química de espécies de Coleoptera (Naupactus bipes) e Homoptera (Membracis foliata, Callocanophora sp., e Aethalium reticulatum) por Piper aduncum, P. gaudichaudianum, P. arboreum e P. hispidum que possuem ácidos benzóicos prenilados como produtos predominantes. As Lepidoptera (Quadrus u-lucida, Heraclydes brasiliensis e H. helicorides) constituíram-se num segundo grupo de insetos para o qual constatou-se forte especificidade. Nesse caso as espécies de Piperaceae, P. regnellii e P. solmsianum, são nitidamente acumuladores de neolignanas e/ou lignanas. Os Capítulos 2 e 3 (coleópteros - besouros e lepidópteros - borboletas, respectivamente) descrevem os resultados relacionados aos estudos das reações que ocorreram durante o processo de digestão de folhas de espécies de Piper, seqüestros de metabólitos secundários pelos insetos. O estudo de possíveis fatores atrativos presentes em óleos essenciais foram investigados mediante o uso de ensaios eletrofisiológicos. Foram observadas reações de desmetilações em lignanas tetraidrofurânicas, esterificação de ácidos benzóicos, hidrólise de amidas, reação do tipo ozonólise de lignanas, neolignanas e fenilpropanóides durante o processo digestivo das borboletas (larvas) e dos besouros adultos. Foram observados seqüestros de neolignanas das folhas e raízes de P. regnellii pelas larvas da borboleta Heraclides hectorides e ácidos benzóicos prenilados das raízes de P. gaudichaudianum pelas larvas do besouro Naupactus bipes. Os experimentos de EAG com antenas do besouro N. bipes indicou que os óleos de P. gaudichaudianum, P. regnellii e P. hispidum foram ativos, e tal comportamento foi confirmado por observações em campo, sendo que as respostas mais intensas foram observadas para as fêmeas em relação às respostas para os machos. A análise de GC/EM-EAD permitiu a determinação dos compostos bioativos como os monoterpenos α- pineno, ß-pineno e ß-mirceno. O Capítulo 4 descreve as espécies de homópteros que têm especificidade por P. gaudichaudianum, P. arboreum e P. aduncum que são acumuladoras de ácidos benzóicos 7 prenilados. Outros possíveis fatores determinantes para tal especificidade foram atribuídos ao baixo teor de metabólitos secundários nas seivas, alto teor de micronutrientes, baixo teor de macronutrientes, ausência de lignanas ou neolignanas nas seivas, lignificação com predominância de resíduo siringila (S). O Capítulo 5 descreve a determinação e caracterização estrutural dos 49 metabólitos secundários envolvidos neste estudo. O Capítulo 6 descreve o estudo da estabilidade de lignanas tetraidrofurânicas realizado em função da rara ocorrência na natureza de isômeros com a configuração toda cis. O estudo da estabilidade para os dez possíveis estereoisômeros para a lignana tetraidrofurânica através do cálculo do funcional de densidade, B3LYP, com a base 6- 316(dp) mostrou que a configuração toda cis é de fato menos estável do que a toda trans. / The study was presented in six chapters that included several aspects of chemical ecology of insects and Piperaceae species as following: The Chapter 1 describes taxonomical aspects, natural history of the insects and field observation and the organization of hosts Piperaceae according to the observed feeding preferences of the associated insects. It was observed strong chemical specificity of Coleoptera and Homoptera species by Piper aduncum, P. gaudichaudianum, P. arboreum and P. hispidum which contain prenylated benzoic acids. The Lepidoptera showed preference for species containing neolignanas and/or lignanas such P. regnellii and P. solmsianum. The Chapters 2 and 3 (coleopterous - beetles and lepdopterous-butterflies, respectively), were addressed for the studies of biotransformation reactions, sequestration and attractive assays. The study of possible factors present attractions in essential oils was investigated by the use of electrophysiological essays. It were observed several reactions as esterification, hydrolyses and ozonolyse-type for lignans, neolignans, phenylpropanoids and amides occurring in from species of Piperaceae during the digestive process of the butterflies and of beetles. It was observed sequestration of neolignans of P. regnellii by larvae of Heraclides hectorides and prenylated of benzoic acids from roots of P. gaudichaudianum by the larva of the beetle Naupactus bipes. The experiments of EAG using antennas of the beetle N. bipes showed that the oils of P. gaudichaudianum, P. regnellii and P. hispidum were active and such results were in agreement with field observations and the most intense response was observed for the females in relation to the response for the males. The analyses of GC/EM-EAD allowed the determination of the bio-actives compounds as the monoterpenes α-pinene, β-pinene and β-mircene. The Chapter 4 describes the homopteros species that have specificity for the P. gaudichaudianum, P. arboreum and P. aduncum accumulative of prenylated benzoic acids. Further determinant factors for specificity included: low percentage of secondary metabolites in saps, high percentage of micro-nutrients and low percentage of macro-nutrients, absence of lignans or neolignans in the saps, lignifications with predominance of siringyl residues (S) which confer a pattern related to Angiosperms. The Chapter 5 describes the determination and structural characterization of the 49 secondary metabólitos involved in this study. The Chapter 6 shows the study of stability versus natural occurrence of tetrahydrofuran lignans was carried out due to the rare occurrence of all-cis configuration. The study of the stability for the ten possible stereoisomers for the tetrahydrofuran lignans was through the calculation of the functional of density, B3LYP, with the base 6-316(dp), it showed that the all-cis configuration is less stable than the all-trans tetrahydrofuran lignans.

A interação mutualística, espécie-especifica, vespas de figo-figueiras envolve dois processos antagonísticos, predação de sementes e polinização, realizadas por vespas da família Agaonidae. Sabe-se que a larva da vespa se alimenta de tecido da semente durante seu desenvolvimento, mas o processo pelo qual isto ocorre é pouco conhecido, não se sabendo até que ponto a larva depende do desenvolvimento da semente. Neste trabalho foi estudada a biologia larval de Pegoscapus tonduzi, polinizadora de Ficus citrifolia (Moraceae). O estudo foi realizado em plantas de F. citrifolia presentes no campus da Universidade de São Paulo em Ribeirão Preto/SP, durante o período de julho de 2007 a agosto de 2008. Para tal, quatro coortes de vespas foram estudas, nas quais cerca de cinco figos foram coletados em intervalos de dois dias, ao longo do ciclo de desenvolvimento larval. Os figos foram dissecados para observação das larvas e para a obtenção de ovários/galhas da planta para o preparo de lâminas histológicas. Os resultados mostraram que o processo de predação de sementes realizado pelas larvas de P. tonduzi é elaborado, com o desenvolvimento larval intimamente relacionado aos processos embriogênicos da planta. O desenvolvimento larval apresenta quatro instares, detectados pela mudança de tamanho e formadas larvas. A duração do ciclo de vida de P. tonduzi foi de 40 a 70 dias, aproximadamente, correlacionando-se negativamente com a temperatura ambiente no período. O ovo é depositado na região próxima à base do estilete, entre o nucelo e o tegumento interno do ovário da planta. Nessa fase, observase o surgimento do embrião vegetal, indicando que o ovário em que larva se desenvolve foi fertilizado. No segundo estádio larval, o inseto migra para a região micropilar e passa a se alimentar oralmente do endosperma da planta. Nesta fase, ainda, nota-se o desaparecimento do embrião vegetal, sugerindo que este é consumido pela larva da vespa. Os resultados sugerem a existência de um ajuste evolutivo fino entre inseto-planta, uma vez que o desenvolvimento da larva da vespa de figo parece depender da fertilização e conseqüente formação do endosperma. / The species-specific mutualistic interaction between fig trees and fig wasps engages two antagonist processes: seed predation and pollination, both achieved by wasps of the Agaonidae family. It is well known that fig wasp larvae feed on seed tissues for their development but the process itself is poorly known. Here is a study on the larval biology of Pegoscapus tonduzi, pollinator of Ficus citrifolia (Moraceae). The study was carried out between July 2007 and August 2008 at the Sao Paulo University campus in Ribeirao Preto, Sao Paulo State. Four cohorts of fig wasps were studied; for each cohort, about five figs were sampled each two days until complete larval cycle. Sampled figs were dissected for larvae observation and measurement, and flower ovaries/galls subsamples destined to histological study. Results showed that seed predation by fig wasps is a complex process, with larval development closely related to plant embryogenesis. Four larval instars were determined by changes on larva size and shape. Larval cycle extended from 40 to 70 days, showing a negative relation with environmental temperature. The egg is laid near the style insertion, between nucleus and inner integument of the flower ovary. Vegetal embryo was observed along with first larval instar, indicating that fertilization took place inside the ovary where larva develops. At second instar, the larva migrates to the micropilar region and begins to feed orally from endosperm. In this phase, the embryo disappears, suggesting that it is consumed by the larva. Our results suggest a fine tune evolutionary insect-plant adjustment, as fig wasp larvae seems to depend on ovary fertilization and endosperm development.

A interação mutualística, espécie-especifica, vespas de figo-figueiras envolve dois processos antagonísticos, predação de sementes e polinização, realizadas por vespas da família Agaonidae. Sabe-se que a larva da vespa se alimenta de tecido da semente durante seu desenvolvimento, mas o processo pelo qual isto ocorre é pouco conhecido, não se sabendo até que ponto a larva depende do desenvolvimento da semente. Neste trabalho foi estudada a biologia larval de Pegoscapus tonduzi, polinizadora de Ficus citrifolia (Moraceae). O estudo foi realizado em plantas de F. citrifolia presentes no campus da Universidade de São Paulo em Ribeirão Preto/SP, durante o período de julho de 2007 a agosto de 2008. Para tal, quatro coortes de vespas foram estudas, nas quais cerca de cinco figos foram coletados em intervalos de dois dias, ao longo do ciclo de desenvolvimento larval. Os figos foram dissecados para observação das larvas e para a obtenção de ovários/galhas da planta para o preparo de lâminas histológicas. Os resultados mostraram que o processo de predação de sementes realizado pelas larvas de P. tonduzi é elaborado, com o desenvolvimento larval intimamente relacionado aos processos embriogênicos da planta. O desenvolvimento larval apresenta quatro instares, detectados pela mudança de tamanho e formadas larvas. A duração do ciclo de vida de P. tonduzi foi de 40 a 70 dias, aproximadamente, correlacionando-se negativamente com a temperatura ambiente no período. O ovo é depositado na região próxima à base do estilete, entre o nucelo e o tegumento interno do ovário da planta. Nessa fase, observase o surgimento do embrião vegetal, indicando que o ovário em que larva se desenvolve foi fertilizado. No segundo estádio larval, o inseto migra para a região micropilar e passa a se alimentar oralmente do endosperma da planta. Nesta fase, ainda, nota-se o desaparecimento do embrião vegetal, sugerindo que este é consumido pela larva da vespa. Os resultados sugerem a existência de um ajuste evolutivo fino entre inseto-planta, uma vez que o desenvolvimento da larva da vespa de figo parece depender da fertilização e conseqüente formação do endosperma. / The species-specific mutualistic interaction between fig trees and fig wasps engages two antagonist processes: seed predation and pollination, both achieved by wasps of the Agaonidae family. It is well known that fig wasp larvae feed on seed tissues for their development but the process itself is poorly known. Here is a study on the larval biology of Pegoscapus tonduzi, pollinator of Ficus citrifolia (Moraceae). The study was carried out between July 2007 and August 2008 at the Sao Paulo University campus in Ribeirao Preto, Sao Paulo State. Four cohorts of fig wasps were studied; for each cohort, about five figs were sampled each two days until complete larval cycle. Sampled figs were dissected for larvae observation and measurement, and flower ovaries/galls subsamples destined to histological study. Results showed that seed predation by fig wasps is a complex process, with larval development closely related to plant embryogenesis. Four larval instars were determined by changes on larva size and shape. Larval cycle extended from 40 to 70 days, showing a negative relation with environmental temperature. The egg is laid near the style insertion, between nucleus and inner integument of the flower ovary. Vegetal embryo was observed along with first larval instar, indicating that fertilization took place inside the ovary where larva develops. At second instar, the larva migrates to the micropilar region and begins to feed orally from endosperm. In this phase, the embryo disappears, suggesting that it is consumed by the larva. Our results suggest a fine tune evolutionary insect-plant adjustment, as fig wasp larvae seems to depend on ovary fertilization and endosperm development.