Pesquisadores identificaram dois genes envolvidos na regeneração do intestino médio da lagarta-do-cartucho (Spodoptera frugiperda) cuja supressão aumenta a suscetibilidade do inseto à proteína inseticida Cry1Fa, produzida pela bactéria Bacillus thuringiensis (Bt). O silenciamento dos genes SfEgfr e SfStmn4 elevou a mortalidade corrigida das lagartas de 18,8% para 64% e 50%, respectivamente. Os resultados indicam uma possível estratégia para ampliar a eficácia de proteínas Bt no manejo de lepidópteros.
O estudo reuniu cientistas da Academia Chinesa de Ciências Agrícolas, da Universidade Agrícola de Huazhong e do Conselho de Pesquisa Agrícola da África do Sul. A equipe investigou mecanismos celulares envolvidos na recuperação do epitélio intestinal após a exposição à Cry1Fa. Essa capacidade regenerativa contribui para a tolerância dos insetos às proteínas inseticidas e pode comprometer a eficiência do controle.
As proteínas Cry atuam principalmente no intestino médio das lagartas. Após a ingestão, ligam-se às células epiteliais e provocam danos às membranas celulares. A ação compromete a integridade do tecido e pode provocar a morte do inseto. Entretanto, mecanismos de defesa estimulam a proliferação de células-tronco intestinais e a reposição das células danificadas.
A pesquisa concentrou-se em dois genes associados à proliferação celular. O SfEgfr codifica um receptor do fator de crescimento epidérmico, relacionado à sinalização responsável pela divisão celular. O SfStmn4 codifica uma proteína da família das estatminas, envolvida na regulação dos microtúbulos e na progressão do ciclo celular.
Os cientistas verificaram aumento significativo da expressão dos dois genes após a exposição das lagartas a uma concentração subletal de Cry1Fa. A resposta começou a aparecer após 12 horas e atingiu os maiores níveis em 24 horas. Depois do pico, a expressão de SfEgfr recuou levemente, mas seguiu acima do controle, e a de SfStmn4 permaneceu mais de duas vezes superior.
A análise dos tecidos revelou maior expressão de SfEgfr na epiderme e no intestino médio. O SfStmn4 apresentou sua maior expressão no intestino médio. Os dois genes também registraram atividade relativamente elevada durante os estágios larvais. O SfEgfr atingiu seu pico no quarto ínstar, com queda gradual no quinto e sexto ínstares, nas pupas e nos adultos. O SfStmn4 seguiu padrão semelhante, porém com aumento larval menos acentuado.
Interferência por RNA
Para investigar a função dos genes, os pesquisadores utilizaram interferência por RNA (RNAi). A técnica emprega moléculas de RNA de fita dupla (dsRNA) para reduzir a expressão de genes específicos.
A aplicação oral dessa tecnologia enfrenta dificuldades em lepidópteros. O ambiente intestinal pode degradar as moléculas de RNA antes de sua ação sobre as células-alvo. A eficiência também depende da concentração, do período de exposição e do método de produção do dsRNA.
A equipe comparou três métodos de obtenção dessas moléculas: transcrição in vitro, produção em bactérias Escherichia coli e extração do RNA produzido pelas bactérias. Os pesquisadores também avaliaram o uso de um nanomaterial denominado policátion estrelado (SPc), empregado para encapsular o dsRNA e favorecer sua entrega.
A transcrição in vitro apresentou os melhores resultados. Sem encapsulamento, o silenciamento atingiu 66,3% para SfEgfr e 64,4% para SfStmn4. Com SPc, os índices aumentaram para 77,8% e 75,5%, respectivamente.
Os experimentos também identificaram as condições mais eficientes para a interferência gênica. A concentração de 25 microgramas de dsRNA por grama de dieta, durante 48 horas, proporcionou aproximadamente 80% de redução da expressão dos genes. A concentração de 50 microgramas por grama apresentou desempenho semelhante, mas os pesquisadores escolheram a dose menor considerando a eficiência e os custos.
Mortalidade aumenta após silenciamento
Os ensaios compararam duas estratégias de tratamento. Na primeira, as lagartas receberam o dsRNA durante 48 horas e, posteriormente, foram expostas à Cry1Fa. Na segunda, receberam simultaneamente o dsRNA e a proteína inseticida.
O tratamento sequencial apresentou maior eficiência. Após sete dias de exposição à Cry1Fa, a mortalidade corrigida aumentou de 18,8% no controle para 64% com o silenciamento de SfEgfr. A supressão de SfStmn4 elevou a mortalidade para 50%. A interferência simultânea nos dois genes resultou em mortalidade de 68%, sem demonstrar benefício adicional expressivo em relação ao silenciamento individual de SfEgfr.
Na aplicação simultânea de dsRNA e Cry1Fa, a mortalidade corrigida passou de 26,2% para 46,2% com a supressão de SfEgfr e para 38,5% com a supressão de SfStmn4. Entretanto, somente o primeiro resultado apresentou diferença estatisticamente significativa em relação ao controle.
Os tratamentos exclusivamente com dsRNA não provocaram aumento significativo da mortalidade. Esse resultado indica uma ação associada à maior suscetibilidade à proteína Cry1Fa, e não à toxicidade direta do silenciamento nas condições avaliadas.
Regeneração intestinal comprometida
Os pesquisadores também avaliaram o crescimento das lagartas e a atividade proliferativa das células intestinais. A exposição à Cry1Fa reduziu o comprimento corporal dos insetos sobreviventes. O silenciamento de SfEgfr ou SfStmn4 intensificou essa redução.
Para investigar a regeneração intestinal, a equipe mediu os níveis de histona H3 fosforilada (PH3), marcador utilizado para identificar atividade mitótica. A exposição à Cry1Fa durante 36 horas aumentou os níveis dessa proteína, indicando estímulo à proliferação celular no intestino médio.
Entretanto, o silenciamento de SfEgfr ou SfStmn4 suprimiu essa resposta. Os resultados indicam participação dos dois genes no processo de proliferação celular desencadeado pelos danos provocados pela proteína inseticida.
Segundo os pesquisadores, a redução da capacidade regenerativa compromete a recuperação do epitélio intestinal e aumenta a suscetibilidade das lagartas à Cry1Fa.
O estudo apresenta uma abordagem molecular para potencializar o controle de Spodoptera frugiperda, praga de culturas como milho, arroz e trigo. Os resultados decorrem de experimentos laboratoriais e ainda não demonstram eficácia em condições de campo. A pesquisa também não comprova reversão de resistência genética à Cry1Fa, mas identifica mecanismos de defesa celular passíveis de exploração em futuras estratégias de manejo (doi 10.1127/entomologia/4909).
