Magíster en Bioquímica área de Especialización en Bioquímica ambiental y Memoria para optar al Título de Bioquímico / Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta enero 2018 / El mercado de la uva de mesa en Chile es una importante fuente de ingreso económico, siendo nuestro país catalogado como líder exportador de esta fruta. Sin embargo, el principal problema de índole fitopatológico que afecta la uva de mesa son las infecciones producidas por el hongo Botrytis cinerea, que se caracterizan por generar pudriciones o atizonamientos de las partes florales, brotes y bayas, causando importantes pérdidas económicas. Su control incluye un manejo integrado del cultivo, además de un tratamiento químico preventivo mediante el uso de fungicidas. No obstante, aunque se realicen todas estas prácticas el control total no resulta satisfactorio, debido al aumento de cepas fúngicas resistentes a la acción de los fungicidas. Frente a esta problemática, se han estudiado otras formas de control dentro de las que se incluye la utilización de microorganismos capaces de impedir la infección de B. cinerea sobre cultivos susceptibles, entre los cuales podemos destacar el biocontrolador comercial Serenade, que posee como ingrediente activo la cepa bacteriana Bacillus subtilis QST 713. El objetivo principal de esta tesis fue caracterizar cepas bacterianas silvestres con actividad antifúngica y determinar la capacidad protectora de las bacterias contra el ataque del hongo sobre el vegetal. Se seleccionaron cepas bacterianas silvestres que al ser caracterizadas a nivel filogenético, bioquímico y ultraestructural, fueron clasificadas en el género Bacillus y en las especies B. subtilis y B. pumilus. Luego de evaluar su capacidad antifúngica mediante bioensayos in vitro e in vivo, se seleccionaron las cepas B. subtilis NB y B. pumilus G2, las que fueron capaces de proteger al tejido vegetal de forma más eficiente que el producto comercial Serenade. Posteriormente, se realizó extracción orgánica de las moléculas secretadas por estas bacterias, determinándose preliminarmente su naturaleza y estructura química, utilizando las técnicas TLC, IR, HPLC, LC-MS/MS y GC-MS. Finalmente, con el uso de estas metodologías se pudo demostrar que B. subtilis NB y B. pumilus G2 secretan enzimas que degradan la pared celular fúngica, dipéptidos cíclicos ciclo-(Pro-Leu) y ciclo- (Pro-Phe) y lipopéptidos cíclicos (iturinas, fengicinas y surfactinas). Estas bacterias poseen un gran potencial para controlar infecciones producidas por B. cinerea en las variedades de uva de mesa afectadas por este hongo. Sin embargo, se requieren estudios posteriores que permitan confirmar y ampliar los resultados de esta tesis, antes que se pueda desarrollar un producto comercial / Chile is a leading exporter of table grapes, and this market is an important source of income for the country. However, infection with the fungus Botrytis cinerea, characterized by the rotting of grape flowers, buds, and berries, causes important economic losses. Fungus control includes integrated crop management and preventive chemical fungicide treatments. Despite these practices, overall control is unsatisfactory as fungal strains become increasingly resistant to fungicides. Alternative control methods have been studied, including the use of microorganisms capable of preventing B. cinerea infection on susceptible cultivars. Among these is the commercial biocontrol Serenade, which contains the Bacillus subtilis QST 713 bacterial strain as the main active ingredient. The main objectives of this thesis were to characterize wild bacterial strains with antifungal activity and determine the protective ability of these strains for table grape vines challenged by B. cinerea. Wild bacterial strains were characterized at the phylogenetic, biochemical, and ultrastructural levels and classified in the genus Bacillus and species B. subtilis and B. pumilus. After evaluating antifungal capacities through in vitro and in vivo bioassays, the B. subtilis NB and B. pumilus G2 strains were selected. These strains were able to more efficiently protect plant tissue than the commercial product Serenade. Subsequently, the molecules secreted by these bacteria were organically extracted, and their chemical structures and natures were determined using the techniques TLC, IR, HPLC, LC-MS/MS, and GC-MS. These methodologies revealed that B. subtilis NB and B. pumilus G2 secreted enzymes that degraded the fungal cell wall, the cyclic dipeptides cyclo-(Pro-Leu) and cyclo-(Pro-Phe), and cyclic lipopeptides (iturins, fengycins, and surfactins). These bacteria show promising potential in controlling B. cinerea infections among affected Chilean table grape species. However, further studies are required to expand upon the present results before a product can be developed for commercial use / Proyecto DGT-2014AC

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Botrytis cinerea Pers., [forme imparfaite du Botryotinia fuckeliana (de Bary) Whetzel.] est le champignon ascomycète responsable de la pourriture grise (moisissure grise, pourriture de la grappe) chez des centaines de plantes hôtes au niveau mondial. Il est considéré comme un agent pathogène à haut risque de développement de résistance aux fongicides et s’attaque aux fruits, aux légumes mais, aussi aux plantes ornementales. Afin de lutter contre les maladies causées par B. cinerea, plusieurs familles de fongicides de synthèse sont homologuées au Canada. Un des fongicides récemment introduit et fréquemment utilisé est le boscalide. L’utilisation du boscalide combiné à la pression de sélection a mené au développement de la résistance dans les populations de B. cinerea. La génétique des mécanismes de résistance étant de plus en plus documentée, plusieurs mutations responsables de la résistance au boscalide ont été identifiées sur le gène de la sous-unité B de la succinate déshydrogénase (SdhB). Des substitutions d’acides aminés provoqués par des polymorphismes nucléotidiques (SNP) sont associées à cette résistance. Les mutations les plus fréquentes retrouvées chez les individus résistants sont la substitution d’une histidine par une tyrosine (H272Y), par une arginine (H272R), ou par une leucine (H272L) au codon 272 de la sous-unité SdhB. De plus, sur le codon 225, une proline est substituée par une phénylalanine (P225F) et sur le codon 230, une asparagine est substituée par une isoleucine (N230I). Il existe des outils moléculaires pour détecter les mutations H272Y, H272R, H272L, P225F et N230I, mais ils ne permettent pas d’analyses quantitatives et leur précision est limitée. Il devient donc important de développer une méthode efficace permettant de détecter et quantifier simultanément les mutations liées à la résistance au boscalide. L’objectif du travail était donc de développer un nouvel outil de détection et de quantification des mutations reliées à la résistance au boscalide chez B.cinerea. À l’aide d’une banque d’individus de B.cinerea déjà caractérisés pour la présence des cinq mutations (P225F, N230I, H272L, H272Y et H272R) et caractérisés pour la résistance au boscalide, un nouvel essai de pyroséquençage a été mis au point sur plateforme PyroMark Q24 (Qiagen). L’utilisation du PyroMark Q24 comme outil de détection et de quantification de cinq mutations reliées à la résistance au boscalide a permis de repousser les limites des techniques existantes. La technique est basée sur le séquençage par synthèse générant des données quantitatives avec une précision de 5%. Les résultats ont démontré une relation linéaire (R[indice supérieur 2]=0,99) entre les ratios (0% à 100%) de spores d'individus résistants et sensibles connus et prédit avec le PyroMark Q24. Le pyroséquençage est une technologie prometteuse puisqu’elle favorisera l’étude populationnelle en offrant la possibilité de combiner les échantillons et permettra ainsi d'analyser un grand nombre d’échantillons plus rapidement, avec une meilleure précision que les technologies de détection actuelles. La disponibilité d’informations quantitatives sur la proportion de chacune des mutations présentes dans une population permettra l’amélioration de la compréhension et de la gestion face à la résistance aux fongicides au sein de la communauté agricole.

Jaburetox é um peptídeo recombinante (~11 kDa) derivado de uma das isoformas de ureases da planta Canavalia ensiformis, popularmente conhecida como feijão-de-porco. O peptídeo induz efeitos variados em diferentes ordens de insetos, incluindo interferência na contração muscular em baratas da espécie Nauphoeta cinerea, ativação do sistema imunitário do vetor da doença de Chagas, Rhodnius prolixus e também, modula a atividade da enzima UDP-N-acetilglicosamina pirofosforilase (UAP) e da óxido nítrico sintase (NOS) no sistema nervoso central de R. prolixus e Triatoma infestans. Além disso, quando injetado, o Jaburetox é letal para ninfas de R. prolixus e insetos adultos de T. infestans. No presente trabalho foi avaliado o efeito inseticida do Jaburetox em baratas adultas da espécie N. cinerea, assim como, exploramos os efeitos induzidos pelo peptídeo no sistema nervoso central, focando na atividade enzimática das enzimas UAP, NOS, fosfatases ácidas (ACP) e acetilcolinesterase (AChE). Os ensaios enzimáticos foram realizados após tratamentos in vivo e in vitro com o Jaburetox, utilizando homogenatos de sistema nervoso central. Técnicas espectrofotométricas foram utilizadas para mensurar a atividade enzimática e a expressão proteica foi avaliada através de Western blot. Para o ensaio inseticida, Jaburetox foi administrado via oral e via injeção no inseto, utilizando uma dose de 50 μg de Jaburetox por g de inseto, ou o mesmo volume de tampão como controle. Em N. cinerea, ambos os tratamentos, in vivo e in vitro, inibiram parcialmente a atividade da NOS, sem modificar os níveis proteicos da mesma. Nenhuma alteração foi observada nos níveis da ACP após tratamentos com Jaburetox. A enzima UAP apresentou diminuição da atividade após 18 h de tratamento in vivo com o Jaburetox. Além disso, em todos os tratamentos in vivo com o peptídeo foi observado um aumento da atividade da AChE, sugerindo um possível mecanismo de resposta aos inseticidas. Contudo, mesmo após injeção e ingestão de Jaburetox as baratas adultas não tiveram taxas de mortalidade significativas, indicando resistência ao efeito inseticida do peptídeo. Em suma nossos resultados sugerem que o Jaburetox afeta as vias nitrinérgica, assim com a atividade da UAP e da AChE na barata. O fato do peptídeo afetar diferentemente as atividades enzimáticas dos R. prolixus e da N. cinerea podem explicar o porquê as baratas não são susceptíveis ao Jaburetox. / Jaburetox is a recombinant peptide (~11 kDa) derived from one of the Canavalia ensiformis (Jack bean) urease isoforms. The peptide induces several effects on insects of different orders, including the interference on muscle twitch tension in the cockroach Nauphoeta cinerea, the activation of the immune system in the Chagas’ disease vector Rhodnius prolixus, and the modulation of the enzyme activities of the UDP-N-acetylglucosamine pyrophosphorylase (UAP) and nitric oxide synthase (NOS) in the central nervous system of R. prolixus and the related triatomine Triatoma infestans. Moreover, when injected, the peptide is lethal for R. prolixus nymphs and T. infestans adults. Here, we evaluated the insecticidal effect of Jaburetox on N. cinerea adult cockroaches and explored the effects induced by Jaburetox on the central nervous system, focusing on the enzymatic activities of UAP, NOS, acid phosphatases (ACP), and acetylcholinesterase (AChE). The enzymatic experiments were performed after in vitro and in vivo treatments with Jaburetox using central nervous system homogenates from adult cockroaches. Spectrophotometric assays were employed to measure the enzyme activities and the protein expression of UAP and NOS was evaluated by Western blot. The insecticidal assay was conducted by injection and ingestion of 50 μg of Jaburetox per g of insect or the same volume of buffer for the controls. In N. cinerea, both in vivo and in vitro treatments with the peptide partially inhibited the activity of NOS, without modifying the protein levels. No alterations on ACP activity were observed upon Jaburetox treatment. In addition, the enzyme activity of UAP only had its activity affected at 18 h after injection. The peptide increased the AChE activity, suggesting a possible mechanism involved in overcoming the toxic effects of the insecticide. Moreover, the cockroaches did not die after Jaburetox injection and ingestion, indicating resistance to the toxic action of the peptide. Taken together, our findings indicate that Jaburetox alters the nitrinergic signaling as well as the AChE and UAP activities. The fact that Jaburetox affects differently the enzyme activities in R. prolixus and N. cinerea may explain why the cockroach is not susceptible to the lethal effect of the peptide.

Ureases, enzimas que catalisam a hidrólise da ureia formando amônia e dióxido de carbono, são sintetizadas por plantas, fungos e bactérias. A espécie leguminosa Canavalia ensiformis, conhecida em inglês como Jack Bean, produz diferentes isoformas de ureases, sendo a chamada Jack Bean Urease (JBU) a isoforma majoritária. Ureases possuem atividade inseticida já comprovada para diferentes espécies de insetos e um dos seus efeitos no animal é o bloqueio neuromuscular. O objetivo deste trabalho foi compreender o mecanismo de ação responsável pela atividade neurotóxica da JBU e pelo bloqueio neuromuscular em insetos. A injeção de JBU em baratas (Nauphoeta cinerea), apesar de não letal, induziu uma inibição da enzima acetilcolinesterase no SNC. A urease, assim como a acetilcolina ou o anticolinérgico neostigmina, também induziu um aumento no ritmo cardíaco das baratas. Insetos tratados com JBU tiveram um aumento no tempo de grooming, efeito comportamental este mimetizado com o tratamento por octopamina. Os resultados acima citados indicam um efeito da JBU no SNC do animal, interferindo com a neurotransmissão colinérgica e octopaminérgica e, possivelmente, também GABAérgica. A atividade de JBU sobre o sistema neuromuscular de insetos também foi estudada através de registros eletrofisiológicos do potencial de ação neural, muscular e de placa motora. Em preparação de músculo tarsal de gafanhoto (Locusta migratoria), a urease reduziu a amplitude do potencial de ação evocado; entretanto quando aplicada diretamente no músculo oviductal isolado, a JBU não alterou a resposta contrátil. Em preparações de placa motora de larvas da mosca-da-fruta Drosophila melanogaster, a urease aumentou a amplitude dos potenciais excitatórios pós-sinápticos (EJPs) e a frequência dos eventos miniaturas (mEJPs). O efeito da JBU sobre a junção neuromuscular de insetos foi reduzido conforme a concentração de cálcio no meio extracelular também foi reduzida e completamente revertido quando o cálcio foi removido do meio (presença de EGTA e cloreto de Co2+), indicando que a mobilidade de íons de cálcio possui um papel importante na toxicidade induzida por JBU no inseto. Experimentos de imagem de cálcio em gânglios de N. cinerea confirmaram um maior influxo de cálcio no neurônio na presença de JBU, indicando que mobilidade do cálcio através da membrana foi alterada. Os resultados obtidos confirmam que a urease induz neurotoxicidade em insetos tanto a nível central como periférico, atuando sobre os gânglios do cordão nervoso, sobre neurônios aferentes e sobre o terminal pré-sináptico de neurônios motores. A neurotoxicidade induzida por JBU aparenta ser dependente do influxo de íons de cálcio no neurônio. / Ureases, enzymes that catalyse the hydrolysis of urea into ammonia and carbon dioxide, are synthesized by plants, fungi and bacteria. The legume Canavalia ensiformis, known as jack bean, produces different isoforms of ureases, being the jack bean urease (JBU) its major isoform. Ureases have insecticidal activity against different insect species and one of effects induced by JBU is a neuromuscular blockage. The aim of this work is to further understand the mechanism of action behind this blockage. The injection of JBU into cockroaches (Nauphoeta cinerea), despite not lethal, caused inhibition of brain acetylcholinesterase enzyme. Urease, as well as acetylcholine or the anticholinesterase drug neostigmine, induced a positive cardiac chronotropism in cockroaches. Similar to octopamine, JBU induced an increase in the time spent on grooming behaviour. These results indicate that JBU may act on the central nervous system of the animal by interfering with neurotransmission, more specifically on the cholinergic, octopaminergic and, possibly, GABAergic pathways. The activity of JBU on the neuromuscular junction of insects was studied through electrophysiological recordings. On the tarsus muscle of locust (Locusta migratoria), JBU reduced the amplitude of evoked muscle potentials, but did not alter the contractile response when applied to the oviduct muscle isolated. When applied on the end-plate of flies (Drosophila melanogaster) JBU led to an increase in the amplitude of Excitatory Junctional Potentials (EJPs), as well as to higher frequency of miniature Excitatory Junctional Potentials (mEJPs). JBU’s effect on the neuromuscular junction was reduced when the extracellular calcium concentrations decreased, and it was completely reversed when in calcium free preparations (in the presence of EGTA and Cobalt chloride), indicating that calcium mobility may play an important role in JBU-induced toxicity. Calcium imaging of cockroach ganglions revealed increased calcium influx upon exposition to JBU. These results indicate that JBU induces a central and peripheral neurotoxicity in insects, by interfering on neurotransmitters release or signalling in the ventral nerve cord, in the afferent neurons and in the motor neurons. Moreover, JBU-induced neurotoxicity depends on the influx of calcium ions into the neurons.

Reproduction de : Thèse doctorat : Biologie et physiologie végétales : Reims : 2008. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p.101-124.

Reproduction de : Thèse doctorat : Biologie et physiologie végétales : Reims : 2007. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. f. 123-154.

Thesis (Ph. D.)--University of Adelaide, 1984. / Includes bibliographical references (leaves 193-224).

Thesis (Ph. D.)--Oregon State University, 2009. / Printout. Includes bibliographical references (leaves 115-135). Also available on the World Wide Web.

University, Diss., 2003--Bonn.