Currently, we observe a growing number of researches that seek to unravel the causes, effects and possible biotechnological uses of the rhizosphere microbiota communities modulation in the complex interactions between plants and soil. We also know that the attack of herbivorous insects is a factor of considerable damage to agriculture and that has well established evolutionary relationships in natural systems. The present work tried to test some hypotheses about the direct connection between the rhizosphere microbiota and the insect pest attack. Beginning from the point that plants have well- established defense mechanisms against insects, it was verified that the rhizosphere microbiota seems to contribute actively to this system and thus to establish holobionte relationships. We had broad access to communities of the fungi and bacterial domain, through the new generation sequencing for rRNA 16S gene, region V3, and intergenic region ITS amplicons on soil, semi-soil and, insect gut samples from pest insects with general behavior (Order: Lepidoptera). Our results from the data analysis to Illumina Miseq sequencing outputs and, additional experiments, resulted in three articles presented here in chapters. In the first chapter, we discuss the modulating effect from the pest insect attack (Spodoptera frugiperda), on the Arabidopsis thaliana microbiota rhizosphere, for different physiological plant\'s stages. As a result, it was possible to discuss the differences between the modulation in the structure of bacterial communities and the modulation in the structure of the fungal communities after the attack of herbivorous insects. In the second chapter, we highlight the difference in the modulation of the bacterial community structure for different plant families. We used seedlings of Arabidopsis thaliana, Zea mays Sh2, Faseolus vulgaris, Solano lycopersicum and, Beta vulgaris exposed to the attack of Trichoplusia ni for one week. The rhizosphere microbiota analysis for each host plant groups, suggests that the influence of the plant species should be considered on the bacteria rhizosphere communities modulation after the insect attack. Besides, specific plant species may be less susceptible to rhizosphere modulation by insect attack. Another highlight was the microbiota rhizosphere effect in the biomass loss for plants sown on transplanted semi-soil. Based on the phenotypic data, we suggest the rhizosphere microbiota modulation after the herbivore may be involved in the plant biomass inhibition on the next seedlings generation. Finally, in the third chapter, we explore the Trichoplusia ni gut microbiota modulation through the microbial load obtained in the restricted feeding. The T. ni larvae from the same original population were divided into three populations. Each population was fed individually and restrictively with leaves of A. thaliana, S. lycopersicum or artificial caloric diet. We accessed the gut microbiota in T. ni after three generations of restricted feeding, and we verified that the gut microbiota in caterpillars of general behavior, could be altered due the obtaining of microbial load through alimentary diet. This modulation may be related to the degradation of metabolites that may be harmful to insect homeostasis. The gut microbiota of each population can also directly influence the food preferences of successive generations. In summary, all our results presented in each one of the chapters are important points that can help to clarify the complex relationships between plants/insects/microorganisms and, contributing to a better understanding of this holobiont system. / Atualmente observamos um crescente número de pesquisas que buscam desvendar as causas, os efeitos e as possíveis utilizações biotecnológicas da modulação de comunidades da microbiota de rizosfera nas interações complexas entre plantas e solo. Sabemos também que o ataque de insetos herbívoros é um fator de considerável prejuízo para a agricultura e que tem relações evolutivas bem estabelecidas em sistemas naturais. O presente trabalho procurou testar algumas hipóteses a cerca da relação direta entre a microbiota de rizosfera e o ataque de insetos praga. Partindo do ponto de que plantas possuem mecanismos de defesa contra insetos, bem conhecidos, foi verificado que a microbiota de rizosfera parece contribuir ativamente para esse sistema, e assim estabelecer relações holobiontes. Tivemos um profundo acesso á comunidades do domínio bactéria e fungi, através da tecnologia de sequenciamento de nova geração para amplicons do gene RNAr 16S, região V3 e região intergênica ITS em amostras de solo, semi- solo e intestino de insetos praga (Ordem: Lepidoptera) de comportamento generalista. Nossos resultados, resultaram em três artigos aqui apresentados em capítulos. No primeiro capítulo é discutido o efeito modulador da herbívora da praga agrícola Spodoptera frugiperda na microbiota de rizosfera de Arabidopsis thaliana em diferentes estágios fisiológicos da planta. Como resultados foi possível perceber que o efeito na modulação da estrutura de comunidades de bactérias é diferente do efeito na modulação de comunidades de fungos após o ataque de insetos herbívoros. Os efeitos são diferentes tanto em abundância relativa quando na diversidade para cada um dos domínios de microrganismos estudados. No segundo capítulo destacamos a diferença na modulação da estrutura de comunidades de bactérias para diferentes famílias de plantas. Utilizamos mudas de A. thaliana, Zea mays Sh2, Phaseolus vulgaris, Solanum lycopersicum e Beta vulgaris, expostas ao ataque de Trichoplusia ni durante uma semana. As análises da microbiota de rizosfera de cada um dos grupos de plantas hospedeiras, sugere que a influência da espécie vegetal deve ser considerada na modulação das comunidades de bactérias da rizosfera após a herbívora. Adicionalmente, determinadas espécies de plantas podem ser menos susceptíveis a modulação da rizosfera pela herbívora. Outro destaque foi o efeito da modulação da microbiota de rizosfera, na perda de biomassa de plantas semeadas em semi-solo transplantado. Com base nos dados fenotípicos das diferentes espécies de plantas avaliadas, sugerimos que a modulação da microbiota de rizosfera após a herbívora, pode estar envolvida na inibição da produção de biomassa vegetal na geração seguinte de plântulas. Por fim, no terceiro capítulo exploramos a modulação na microbiota no intestino de larvas de Trichoplusia ni através da carga microbiana obtida na alimentação restrita. Larvas T. ni de mesma origem foram divididas em três populações. Cada população foi alimentada de forma específica e restrita com folhas de A. thaliana ou S. lycopersicum ou dieta artificial calórica. Acessamos a microbiota do intestino das larvas, após três gerações de alimentação restrita e verificamos que a microbiota intestinal em lagartas de comportamento generalista, pode ser alterada devido à obtenção de carga microbiana por via alimentar. Essa modulação pode estar relacionada a degradação de metabólitos que podem ser prejudiciais à homeostase dos insetos. A microbiota intestinal de cada população também pode influenciar diretamente as preferências alimentares de gerações sucessivas. Em resumo, todos os nossos resultados, apresentados em cada um dos capítulos a seguir, são chaves no conhecimento e podem ajudar a clarificar as complexas relações entre plantas, insetos e microrganismos. Contribuindo assim para um maior entendimento desse tipo de sistema holobionte.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-26082019-152849 |
| Date | 05 July 2019 |
| Creators | Mondin, Márcia Leite |
| Contributors | Silva Filho, Marcio de Castro |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Reter o conteúdo por motivos de patente, publicação e/ou direitos autoriais. |
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