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Previous issue date: 2012-02-29 / Universidade Federal de Minas Gerais / The sugarcane weevil, Sphenophorus levis, is an insect that feeds on the rhizome of sugarcane in its larval stage, boring channels that cause damage and death to the plant. Conventional methods of insect control have not been efficient. The aim of the present study was to generate knowledge on the biology of this insect on the molecular level using a transcriptomic approach to determine potential targets genes for the engineering of insect-resistant plants. After sequence processing and assembly using the dCAS program, 3804 sequences were grouped into 201 contigs and 1363 singlets, which were manually annotated. Several plant cell wall degrading enzymes were identified, including pectinases and cellulases. An invertasecontaining contig was identified for the first time in a coleopteran. Total probable digestive enzymes accounted for 19.3% and unknown genes accounted for 28.8% of the total number of expressed sequence tags. Considering the predominance of cathepsin L enzymes among the digestive enzymes found in the transcriptome (54.3%) and their importance to the breakdown of proteins in the insect digestive process, a cDNA clone encoding a cathepsin L enzyme, denominated Sl-CathL, was chosen for recombinant expression in Pichia pastoris cells, characterization and in vitro inhibition by the sugarcane cystatin CaneCPI-4 (Ki = 0.196 nM). Immunolocalization assays demonstrated the production of Sl-CathL in the midgut epithelium and secretion into the gut lumen from vesicles containing the enzyme. S. levis demonstrated sensitivity in triggering RNA interference machinery induced by dsRNA injections in the body cavity and gene-specific knockdown was confirmed by qRT-PCR. Larvae injected with V-ATPase E dsRNA died within three weeks after injection and serpin 1-silenced larvae either exhibited delayed development, arresting in the pupal stage, or died as pharate adults. In conclusion, transcriptome analyses, together with the inhibition of the main digestive enzyme by Cane-CPI-4 and gene silencing using RNAi, are promising procedures for the development of transgenic sugarcane plants to enhance resistance to Sphenophorus levis. / O bicudo da cana-de-açúcar, Sphenophorus levis, é um inseto que na fase larval se alimenta do rizoma da cana-de-açúcar cavando galerias que causam danos e levam à morte das plantas. Os métodos convencionais de controle disponíveis não tem sido eficientes contra esse inseto. O objetivo desse estudo foi gerar conhecimento sobre a biologia desse inseto em nível molecular utilizando uma abordagem transcriptômica para a identificação de possíveis genes alvo, visando futuros estudos para desenvolvimento de plantas transgênicas resistentes ao ataque deste inseto. Após o processamento e montagem das sequências utilizando o programa dCAS, 3804 sequências foram agrupadas em 201 contigs e 1363 singlets, os quais foram manualmente anotados. Foram identificados diversos genes de degradação de parede celular, incluindo pectinases e celulases. Pela primeira vez um contig contendo uma sequência que codifica uma invertase foi identificado em um coleóptero. As prováveis enzimas digestivas totalizam 19,3% e os genes desconhecidos representam 28,8% do total de sequências expressas. Considerando a predominância de catepsinas L dentre as enzimas digestivas identificadas no transcriptoma (54,3%) e a sua importância para a hidrólise de proteínas nos processos digestivos, um clone de cDNA codificando uma catepsina L, denominado Sl-CathL, foi escolhido para a expressão recombinante em células de Pichia pastoris, caracterização e inibição in vitro utilizando a cistatina da cana-de-açúcar CaneCPI-4 (Ki = 0,196 nM). Os ensaios de imunolocalização evidenciaram a produção da Sl-CathL no epitélio do intestino médio e a secreção de vesículas, contendo a enzima, no lúmen do intestino. Larvas do inseto S. levis também apresentaram sensibilidade para disparar a maquinaria de RNA de interferência induzida por injeções de dsRNA na cavidade corpórea e o silenciamento gênico específico foi confirmado por qRT-PCR. As larvas que receberam injeções com dsRNA da V-ATPase E morreram dentro de três semanas, enquanto as larvas que tiveram a serpina 1 silenciada exibiram atraso no desenvolvimento, aprisionamento na fase pupal, ou morreram como adultos farados. Desse modo, concluímos neste trabalho iniciado a partir da análise do transcriptoma, que a inibição da principal enzima digestiva pela Cane-CPI-4 e o silenciamento gênico via RNAi são alternativas promissoras para o estabelecimento de plantas resistentes ao inseto e podem ser aplicadas no desenvolvimento de plantas de cana-de-açúcar transgênicas com o objetivo de aumentar sua resistência ao Sphenophorus levis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/5410 |
| Date | 29 February 2012 |
| Creators | Paula, Fernando Fonseca Pereira de |
| Contributors | Silva, Flávio Henrique da |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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