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Hypothenemus hampei Ferrari (Coleoptera: Curculionidae: Scolytinae) and Leucoptera coffeella Guerin-Meneville (Lepidoptera: Lyonetiidae) are major pests of coffee. Diamides, are a new group of insecticides that activate ryanodine receptors causing muscle contraction, and have been used to control H. hampei and L. coffeella. Bioassay methods need to be standardized for insecticide susceptibility studies on H. hampei with cyantraniliprole and L. coffeella with chlorantraniliprole. Four bioassay methods for H. hampei (topical application with a microsyringe, artificial diet, immersion of green coffee fruits in insecticide solution, and coffee branch bagging) and five for L. coffeella (spraying coffee seedlings, immersion of coffee leaves, immersion of filter paper and topical application with microsyringe were evaluated. The best performing method was selected based on the greater slope (β) of the probit curve, lower LC50, lower natural mortality in the control, and lower variance. The results showed that the best methods for bioassays were the artificial diet for H. hampei and spraying of coffee seedlings for L. coffeella.

Cyantraniliprole was recently registered for controlling the coffee berry borer Hypothenemus hampei, the main coffee pest in the world. In this study, baseline determination and resistance monitoring to cyantraniliprole were carried out in Brazilian populations of H. hampei. Evaluations were carried out for three years with representative field-collected populations from nine coffee-producing states in Brazil, using artificial diet containing the insecticide. The likelihood of control failure due to cyantraniliprole resistance was also determined. Populations from Campo do Meio, Linhares and Jaú were more susceptible (2-fold resistance) to cyantraniliprole than populations from Patrocínio and Londrina (17-fold). Nonetheless, the frequency of cyantraniliprole resistance insects was low and not significant throughout the regions survey and the likelihood of control failure was negligible. Therefore, cyantraniliprole remains an important management tool against the coffee berry borer without current problems of control failure. However, enough field variation in susceptibility to cyantraniliprole exists justifying attention and careful management of this insecticide to prevent quick development of insecticide resistance in populations of this insect pest species.

O controle de pragas e o manejo da resistência a inseticidas são aspectos cruciais para o sucesso da agricultura. Muitos conceitos são de grande importância para estabelecer um programa de manejo da resistência, entre eles o conceito de custo adaptativo. Quando uma população sofre com custo adaptativo relacionado a resistência a um inseticida, o indivíduo resistente tem uma desvantagem em relação ao suscetível quando na ausência da pressão de seleção do inseticida. Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae), é uma praga de difícil controle, devido a sua capacidade de adaptação, alta capacidade reprodutiva e de dispersão além de apresentar inúmeros casos de resistência a inseticidas e plantas Bt, inclusive aos inseticidas do grupo das diamidas. As diamidas são inseticidas seletivos e eficazes em campo, no entanto algumas linhagens resistentes de S. frugiperda já foram selecionadas para diamidas. O custo adaptativo de S. frugiperda resistente a diamidas permanece desconhecido, sendo assim nesta dissertação teve-se por objetivo avaliar o custo adaptativo de S. frugiperda resistente a diamidas, considerando a influência do componente genético das linhagens utilizadas e da fonte alimentar. Inicialmente, foi estabelecido uma linhagem quase-isogênica de S. frugiperda resistente a diamidas (Iso-RR), usando como parentais a linhagem resistente original a clorantraniliprole (RR) e a linhagem suscetível de referência (SS). No capítulo 2 foi determinado o custo adaptativo de S. frugiperda em dois experimentos, um utilizando linhagens de componente genético próximo (Iso-RR e SS) e outro utilizando linhagens de componente genético distante (RR e SS) e no capítulo 3 foi avaliado a influência da planta hospedeira sobre o custo adaptativo da linhagem Iso-RR, sendo utilizado plantas de milho, soja e algodão. Os resultados indicaram que o componente genético das linhagens influencia os resultados de custo adaptativo, pois a linhagem quase- isogênica de S. frugiperda resistente a diamidas não apresentou custo adaptativo, enquanto a linhagem resistente original apresentou um custo adaptativo significativo. Os resultados também indicaram uma influência da fonte alimentar sobre o custo adaptativo, visto que a linhagem quase-isogênica quando alimentada em plantas de milho não apresentou custo adaptativo, enquanto a mesma linhagem apresentou um custo quando alimentada em plantas de soja e algodão. Ambos resultados indicam que muitos parâmetros devem ser considerados antes de se tomar decisões de manejo com base nos estudos de custo adaptativo, sendo que estratégias de manejo devem levar em consideração a relação genética entre as populações de campo e a cultura que está sendo estabelecido a estratégia de manejo. Pest control and insecticide resistance management are crucial aspects of agricultural success. Many concepts are of great importance to establish a resistance management program, including the fitnees cost concept. When a population suffers from fitness cost related to resistance to an insecticide, the resistant individual is at a disadvantage in relation to the susceptible when under pressure of insecticide selection. Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae), is a difficult pest to control as it presents numerous cases of resistance to insecticides and Bt plants, including insecticides of the diamide group. Diamides are selective and efficient insecticides in the field, however, some resistant strains of S. frugiperda have already been selected for diamides. The fitness cost of diamide-resistant S. frugiperda is unknown, so this dissertation aimed to evaluate the adaptive cost of diamide-resistant S. frugiperda considering the influence of the genetic component of the strains used and the food source. Initially, a near-isogenic strain of diamide-resistant S. frugiperda (Iso-RR) was established, using the original chlorantraniliprole resistant (RR) and the susceptible reference (SS) strains with parents. In chapter 2, the adaptive cost of S. frugiperda was determined in two experiments, one using strains with genetic component (Iso-RR and SS) and the other using strains with distant genetic component (RR and SS) and in chapter 3 the influence was evaluated of the host plant on the fitness cost of the Iso-RR strain, using corn, soybean and cotton plants. The results indicated that the genetic component of the strains influences the adaptive cost results, as the near-isogenic strain of S. frugiperda resistant to diamides did not present fitness cost, while the original resistant strain presented a significant fiteness cost. The results also indicated an influence of the host plant on the fitness cost, since the near-isogenic strain when fed on corn plants did not present fitness cost, while the same strain presented a cost when fed on soybean and cotton plants. Both results indicate that many parameters must be considered before making management decisions based on fitness cost studies, and management planning must take into account the genetic relationship between field groups and the crop that is being established.

Os insetos são o grupo de organismos multicelulares mais abundantes e diversos, habitando os mais variados ambientes. Muitas de suas adaptações a condições adversas podem estar relacionadas à sua associação a bactérias. O conhecimento da diversidade dessa associação pode elucidar a importância desses microrganismos nas respostas de insetos a fatores bióticos e abióticos. Bactérias também são o principal alvo de exploração para o desenvolvimento de produtos de interesse biotecnológico. Dada à sua diversidade e interações com o ambiente, insetos representam um novo nicho para a exploração de microrganismos com potencial biotecnológico. A longa história de associação dos insetos com bactérias e os dados recentes da participação da microbiota a eles associada na degradação de moléculas orgânicas, naturais e/ou sintéticas, indicam o potencial desses microrganismos de interferir na resposta do inseto a inseticidas. Adicionalmente, simbiontes bacterianos associados aos insetos também podem ser uma fonte promissora de compostos bioativos. A descoberta de novos compostos naturais vem decaindo, surgindo a necessidade de exploração de novos nichos de microrganismos e o uso de novas tecnologias para superar o número reduzido de novas moléculas identificadas. Assim, este trabalho buscou explorar simbiontes de insetos para o estudo da sua participação na metabolização de xenobióticos pelo hospedeiro e a identificação de novos compostos inseticidas, tendo como objetivos investigar i) os mecanismos envolvidos na degradação de inseticidas e sua contribuição na capacidade de sobrevivência do hospedeiro, e ii) a diversidade biológica na busca de novas moléculas inseticidas. Bactérias com potencial de degradação de xenobióticos isoladas da microbiota intestinal de insetos resistentes a inseticidas foram utilizadas para a colonização do trato intestinal de Spodoptera frugiperda (J.E. Smith, 1797) (Lepidoptera: Noctuidae) suscetível à inseticidas e investigação da sua participação na sobrevivência do hospedeiro quando exposto a inseticidas, assim como a existência de custo adaptativo da associação a bactérias com capacidade de metabolização de inseticidas. O isolado IIL-Cl29 Leclercia adecarboxylata foi capaz de contribuir para a sobrevivência de lagartas expostas a chlorpyrifos ethyl, passando a exigir uma CL50 cerca de 2 vezes superior àquela de lagartas apossimbiontes. Estudo de biologia comparada entre a linhagem apossimbionte e aquela associadas ao isolado IIL-Cl29 demonstrou a existência de custo adaptativo para essa associação, quando na ausência da pressão de seleção do inseticida. A investigação dos mecanismos envolvidos na metabolização de inseticidas por bactérias simbiontes de S. frugiperda resistente ao organofosforado chlorpirifos ethyl, aos piretroides lambda-cyhalothrin e deltamethrin, a espinosina spinosad e a benzoilureia lufenuron revelou, por meio de análises químicas, que essas bactérias são capazes de metabolizar e bioacumular inseticidas interferindo ativamente na atividade de xenobióticos no hospedeiro. O isolado IIL-Luf14 Microbacterium arborescens foi selecionado para a realização de estudos mais aprofundados para a identificação de produtos de degradação e comprovação do mecanismo de bioacumulação de lufenuron. O potencial de simbiontes de insetos para o isolamento de bioinseticidas foi avaliado em estudos da diversidade de bactérias cultiváveis associadas a Acromyrmex coronatus (Fabricius, 1804) (Hymenoptera: Formicidae). Foram identificados 46 isolados pertencentes a Actinobacteria, Firmicutes e Proteobacteria associados a essa formiga e estudos da atividade inseticida in vivo e in vitro de extratos orgânicos de metabólitos mostraram grande variação nos resultados de atividade. Ensaios in vivo com lagartas de 1º instar de S. frugiperda mostraram-se mais adequados, e o isolado Asp77 Streptomyces drozdowiczii foi selecionado para a identificação de moléculas ativas com efeito inseticida. Dois compostos bioativos com atividade inseticida foram identificados e a atividade inseticida atribuída para duas classes químicas diferentes: um composto pirrolobenzodiazepino e um alcaloide. Nossos resultados comprovam a hipótese de que simbiontes participam da metabolização de xenobióticos em insetos, ao mesmo tempo que possuem potencial para exploração de novos compostos inseticidas. The insects are the most diverse and abundant group of multicellular organisms, inhabiting a range of environments. Many of their adaptations to restricting conditions are related to their association with bacteria. The knowledge of the diversity of insect associations with bacteria can elucidate their role in insect response to biotic and abiotic factors. Bacteria are also the main target of exploitation for the development of biotechnological products. Insect´s diversity and interactions with the environment turn insects a new niche for the exploration of microorganisms with biotechnological potential. The long history of association of insects with bacteria and the participation of insect-associated bacteria in the degradation of natural and/or synthetic organic molecules indicate the potential of these microorganisms to interfere with insect response to insecticides. Additionally, bacterial symbionts associated with insects may also be a promising source of bioactive compounds. The discovery of new natural compounds has been declining, requiring the exploration of new niches of microorganisms and the use of new technologies to overcome the reduced number of molecules discovered. This work aimed to investigate the role of insect-associated bacteria in the metabolism of xenobiotics in the host and their potential to synthesize insecticidal compounds. Our objectives were to demonstrate i) the mechanisms involved in insecticide degradation by selected microbial symbionts, and to determine their contribution to host survival when exposed to insecticides, and ii) the biological and metabolic diversity of the microbiota associated with a leaf cutting ant. Bacteria that are able to degrade xenobiotics isolated from the gut microbiota of insecticide-resistant insects were used for the colonization of the gut of a susceptible strain of Spodoptera frugiperda (JE Smith, 1797) (Lepidoptera: Noctuidae). Comparisons of larval survival after insecticide exposure and the existence of adaptive costs of the association were done by using a aposymbiotic and infected susceptible lines. Suceptible larvae infected with IIL-Cl29 Leclercia adecarboxylata require twice the dose of chlorpyrifos ethyl to kill 50% of the larave (LC50) when compared to the aposymbiotic larvae. But the association with IIL-Cl29 was shown costly to S. frugiperda, particularly affecting female fecundity. However, no fitness costs were detected to infected larvae in the presence of the selection pressure (insecticide). GC-MS and LC-MS-MS analyses of the bacteria isolated from resistant larvae of S. frugiperda to organophosphate (chlorpirifos ethyl), pyrethroid (lambda-cyhalothrin and deltamethrin), spinosyn (spinosad) and benzoylurea (lufenuron) revealed they are able to hydrolyze, metabolyze and bioaccumulate insecticides, showing they can actively interfere with the efficacy of insecticides against the host. These processes were better characterized for the isolate IIL-Luf14 Microbacterium arborescens. The species and metabolic diversity of culturable bacteria associated with Acromyrmex coronatus (Fabricius, 1804) (Hymenoptera: Formicidae) were investigated to demonstrated their potential to produce bioinsecticides. A total of 46 isolates belonging to Actinobacteria, Firmicutes and Proteobacteria were identified. In vivo and in vitro assays to detect insecticide activity in organic extracts of fermentates indicated a great number of active extracts. In vivo assays with 1st instars of S. frugiperda were more adequate in detecting toxic molecules to insects, and the isolate Asp77 Streptomyces drozdowiczii was selected for the identification of active molecules with insecticidal effect. Two bioactive compounds with insecticidal activity were identified and the insecticidal activity attributed to two different chemical classes: pyrrolobenzodiazepine and alkaloid. Our results support the hypothesis that symbionts participate in the metabolization of xenobiotics in insects, at the same time that they have potential for exploration of new insecticides.

O controle de lepidópteros-pragas e da ferrugem asiática da soja estão entre os principais problemas responsáveis por causar grandes prejuízos a essa cultura. Os inseticidas e fungicidas específicos para o controle, que outrora proporcionaram alta performance, hoje têm apresentado menor eficiência no manejo dessas pragas e patógenos. Diante desse cenário, a tecnologia de aplicação assume um papel preponderante no controle fitossanitário. Desse modo, o objetivo do trabalho foi testar diferentes taxas e velocidades de aplicação para o controle de lepidópteros-praga (Helicoverpa armigera, Anticarsia gemmatalis, Chrysodeixis includens) e da ferrugem asiática (Phakopsora pachyrhizi) na cultura da soja e correlacionar a distribuição dos produtos com parâmetros de eficácia. As aplicações foram realizadas em condições de campo e avaliados através de papéis hidrossensíveis presos a suportes de PVC junto ao dossel da soja. Os dados de porcentagem de cobertura dos papéis foram obtidos pela digitalização de cada cartão de papel hidrossensível em um scanner de mesa, com 300dpi de resolução, sendo as imagens processadas através do programa Conta-Gotas®. Os parâmetros de eficácia foram obtidos a partir de bioensaios. Para o estudo dos lepidópteros-praga foram realizadas avaliações de mortalidade e injúrias causada nas folhas. Para a ferrugem asíática da soja quantificou-se a severidade da doença nas folhas. Todos os dados foram inicialmente submetidos aos testes de normalidade e homogeneidade, para verificar se atendiam aos pressupostos da estatística paramétrica. A partir disso, realizou-se a análise de variância (ANOVA) pelo teste de Tukey para os dados paramétricos e o teste LSD para os não paramétricos. A diferença foi considerada significativa quando p≤0,05. Através dos resultados pode-se concluir que durante a fase vegetativa da soja, o volume de 112 L.ha-1 foi o mais adequado para o controle de lepidópteros, enquanto no período reprodutivo recomenda-se a taxa de aplicação de 224L.ha-1. Levando-se em consideração severidade da ferrugem asiática da soja e danos ocasionados por lepidópteros-praga, o aumento na taxa de aplicação de 108 a 110 para 199 a 216 L ha-1, bem como redução na velocidade de aplicação de 16 km h-1 para 5 km h-1, resultaram em melhor penetração no dossel intermediário e baixeiro da soja. A maior cobertura foliar pelos fungicida e inseticidas aplicados foram observadas no terço superior do dossel, independente da taxa e velocidade de aplicação, refletindo em menores severidades da doença e injúrias das pragas. Para os terços médio e inferior a associação da menor velocidade (5km h-1) e maior taxa de aplicação (199 L.ha-1) apresentaram a melhor performance. The control of lepidopteran pests and the Asian soybean rust are among the main problems responsible for causing great damage to this crop. The insecticides and fungicides specific to the control that once provided high performance, today have presented less efficiency in the management of these pests and pathogens. In this scenario, the application technology assumes a preponderant role in phytosanitary control. The objective of the present work was to test different rates and speeds of application for the control of Pest Control (Helicoverpa armígera, Anticarsia gemmatalis, Chrysodeixis includens) and Asian soybean rust (Phakopsora pachyrhizi) in the soybean crop and to correlate the distribution of products with parameters of effectiveness. The applications were performed under field conditions and evaluated through hydrosensitive papers attached to PVC supports next to the soybean canopy. Percentage coverage data of the papers were obtained by digitizing each water-sensitive paperboard in a 300dpi flatbed scanner, the images being processed through the Conta-Drops® software. The efficacy parameters were obtained from bioassays. For the study of the lepidopteran pest were carried out evaluations of mortality and damages caused in the leaves. For Asian soybean rust the severity of disease in the leaves was quantified. All data were initially submitted to normality and homogeneity tests, to verify if they met the assumptions of parametric statistics. From this, the analysis of variance (ANOVA) was performed by the Tukey test for the parametric data and the LSD test for the non-parametric ones. The difference was considered significant when p≤0.05. It can be concluded from the results that during the vegetative stage of soybean, the volume of 112 L.ha-1 was the most adequate, while in the reproductive period the application rate of 224L.ha-1 is recommended. For the severity of asian soybean rust and damage caused by lepidopteran pests, the increase in application rate from 108 to 110 to 199 to 216 L ha-1, and the reduction of the application speed of 16 km h- 1 to 5 km h-1, resulted in better penetration in the middle and lower canopy of soybean. The highest leaf cover by the fungicide and inseticides were observed in the upper part of the canopy, independent of the rate and speed of application, reflecting lower disease severity and pest damage. For the middle and lower parts, the association of the lowest velocity (5km h-1) and the highest application rate (199 L.ha-1) presented the best performance.