The event TC1507 maize with cry1F gene from the bacterium Bacillus thuringiensis Berliner (Bt) was approved for commercial release in Brazil in 2008. The evolution of pest resistance to Bt plants has been a great concern to preserve the lifetime of this technology. Therefore, in this study we assess the risk of evolution of resistance to Cry1F protein in Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) populations from major maize-growing regions in Brazil. The baseline susceptibility to Cry1F was detemined with diet overlay bioassay for susceptible reference population and four field populations of S. frugiperda. Then, we monitored 43 populations of S. frugiperda sampled in nine different States of Brazil during 2010/2011, 2011/2012 and 2012/2013 crop seasons. Only 4-fold variation in susceptibility to Cry1F was detected among S. frugiperda from field populations in the baseline susceptibility study. Diagnostic concentration of 2,000 ng cm-2 was defined for monitoring the susceptibility to Cry1F in S. frugiperda populations. Survival at 2,000 ng cm-2 of Cry1F protein increased significantly throughout crop seasons in populations from São Paulo, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Bahia, Mato Grosso, Goiás, Mato Grosso do Sul, and Paraná, but not in Minas Gerais. We also sampled a population of S. frugiperda in TC1507 field failures in Bahia in October, 2011. This population was selected in laboratory with Cry1F protein up to 20,000 ng cm-2 and the resistance ratio of the selected resistant population (BA25R) was > 5,000-fold. This resistant population was able to survive in Cry1F maize from neonate till pupa and produce normal adult. The inheritance of S. frugiperda resistance to Cry1F protein was autosomal. To test the functional dominance, neonate larvae obtained from the cross of resistant and susceptible populations were tested in leaf bioassay, and around 8% of heterozygotes were able to survive and complete the larval development and produce normal adults on TC1507 leaves while susceptible larvae could not survive for up to five days after infestation. Dominance was estimated to be 0.15 ± 0.09, suggesting that resistance to Cry1F in TC1507 maize was incompletely recessive. We also conducted resistance selection studies in other seven S. frugiperda populations from six different Brazilian states to test whether the resistance alleles were at same locus or not. The F1 larvae obtained from the cross between resistant population (BA25R) and each of the seven selected resistant populations were able to survive at 2,000 ng cm-2 of Cry1F protein in diet bioassay, and therefore they shared the same locus of resistance to Cry1F protein. We estimated the frequency of resistance allele to Cry1F protein in populations of S. frugiperda of main crop season 2011/2012 from five states. We stablished 517 isofemale lines using F2 screen method. The total frequency of Cry1F resistance allele in Brazil was 0.088 with 95% confidence interval between 0.077 and 0.100. Based on results obtained in this study, the risk of resistance evolution to Cry1F protein by S. frugiperda is high in Brazil. / O evento de milho TC1507 com gene cry1F da bactéria Bacillus thuringiensis Berliner foi aprovado comercialmente no Brasil em 2008. A evolução da resistência de pragas a plantas Bt tem sido uma grande preocupação na preservação desta tecnologia. Portanto, neste estudo foi avaliado o risco de evolução da resistência à proteína Cry1F em populações de Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) das principais regiões de cultivo de milho no Brasil. A linha-básica de suscetibilidade à proteina Cry1F foi determinada em bioensaio de aplicação superfícial na dieta para a população suscetível de referência e quatro populações de campo de S. frugiperda. Posteriormente, a suscetibilidade a Cry1F foi monitorada em 43 populações de S. frugiperda coletadas em nove Estados do Brasil nas safras agrícolas de 2010/2011, 2011/2012 e 2012/2013. A variação na suscetibilidade foi de apenas quatro vezes para Cry1F entre as populações de campo na linha-básica de suscetibilidade. A concentração diagnóstica de 2.000 ng cm-2 de proteína Cry1F foi definida para o monitoramento da suscetibilidade. A sobrevivência em 2.000 ng cm-2 de proteína Cry1F aumentou significativamente no decorrer das safras em populações de São Paulo, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Bahia, Mato Grosso, Goiás, Mato Grosso do Sul e Paraná, mas não em Minas Gerais. Além disso, uma população de S. frugiperda foi coletada em milho TC1507 com falha de controle na Bahia em outubro de 2011. Esta população foi selecionada no laboratório com a proteína Cry1F até 20.000 ng cm-2, obtendo-se uma população resistente (BA25R) com razão de resistência >5000 vezes. Esta população resistente foi capaz de sobreviver no milho TC1507 desde larva neonata até a fase de pupa e com emergência de adultos normais. O padrão de herança da resistência de S. frugiperda a Cry1F foi autossômica. Para testar a dominância funcional, as larvas neonatas do cruzamento entre a população resistente e suscetível foram testadas em folhas do evento TC1507 e cerca de 8% dos heterozigotos foram capazes de sobreviver, completar o desenvolvimento e produzir adultos normais, enquanto as larvas da linhagem suscetível não sobreviveram por mais de cinco dias após a infestação. A dominância foi estimada em 0,15 ± 0,09; portanto, a resistência à proteína Cry1F no milho TC1507 foi incompletamente recessiva. A resistência foi selecionada para outras sete populações de seis Estados brasileiros para testar se os alelos de resistência estavam no mesmo locus. As larvas F1 obtidas do cruzamento entre a população resistente (BA25R) e cada uma das sete populações selecionadas sobreviveram na concentração de 2,000 ng cm-2 de proteína Cry1F e, portanto, essas populações compartilharam o mesmo locus de resistência à proteína Cry1F. A freqüência do alelo resistente à proteína Cry1F foi estimada em populações de S. frugiperda coletadas em cinco Estados na safra 2011/2012. Foram estabelecidas 517 isolinhas utilizando o método de \"F2 screen\". A freqüência total do alelo de resistência à proteína Cry1F no Brasil foi de 0,088, com intervalo de confiança de 95% entre 0,077 e 0,100. Com base nos resultados, o risco de evolução da resistência à proteína Cry1F por S. frugiperda é elevada no Brasil.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-04022014-150013 |
| Date | 24 January 2014 |
| Creators | Farias, Juliano Ricardo |
| Contributors | Omoto, Celso |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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