FRANCYS MARA FERREIRA VILELLA CARACTERIZAÇÃO DE POPULAÇÕES DE Elasmopalpus lignosellus E Spodoptera frugiperda POR MARCADORES MOLECULARES E SUSCEPTIBILIDADE DESSAS ESPÉCIES ÀS TOXINAS BT E MILHO TRANSGÊNICO Tese apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Programa de Pós- Graduação em Entomologia, para obtenção do título de Doctor Scientiae. BRASIL VIÇOSA – MINAS GERAIS 2001 FRANCYS MARA FERREIRA VILELLA CARACTERIZAÇÃO DE POPULAÇÕES DE Elasmopalpus lignosellus E Spodoptera frugiperda POR MARCADORES MOLECULARES E SUSCEPTIBILIDADE DESSAS ESPÉCIES ÀS TOXINAS BT E MILHO TRANSGÊNICO Tese apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Programa de Pós- Graduação em Entomologia, para obtenção do título de Doctor Scientiae. Defendida em 31 de a gosto de 2001. ____________________________ ___________________________ José Henrique Schoereder José Cola Zanucio ____________________________ ___________________________ Jorge Abdala Dergan dos Santos José Magid Waquil (Conselheiro) (Conselheiro) ____________________________ Evaldo Ferreira Vilela (Orientador) 2 Ao meu Lineu E a minha mãe Dedico. 3 AGRADECIMENTO À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), ao Conselho Nacional de Pesquisa (CNPq), à University of Nebraska- Lincoln e à Universidade Federal de Viçosa pela oportunidade e pelo apoio financeiro. Ao meu “pai” Evaldo Ferreira Vilela pelos ensinamentos e pela forma objetiva de ver a ciência e a vida e, principalmente, por ser o exemplo que sempre guiou os meus passos. Ao Dr. José Magid Waquil pelos conselhos, pela amizade e carinho durante a jornada em Lincoln, USA, e pela oportunidade que deu origem a este estudo. Ao Dr. Jorge Abdala Dergam dos Santos pela amizade, pelo carinho e pelos ensinamentos. Aos Drs. José Henrique Schoereder e José Cola Zanuncio pelas valiosas sugestões. Ao Dr. John E. Foster por ter me aceitado em seu laboratório e pela oportunidade de vivenciar uma experiência fora do meu país. Aos amigos de Lincoln por todo o carinho e pela força na dura jornada nos “States”. 4 Ao Waquil, Ângela, Samira e Matheus por me aceitarem como parte da família e pelas madrugadas e fins de semana de trabalho e de “buraco”. Ao Prof. Everaldo de Barros por permitir minha estadia em seu laboratório e a todos os amigos do laboratório de sequenciamento (Valéria, Marta, Jay, Abelmon, Márcio, Francismar, Cinthya e Ricardo) pelo precioso tempo gasto e à Leela pela ajuda durante a minha estadia em Lincoln, USA. Ao Lineu, por sempre estar ao meu lado e por ter aceitado por seus os meus sonhos. À minha mãe e aos meus tios por suportarem a saudade na minha ausência. À Da. Paula pela ajuda com a burocracia e pela paciência. A todos os meus amigos e colegas da Entomologia pelo incentivo constante. À todas as pessoas que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho. 5 BIOGRAFIA Francys Mara Ferreira Vilella, formou-se em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG em fevereiro de 1995. Em março do mesmo ano iniciou o curso de Mestrado em Microbiologia Agrícola, na mesma Instituição, concluindo-o em agosto de 1997 e, imediatamente, iniciou o curso de Doutorado em Entomologia na mesma Instituição, participando do Programa de Doutorado com Estágio no Exterior (PDEE/CAPES) na University of Nebraska- Lincoln, Nebraska, USA. 6 ÍNDICE Página RESUMO ............................................................................................... viii ABSTRACT............................................................................................. x INTRODUÇÃO....................................................................................... 1 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................... 10 MITOCHONDRIAL DNA VARIATION WITHIN LESSER CORNSTALK BORER (LEPIDOPTERA: PYRALIDAE) POPULATIONS ...................................................................................... 14 ABSTRACT............................................................................................. 15 RESUMO ................................................................................................. 15 INTRODUCTION.................................................................................... 16 MATERIAL AND METHODS................................................................ 18 RESULTS AND DISCUSSION........................................................................ 20 REFERENCES......................................................................................... 23 EVALUATION OF BT TRANSGENIC MAIZE FOR LESSER CORNSTALK BORER (LEPIDOPTERA: PYRALIDAE) 32 RESISTANCE ......................................................................................... ABSTRACT............................................................................................. 33 RESUMO ................................................................................................. 33 INTRODUCTION.................................................................................... 34 MATERIAL AND METHODS................................................................ 35 7 RESULTS AND DISCUSSION........................................................................ 36 REFERENCES......................................................................................... 39 SELECTION OF FALL ARM YWORM, SPODOPTERA FRUGIPERDA (LEPIDOPTERA: NOCTUIDAE) FOR SURVIVAL TO THE CRY 1A(B) BT TOXIN AND SCREENING IN GENETIC DIFERENCES BETWEEN FAW SUSCEPTIBLE AND SURVIVOUR ................................................................. 46 ABSTRACT............................................................................................. 47 RESUMO ................................................................................................. 47 INTRODUCTION.................................................................................... 48 MATERIAL AND METHODS................................................................ 50 RESULTS AND DISCUSSION........................................................................ 53 REFERENCES......................................................................................... 55 8 RESUMO VILELLA, Francys Mara Ferreira. D.S., Universidade Federal de Viçosa, agosto de 2001. Caracterização de populações de Elasmopalpus lignosellus e Spodoptera frugiperda por marcadores moleculares e susceptibilidade dessas espécies às toxinas Bt e milho transgênico. Orientador: Evaldo Ferreira Vilela. Conselheiros: José Magid Waquil e Jorge Abdala Dergam Dos Santos. A lagarta elasmo, Elasmopalpus lignosellus (Lepidoptera: Pyralidae), e a lagarta do cartucho, Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae), são pragas relevantes, particularmente da cultura de milho. O presente estudo objetivou estudar regiões do DNA de E. lignosellus e avaliar milhos transgênicos, expressando as toxinas Cry 1 A(b), Cry 9C e Cry 1F, como potencial de controle desta lagarta, além de estudos de tolerância às toxinas de Cry 1 A(b) em S. frugiperda avaliando a herdabilidade desta tolerância e diferenciação, por marcadores AFLP, das populações de S. frugiperda que apresentaram tolerância e susceptibilidade à toxina avaliada. É possível diferenciar as populações brasileira e americana de E. lignosellus com PCR-RFLP e sequenciamento do gene mitocondrial COI. Milhos Bt, expressando as toxinas Cry 1 A(b), Cry 9C e Cry 1F, estão protegidos contra o ataque da lagarta elasmo. S. frugiperda mostrou aumento na tolerância à toxina Cry 1A(b) após seleção por quatro gerações e registrou-se um componente hereditário 9 nesse fenômeno. Os dados de AFLP mostram haver diferença entre as populações tolerantes e susceptíveis. 10 ABSTRACT Vilella, Francys Mara Ferreira. D.S. Universidade Federal de Viçosa, 2001, August. Population studies and evaluation of Bt transgenic maize for LCB resistance, and selection of FAW for survival on the Cry 1A(b) toxin. Advisor: Evaldo Ferreira Vilela. Committee Members: José Magid Waquil e Jorge Abdala Dergan dos Santos. The lesser cornstalk borer (LCB), Elasmopalpus lignosellus (Lepidoptera: Pyralidae) and the fall armyworm (FAW), Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) are important insect pest. To contribute to managing programs of these insects we propose to study mtDNA region in LCB allowing differentiation on populations from Brazil and USA, and evaluate the efficiency of Bt corn to control this pest. Also, to determine the FAW tolerance to Cry1A(b) toxin and to study the genetic polymorphism of survival of fall armyworm using AFLP technique. The results show that is possible to distinguish LCB populations from Brazil and USA using COI mitochondrial gene by PCR-RFLP and sequencing, and that Bt transgenic maize were able to protect the plants against LCSB damage. Increased tolerance to Cry 1A(b) protein was found in populations of fall armyworm after selection for four generations with Cry 1A(b)toxin. Tolerance of FAW to Cry1 A(b) had a heritage component in the studied generations. The following work, also, describes efforts to detect genetic polymorphisms between survivors. 11 INTRODUÇÃO A lagarta-elasmo, Elasmopalpus lignosellus (Zeller) (Lepidoptera: Pyralidae) e a lagarta-do-cartucho, Spodoptera frugiperda (Smith) (Lepidoptera: Noctuidae), são pragas importantes, particularmente da cultura de milho. Populações de E. lignosellus com resposta contrastantes de machos para armadilhas de feromônio e de S. frugiperda para resistência à toxina CRY 1A(b) do Bacillus thuringiensis foram submetidas