Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O rápido crescimento da população humana durante os últimos dois séculos criou desafios significativo para a produção agrícola. Insetos-praga de culturas agrícolas representam impacto direto no sistema de produção agrícola global, e quanto as pragas invasoras, uma invasão bem-sucedida em um novo ambiente representa uma preocupação de biossegurança significativa. As medidas de biossegurança buscam proteger a economia, ambiente e sociedade de introduções intencionais ou acidentais de pragas invasoras que podem colocar o sistema em risco. Mais do que nunca, as altas demandas de produtividade agrícola demandam inovação no controle de organismos exóticos invasores, tais como ervas daninhas, doenças, insetos e outras pragas que são capazes de desenvolver mecanismos adaptativos tais como a resistência a diferentes medidas de controle. Uma porcentagem dessas espécies pode se espalhar rapidamente para além das suas áreas introduzidas e se tornar espécie invasora. As invasões biológicas constituem um dos principais fatores para a alterações ambientais, afetando a conservação, a saúde humana e a agricultura. Técnicas gnéticas se usadas corretamente, podem proporcionar confirmações efetivas e rápidas da presençca/ausencia de determinadas espécies praga invasoras/exóticas contribuindo para que potencias perdas economicas sejam evitadas. Além disso, podem contribuir para o monitorizamento e gestão eficaz de espécies de pragas exóticas, uma vez identificados e marcadores apropriados desenvolvidos. Gestores que procuram controlar e/ou mitigar a propagação de espécies pragas invasoras irão se beneficiar de informações que ajudam a identificar populações de origem e rotas incursão. Ferramentas genéticas eficazes também pode fornecer informações sobre a potencial origem de uma espécie invasora, determinar se a introdução foi intencional ou não intencional, e/ou por meio de escape de cativeiro. Isto também pode ter implicações para identificar a rota de entrada e auxiliar na prevenção de invasões adicionais da mesma origem. O Brasil tem um alto risco para a introdução e estabelecimento de insetos exóticos devido as suas dimensões continentais, grande região de fronteira e diversas zonas climáticas. Esse trabalho visa preencher algumas das lacunas que existem na compreensão dos riscos de biossegurança envolvendo pragas invasoras na América do Sul. O potencial de uso de ferramentas moleculares para identificar e estudar a genética de populações de duas pragas invasoras na América do Sul foi explorado. O objetivo foi fornecer rápida confirmação de espécie utilizando NGS e marcadores moleculares e, especificamente, entender a diversidade genética dessas espécies pragas invasoras, gerando conhecimento necessário para melhorar as estratégias de biossegurança utilizadas nos países da América do Sul. As espécies utilizadas neste estudo foram, portanto, escolhidas com base em seu impacto econômico nas regiões onde foram encontradas. O primeiro estudo teve como alvo a mosca da haste Melanagromyza sojae, a qual foi encontrada danificando lavouras de soja no sul do Brasil. Na falta de especialistas para identificar espécies de Melanagromyza spp. no Brasil, a identificação morfológica foi realizada com o suporte do pesquisador Hugh Brier, Entomologista Senior no Queensland Department of Agriculture and Fisheries, Australia, antes do início da caracterização molecular do genoma mitochondrial no CSIRO (Commonwealth Scientific and Industry Research Organization) in Canberra, Australia. Os insetos suspeitos foram identificados por caracteres morfológicos larvais como M. sojae e os genomas mitocondrias completes (mtDNA) de três M. sojae coletadas de soja (Glycine max L.) no Brasil foram sequenciados utilizando a plataforma Illumina MiSeq NGS, e a sequência específica do gene mitocondrial COI foi caracterizado. O anotação completa do mtDNA também proporcionou a oportunidade para anotar todos os 13 genes que codificam proteínas de M. sojae, bem como a estimativa das taxas de polimorfismo no mitogenome completo. Marcadores de DNA robustos para identificação de M. sojae e estudos genéticos foram desenvolvidos e uma filogenia de máxima verossimilhança utilizando sequências parciais mtDNA COI de um indivíduo representativo foi construído para inferir a posição filogenética do espécime brasileiro de M. sojae, e também para determinar se essa espécie de mosca já tinha tido essa região do gene mitocondrial (COI) previamente caracterizado. Após confirmada a ocorrência de M. sojae no Rio Grande do Sul e Santa Catarina, o segundo estudo teve como objetivo investigar a diversidade genética da população de M. sojae utilizando o marcador molecular específico mtCOI-SSF recém-desenvolvido e discutir as implicações potenciais de biossegurança de incursões por M. sojae no Brasil. As populações brasileiras de M. sojae apresentaram tanto alta diversidade de nucleotídeos como elevado número de haplótipos nas duas amostras de campo preliminares e relativamente pequenas pesquisadas, apontando para vários fundadores com populações estabelecidas. O estudo também identificou um haplótipo COI-mitocondrial compartilhado com dois indivíduos de M. sojae amostrados anteriormente da Austrália, e demonstrou a importância de integrar a pesquisa taxonômica tradicional com abordagem de NGS para confirmar inequivocamente a espécie de um inseto praga emergente em nível agrícola global. A espécie praga invasiva global Helicoverpa armigera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae) foi o alvo do terceiro e último estudo. A presença desta espécie de mariposa foi confirmada na América do Norte, Sul e América Central (no Brasil em 2013; no Paraguai em 2013; na Argentina em 2014 e nos EUA em 2015), trazendo sérias implicações em termos da gestão e manejo de inseto pragas nas principais culturas agrícolas cultivadas nessas áreas. Os dados da seqüência genética de parte do gene mitocondrial COI de espécimes de H. armigera coletados do Uruguai, Argentina, Paraguai, e também de três estados do Sul do Brasil (Paraná, Rio Grande do Sul e Santa Catarina) foram analisados com o objetivo de melhor caracterizar a diversidade genética de H. armigera na região do Cone Sul. Os principais resultados deste estudo foram: (i) confirmação, em nível molecular, de que H. armigera está presente em lavouras de soja no Uruguai e Paraguai, e também nos estados brasileiros do Rio Grande do Sul (RS), Santa Catarina (SC) e Paraná (PR); (ii) primeira caracterização molecular da diversidade genética de H. armigera na região do Cone Sul (incluindo indivíduos provenientes da Argentina); (iii) detecção de inesperada diversidade de haplótipos únicos em populações de H. armigera do Uruguai, Argentina e Paraguai; e (iv) as populações de H. armigera no continente sul-americano provavelmente representam vários eventos de incursão independentes. Os resultados que as populações de H. armigera no continente sul-americano provavelmente são resultado de vários eventos de incursão independentes terão implicações significativas no manejo das estratégias de resistência dessa praga no Novo Mundo.

The population outbreak of caterpillar in soybeans has been linked with entomopathogenic elimination of fungi by fungicides. Many experiments were conducted to understand the effect of fungicides Azoxystrobin + Cyproconazole on Nomuraea rileyi. The experiments were: (a) N. rileyi activity time; (b) effect of fungicide application on N. rileyi; (c) the natural occurrence of N. rileyi; and (d) the spectrum of action of N. rileyi on soybean caterpillars. Anticarsia gemmatalis mortality achieved 100% at 48 hours when N. riley was inoculated in powder form. N. rileyi in powder form showed higher time activity in comparison to application of N. rileyi in liquid form. Fungicide application on N. rileyi caused a delay on A. gemmatalis mortality. However, when evaluation was later the mortality of A. gemmatalis by N. rileyi was not affected. The occurrence of N. rileyi in caterpillars was different among local sampled, and it was mainly associated with the weather conditions. N. rileyi showed to be entomopathogenic to A. gemmatalis, Spodoptera frugiperda, Helicoverpa armigera and Chrysodeixis includens, however, the mortality ranged among species. The major factor that impacted on non-occurrence of N. rileyi in some years may be the weather conditions, rather than fungicide applications. Therefore, fungicides were not the main cause of non-occurrence of N. rileyi and therefore it was not the main cause of caterpillars outbreaks in soybean. / O aumento populacional de lagartas tidas como secundárias na cultura da soja pode estar ligado a eliminação de fungos entomopatogênicos pelos fungicidas. Para compreender o efeito do fungicida Azoxistrobina + Ciproconazol sobre Nomuraea rileyi foram realizados um conjunto de ensaios para determinar o tempo de atividade da N. rileyi; o impacto da aplicação do fungicida em N. rileyi; a ocorrência natural de N. rileyi; e a determinação do espectro de ação de N. rileyi sobre lagartas desfolhadoras da soja. A mortalidade de Anticarsia gemmatalis infestada em folhas inoculadas com N. rileyi na forma de aplicação em pó foi de 100% após 48 horas, apresentando maior tempo de atividade em relação a forma de aplicação líquida. Com relação a aplicação do fungicida sobre N. rileyi, essa causou um retardo na mortalidade de A. gemmatalis. Porém, quando a avaliação da mortalidade foi realizada em um tempo maior a aplicação do fungicida não afetou a mortalidade de A. gemmatalis. A ocorrência de N. rileyi variou entre os locais amostrados, sendo associada principalmente as condições climáticas. N. rileyi mostrou ser um fungo entomopatogênico para A. gemmatalis, Spodoptera frugiperda, Helicoverpa armigera e Chrysodeixis includens, contudo, o tempo de mortalidade variou entre as espécies. Com isso, o fator de maior influência pela não ocorrência de N. rileyi em alguns anos pode estar mais relacionado as condições climáticas, do que as aplicações de fungicidas. Portanto, os fungicidas não são a principal causa da não ocorrência de N. rileyi e consequentemente das explosões populacionais de lagartas em soja.

Submitted by Caroline Periotto (carol@ufscar.br) on 2016-10-10T17:24:48Z No. of bitstreams: 1 TeseACMR.pdf: 2424700 bytes, checksum: 8f6c5b8a916ee974192846236c7e1dc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T18:33:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseACMR.pdf: 2424700 bytes, checksum: 8f6c5b8a916ee974192846236c7e1dc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T18:33:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseACMR.pdf: 2424700 bytes, checksum: 8f6c5b8a916ee974192846236c7e1dc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T18:33:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseACMR.pdf: 2424700 bytes, checksum: 8f6c5b8a916ee974192846236c7e1dc9 (MD5) Previous issue date: 2016-06-03 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / This study objective to identify the diversity of predators through the use of serology producing specific antiserums for the main pests found in maize, Spodoptera frugiperda, Helicoverpa armigera and H. zea, Rhopalosiphum maidis and uses it to determine their predators. Pest samples were macerated in 0.85% saline solution. The macerated were centrifuged and the supernatants used as immunizing antigens for obtaining antiserum. For this purpose, a rabbit was immunized with 3.0 ml of the immunizing antigen on the lymph node region. Homologous serological tests were performed in double diffusion in agar. Homologous serological reactions were positive after seven days of antigen inoculation. The technique has sensitivity to detect predation of the four pests studied in this paper. The tests were positive for a prey in the digestive tract of the predator to 96 hours of ingestion. Regarding the number of preys, there was no difference in the lines, they only grew stronger and sharper. In laboratory, D. luteipes, O. vnigrum and C. externa presented preference for R. maidis and E. annulipes for S. frugiperda. In tests where predators were collected in the field, serological tests showed that there was a certain food preference of D. luteipes and O. v-nigrum by S. frugiperda. E. annulipes, H. axyridis, E. connexa and C. externa, by the aphid. After a single injection of antigen in rabbit’s lymph node region, it was possible to get an antiserum specific for pests of corn. / O presente trabalho teve como objetivo identificar a diversidade alimentar dos predadores através do uso da serologia produzindo os antissoros específicos para as principais pragas encontradas na cultura do milho Spodoptera frugiperda, Helicoverpa armigera, Helicoverpa zea, Rhopalosiphum maidis. Amostras das pragas foram maceradas em solução salina NaCl (0,85%). Os macerados foram centrifugados, e os sobrenadantes, utilizados como antígenos imunizantes para obtenção do antissoro. Para esse propósito um coelho foi imunizado com 3,0 ml do antígeno imunizante na região do linfonódulo. Testes serológicos homólogos foram realizados em dupla difusão em ágar. Reações serológicas homólogas foram positivas após sete dias após da imunização do antígeno. A técnica tem sensibilidade para detectar predação de das quatro pragas estudadas nesse trabalho. Os testes foram positivos para uma presa no trato digestivo do predador até 96hs de sua ingestão. Com relação ao número de presas ingeridas não houve diferença nas linhas de precipitação, apenas ficaram mais fortes e nítidas. Em laboratório a preferência alimentar de Doru luteipes, Olla v-nigrum e Chrysoperla externa apresentaram preferência alimentar por R. maidis e Euborellia annulipes por S. frugiperda. Nos testes onde os predadores foram coletados no campo os testes serológicos mostraram que houve uma preferência alimentar de D. luteipes e O. v-nigrum por S. frugiperda. E. annulipes, H. axyridis, E. connexa, e C. externa por pulgão. Concluiu-se que após uma única injeção do antígeno na região do linfonódulo do coelho, foi possível obter-se antissoro específico para as pragas do milho.

Os reguladores de crescimento de insetos têm sido um dos mais importantes grupos de inseticidas recomendados para o controle de Helicoverpa armigera (Hübner) e Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) no Brasil, que são consideradas pragas-chave de vários sistemas de produção agrícola. Para implementar programas de manejo da resistência de insetos, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar a suscetibilidade a inseticidas reguladores de crescimento de insetos em populações de H. armigera e S. frugiperda do Brasil. A caracterização das linhas-básica de suscetibilidade de H. armigera a lufenuron e methoxifenozide e de S. frugiperda a methoxifenozide foi realizada com bioensaio de tratamento superficial da dieta artificial com inseticida, utilizando-se lagartas de 3º instar. Foram verificadas baixa variabilidade na suscetibilidade de H. armigera a lufenuron, com DL50 variando de 0,30 a 1,02 &mu;g de i.a./cm2 de dieta, e a methoxifenozide, com DL50 de 2,61 a 8,02 &mu;g de i.a./cm2 de dieta, em populações coletadas em diferentes regiões agrícolas na safra 2013/2014. As doses diagnósticas, baseadas na DL99, foram de 6,36 &mu;g de i.a/cm2 de dieta para lufenuron e 31,10 &mu;g de i.a/cm2 de dieta para methoxifenozide. Foram observadas variações geográfica e temporal na suscetibilidade a lufenuron e methoxifenozide em populações de H. armigera coletadas nas safras de 2013/2014 a 2016/2017; contudo, não foi possível isolar linhagens de H. armigera resistentes a estes inseticidas, mediante o uso de técnicas de \"F2 screen\" e seleção massal. Uma baixa variabilidade na suscetibilidade de S. frugiperda a methoxifenozide foi observada para as populações coletadas na segunda safra de 2016, com DL50 variando de 0,5 a 2,1 &mu;g de i.a/cm2 de dieta. A dose diagnóstica (DL99) para monitoramento da suscetibilidade a methoxifenozide em populações de S. frugiperda foi de 6 &mu;g de i.a/cm2 de dieta. Na 2ª safra de 2016, a sobrevivência das populações de S. frugiperda avaliadas foram baixas, com valores inferiores a 10% na dose diagnóstica. Por outro lado, na 1ª safra de 2017, houve aumento na sobrevivência das populações testadas, atingindo valores de até 62%. A linhagem de S. frugiperda resistente a methoxifenozide selecionada em condições de laboratório apresentou uma baixa razão de resistência (&asymp;5 vezes). Os resultados da presente pesquisa confirmaram a alta suscetibilidade de H. armigera a lufenuron e methoxifenozide e de S. frugiperda a methoxyfenozide. As informações obtidas no presente estudo servirão para a implementação de programas proativos de manejo da resistência a esses inseticidas. / Insect growth regulators have been one of the most important group of insecticides recommended for controlling Helicoverpa armigera (Hübner) and Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) in Brazil which are considered key pests of several crop production systems. To implement insect resistance management programs, the objective of this research was to characterize the susceptibility to insect growth regulators in H. armigera and S. frugiperda populations from Brazil. Baseline susceptibilities of H. armigera to lufenuron and methoxifenozide and S. frugiperda to methoxifenozide were conducted with artificial diet overlay bioassays using 3rd instar larvae. There was low variability in the susceptibility of H. armigera to lufenuron, with LD50 ranging from 0.30 to 1.02 &mu;g of a.i./cm2 of diet, and to methoxifenozide, with LD50 of 2.61 to 8.02 &mu;g of a.i./cm2 of diet across populations collected in different agricultural regions in 2013/2014 growing season. The diagnostic doses, based on DL99, were 6.36 &mu;g of a.i./cm2 of diet for lufenuron and 31.10 &mu;g of a.i./cm2 of diet for methoxifenozide. Geographic and temporal variations in susceptibility to lufenuron and methoxifenozide were observed in populations of H. armigera collected from 2013/2014 to 2016/2017 growing seasons; however, it was not possible to isolate resistant strains to these insecticides using F2 screen and massal selection approaches. There was also a low variability in the susceptibility of S. frugiperda to methoxifenozide across populations collected in the 2nd crop season in 2016, with LD50 ranging from 0.5 to 2.1 &mu;g of a.i./cm2 of diet. The diagnostic dose (DL99) for monitoring the susceptibility to methoxifenozide in S. frugiperda populations was 6 &mu;g of a.i./cm2 of diet. In the 2nd crop season of 2016, the survival at diagnostic dose of S. frugiperda populations evaluated was low (< 10%). On the other hand, in the 1st crop season of 2017, there was a significant increase in the survival across the populations tested, with values reaching up to 62% at diagnostic dose. The laboratory-selected resistant strain of S. frugiperda to methoxifenozide showed a low resistance ratio (&asymp;5 times). We confirmed the high susceptibility of H. armigera to lufenuron and methoxifenozide and S. frugiperda to methoxifenozide in Brazil. The information collected in this study will be important for implementing a proactive resistance management programs to these insecticides.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2016-08-30T12:17:06Z No. of bitstreams: 1 Vitor Zuim.pdf: 736321 bytes, checksum: 42e3e5e6a120c7ec371929b3f184d990 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-30T12:17:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vitor Zuim.pdf: 736321 bytes, checksum: 42e3e5e6a120c7ec371929b3f184d990 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The bollworm Helicoverpa armigera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae) did not occur in Brazil until recently. The introduction and its distribution in most part of Brazil have caused considerable losses to attacked crops. Thus, the parasitism of H. armigera eggs by a Brazilian commercial strain of Trichogramma pretiosum Riley (Hymenoptera: Trichogrammatidae) was studied regarding the effect of: egg developmental age (0-12, 24-36 and 48-60 h), egg densities (15, 20, 25 and 30 eggs per female), and different temperatures (18, 21, 24, 27, 30 and 33 oC) on the parasitoids biology. Higher rates of parasitism was obtained in H. armigera eggs with up to 36 h old and when offered 20 eggs per female. Lower temperature threshold and thermal requirement for egg to adult development was 10.3 °C and 130.38 GD, respectively. The increase of temperature directly reduces parasitoid development durations from 18.67 to 6.10 days and the mean generation time (T) from 20.9 to 7.5 days when reared at 18 and 33 oC, respectively. The net reproductive rate (R0) did not differ between 21 and 27 °C; while the intrinsic rate of population increase (rm) kept increasing up to 30 °C. The greater number of host egg parasitized was observed in the first day of adult stage across all studied temperatures, except at 30 °C when the highest parasitism took place in the second day. The female longevity and the parasitism rate decreased with increasing temperatures. The higher parasitism was found at 24°C. The results indicate that the Brazilian strain of T. pretiosum has potential to be used as an applied biological control agent of the studied pest across the most areas of occurrence in Brazil. / A lagarta Helicoverpa armigera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae) não ocorria no Brasil até recentemente. A introdução e, posterior, distribuição em quase todo o Brasil têm acarretado perdas consideráveis para as culturas atacadas. Assim, o parasitismo de ovos de H. armigera por Trichogramma pretiosum Riley (Hymenoptera: Trichogrammatidae), linhagem comercial brasileira, foi estudado considerando o efeito da idade dos ovos (0-12, 24-36, e 48-60 h), densidades de ovos (15, 20, 25 e 30 ovos por fêmea), bem como o efeito de diferentes temperaturas (18, 21, 24, 27, 30 e 33 oC) na biologia do parasitoide. As maiores taxas de parasitismo foram obtidas em ovos de H. armigera com até 36 h e quando ofertados 20 ovos por fêmea. O limiar térmico inferior de desenvolvimento foi de 10,3 °C e a constante térmica de 130,38 GD. O aumento da temperatura atuou de forma inversa reduzindo o desenvolvimento do parasitoide de 18,67 dias para 6,10 dias, e o tempo médio de geração (T) de 20,9 dias para 7,5 dias, quando criados a 18 °C e 33 °C, respectivamente. A taxa líquida de reprodução (R0) não diferiu na faixa de 21 a 27 °C, enquanto que a taxa intrínseca de crescimento populacional (rm) aumentou até a 30 °C. O maior número de postura por fêmeas de T. pretiosum foi verificado no primeiro dia de vida para todas as temperaturas, exceto a 30 °C em que o maior parasitismo foi observado no segundo dia. A longevidade das fêmeas, assim como o ritmo de postura, decresceu com o aumento da temperatura. A maior taxa de fecundidade foi observada a 24 °C. Os resultados obtidos apontam que a linhagem brasileira de T. pretiosum possui potencial de utilização no controle biológico aplicado da praga nas diferentes condições de temperatura de ocorrência da mesma.

The Tetraviridae are a family of ss (+) RNA viruses that specifically infect lepidopteran insects. Their icosahedral capsids are non-enveloped and approximately 40 nm in diameter with T=4 quasi-equivalent symmetry. The omegatetraviruses, which are structurally the best characterised in the family, include Helicoverpa armigera stunt virus (HaSV) and Nudaurelia capensis omega virus (NwV). The omegatetravirus procapsid is composed of 240 identical copies of the capsid precursor proteins, which undergo autoproteolytic cleavage at its carboxyl-terminus generating the mature capsid protein (b) and γ-peptide. This process occurs in vitro following a shift from pH 7.6 to pH 6.0. The viral capsid encapsidates two ss genomic RNAs: The larger RNA1 encodes the viral replicase as well as three small ORFs while RNA2 encodes the capsid precursor protein together with an overlapping ORF designated P17. While a wealth of structural data pertaining to the assembly and maturation of omegatetraviruses is available, little is known about how this relates to their lifecycle. The principle aim of the research described in this thesis was to use an experimental system developed in the yeast, Saccharomyces cerevisiae, to investigate the assembly of HaSV and NwV virus-like particles (VLPs) in terms of maturation and encapsidation of viral RNAs, in vivo. The yeast expression system used two promoter systems for expression of capsid precursor protein: in the first, a hybrid promoter (PGADH) was used for high-level expression, while the second, PGAL1, produced substantially lower levels of the virus capsid protein precursors. An increase in the level of HaSV capsid protein precursor (p71) via the PGADH promoter resulted in a dramatic increase in VLP assembly as compared with the PGAL system. A protein equivalent to the mature capsid protein (p64) appeared at later time intervals following induction of transcription. Transmission electron microscopic studies showed that p64 correlated with the presence of mature VLPs as opposed to procapsids in cells containing p71. This confirmed that the presence of p64 denoted maturation of VLPs in vivo. Further investigation indicated that maturation correlated with cell aging and the onset of apoptosis. It was shown that induction of apoptosis resulted in VLP maturation while inhibition of apoptosis prevented maturation. These results suggested that the process of apoptosis might be the trigger for maturation of virus procapsids in their host cells. The increase in the efficiency of VLP assembly observed in the high-level expression system was proposed to be due to an increase in the cellular concentrations of viral RNA. To test this hypothesis, HaSV P71 was co-expressed with either P71 mRNA or full length RNA2. An increase in the solubility of p71 was observed in cells expressing increased levels of both RNAs, but there was no increase in the efficiency of VLP assembly. Northern analysis of encapsidated RNAs revealed that there was no selective encapsidation of either P71 mRNA or viral RNA2. This data indicated that the increase in viral RNA was not the reason for increased efficiency of VLP assembly, but most likely resulted from higher concentrations of p71 itself. It was decided to determine whether a highly efficient nodavirus replication system developed in yeast for heterologous production of proteins, could be used as a method for expressing the capsid protein precursor. The aim of using this system was to determine if VLPs assembled in a replication system specifically encapsidated viral RNA. Transcripts encoding the NwV capsid protein precursor (p70) were generated in yeast cells by replication of a hybrid RNA template by the Nodamura virus (NoV) replicase. Western analysis confirmed the presence of p70 as well as a protein of 62 kDa corresponding to the mature NwV capsid protein. Northern analysis of purified VLPs showed that NoV RNA1 and RNA3 were encapsidated, but no RNA2 was detected. Taken together, the data lead to the conclusion that specific encapsidation of tetraviral RNAs required more than close proximity of the viral RNAs and assembling virus-like particles. Encapsidation specificity in the omegatetraviruses may require additional viral proteins such as p17 during encapsidation or specific viral RNA encapsidation was replication-dependent. Replication-dependent assembly has been shown in the nodaviruses.

The objectives of this study were to establish the effectiveness of chlorpyrifos in suppressing H. armigera population in oranges and to determine the effect chlorpyrifos had on the health of farm pesticide operators. Experiments showed that by applying chlorpyrifos on orange trees, H. armigera larvae population was suppressed significantly. High fruit yields were realized from trees that were sprayed with chlorpyrifos. Visual observation of personnel involved in pesticide related duties, revealed that judicious use of pesticides was not practiced by farm workers in all three farms. Data analysis from questionnaires, health records and interviews proved that farm workers suffered from illnesses that were pesticide related. It was mainly those farm workers in the age group of 31 to 35 years who suffered the most from pesticide related illnesses. / Agriculture and Life Sciences / M. Sc. (Agriculture)

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The objectives of this study were to establish the effectiveness of chlorpyrifos in suppressing H. armigera population in oranges and to determine the effect chlorpyrifos had on the health of farm pesticide operators. Experiments showed that by applying chlorpyrifos on orange trees, H. armigera larvae population was suppressed significantly. High fruit yields were realized from trees that were sprayed with chlorpyrifos. Visual observation of personnel involved in pesticide related duties, revealed that judicious use of pesticides was not practiced by farm workers in all three farms. Data analysis from questionnaires, health records and interviews proved that farm workers suffered from illnesses that were pesticide related. It was mainly those farm workers in the age group of 31 to 35 years who suffered the most from pesticide related illnesses. / Agriculture and Life Sciences / M. Sc. (Agriculture)

The environmental impacts of genetically modified (GM) crop plants such as Bt (Bacillus thuringiensis) maize have not yet been fully assessed in South Africa. Bt maize designed to express Bt endotoxin for control of Busseola fusca (Fuller) (Lepidoptera: Noctuidae) and Chilo partellus (Swinhoe) (Lepidoptera: Crambidae) is planted on approximately 1.103 million hectares in South Africa. The monitoring of GM crops after release is important in order to assess and evaluate possible environmental effects. No risk assessment for Bt maize was done in South Africa before its release in 1998 and no targeted post-release monitoring of possible resistance development or impact on non-target species have been done. Awareness has risen in South Africa through research highlighting the possible effects GM crops may have. The aim of this study was to determine, through feeding experiments, the effects of Bt maize on selected non-target Lepidoptera, Coleoptera and Diptera species that occur in maize agro-ecosystems in South Africa. Results provide information for use in future risk assessment studies on Bt maize and indicate which species could possibly be of importance in post-release monitoring of Bt maize. Priority insect species were identified and laboratory- and semifield experiments were conducted to evaluate the effect of Bt maize on these species. In the light of the reportedly lower toxicity of Bt maize to certain noctuid borers, the effect of Bt maize was evaluated on Sesamia calamistis (Hampson), Agrotis segetum (Denis & Schiffermüller), and Helicoverpa armigera (Hubner). Feeding studies were also conducted to determine the effect of Bt maize on non-target Coleoptera, i.e. Heteronychus arator Fabricius (Coleoptera: Scarabaeidae) and Somaticus angulatus (Fahraeus) (Coleoptera: Tenebrionidae). The effect of indirect exposure of the stem borer parasitoid Sturmiopsis parasitica (Curran) (Diptera: Tachinidae) to Bt toxin was evaluated to determine if there is any effect when it parasitizes Bt-resistant B. fusca larvae that have fed on Bt maize. Results from the study conducted with S. calamistis indicated that Bt maize of both events (Bt11 and MON810) were highly toxic to S. calamistis. The behavioural characteristic of S. calamistis to feed behind leaf sheaths and to enter stems directly did not result in escape of exposure to the toxin. Larval feeding on leaf sheaths therefore resulted in the ingestion of sufficient toxin to kill larvae before they entered maize stems. Results showed that the effect of Cry1Ab toxin on the biology of A. segetum larvae and moths were largely insignificant. Whorl leaves were observed to be an unsuitable food source for H. armigera larvae and larval growth was poor. No larvae survived to the pupal stage on any of the Bt maize treatments. When feeding on maize ears H. armigera larval mass increased on non-Bt maize whereas no increase occurred on Bt maize. The feeding study conducted with Coleoptera showed that the effect of Bt maize on H. arator and S. angulatus was insignificant and no differences were observed in any of the parameters measured for the two species. Although not always significant, the percentage parasitism of Bt-consuming host larvae by S. parasitica was always higher compared to host larvae that fed on non-Bt maize. It could be that Bt toxin affects B. fusca fitness to such an extent that the immune systems of host larvae were less effective. The different parameters tested for S. parasitica indicated only one case where fly maggots originating from diapause host larvae feeding on non-Bt maize had a greater mass compared to host larvae that fed on Bt maize. The same applied to S. parasitica pupal length. For other parameters tested there were no significant differences. Sesamia calamistis is stenophagous and occurs in mixed populations with other borer species. It was therefore concluded that the ecological impact of local extinctions of S. calamistis caused by Bt maize is not expected to be great. Bt maize will most likely not have any significant effect on the control of A. segetum under field conditions. The feeding study conducted with H. armigera quantified the effects of Bt maize on this species and provided important information on the potential of Bt maize as protection against this polyphagous pest. However, the likelihood of H. armigera becoming an important secondary pest is high. It can be concluded that the Cry1Ab toxin targeting lepidopteran pests will not have adverse effects on H. arator or S. angulatus. Although some adverse effects were observed on S. parasitica mass and pupal length it is most likely that this will not contribute to adverse effects in the field, but that there rather be synergism between Bt maize and S. parasitica. An ecological approach was followed in which the potential effects of exposure of priority species to Bt toxin in maize was investigated. A series of selection matrixes were developed in which each of the above mentioned species was ranked for its maximum potential exposure to Bt toxin by assessing it occurrence, abundance, presence and linkage in the maize ecosystem. Through the use of these selection matrixes, knowledge gaps were identified for future research and to guide the design of ecologically realistic experiments. This study contributes to knowledge regarding the possible effects of Bt maize on the most economically important non-target pests in South Africa. There is, however, a need to evaluate other non-target species in feeding studies, as well as in field studies. From this study it can be concluded that some species can be eliminated from further testing since Bt maize had no adverse effect while more research have to be conducted on other species. / Thesis (Ph.D. (Environmental Science)--North-West University, Potchefstroom Campus, 2010.