Estudio de los endosimbiontes obligados, “yeast-like symbionts”, en la especie vectora Delphacodes kuscheli (Hemiptera: Delphacidae)

Abstract

Los insectos establecen una amplia variedad de interacciones simbióticas con microorganismos, abarcando un espectro continuo y dinámico que va desde el mutualismo hasta el parasitismo. En este contexto, los insectos del orden Hemiptera, suborden Auchenorrhyncha, que se alimentan de la savia del xilema o floema de las plantas, se destacan por establecer interacciones mutualistas obligadas principalmente con bacterias. Estos microorganismos se denominan endosimbiontes, ya que residen dentro de tejidos o células especializadas del hospedero y desempeñan un papel crucial al complementar las dietas nutricionalmente deficientes de los insectos. Por este motivo, también se los llama endosimbiontes nutricionales. En particular, los representantes de la familia Delphacidae (subfamilia: Delphacinae) se distinguen porque sus endosimbiontes mutualistas obligados son hongos levaduriformes, conocidos como yeast-like symbionts (YLS). Los YLS se alojan en las células del cuerpo graso abdominal y se transfieren a la descendencia de forma transovarial, por lo cual, se encuentran en todas las etapas del desarrollo de los insectos. Anotaciones de genes metabólicos de los YLS del delfácido Nilaparvata lugens, una importante plaga del arroz en Asia, revelaron que estos endosimbiontes le proporcionan funciones complementarias al insecto hospedero en al menos tres aspectos: síntesis de aminoácidos esenciales, reciclaje de nitrógeno y síntesis de esteroles. En la Argentina, Delphacodes kuscheli es la principal especie vectora del Mal de Río Cuarto del maíz, enfermedad viral que afecta severamente a este cultivo. Dado que la manipulación de microorganismos que viven en simbiosis mutualistas con insectos es un recurso escasamente explorado que puede ser usado en el control de plagas, el objetivo general de este trabajo de tesis fue evaluar la respuesta biológica de D. kuscheli ante la reducción de sus YLS. A su vez, ya que el papel de los endosimbiontes nutricionales en la defensa de los hospederos contra sus enemigos naturales no ha sido estudiado en profundidad y nunca se ha investigado en particular con endosimbiontes fúngicos, también se propuso evaluar la capacidad biocida del hongo entomopatógeno Beauveria bassiana ante la reducción de los YLS en el insecto hospedero. Para abarcar el objetivo general, se desarrollaron cuatro objetivos particulares detallados en los capítulos 2 al 5. En el capítulo 2, se propuso desarrollar métodos efectivos y específicos para reducir el número YLS de D. kuscheli. Para lograrlo, se testearon los siguientes fungicidas sistémicos: protioconazol (Brumby® 480 SC, Bayer CropScience) (P), protioconazol y trifloxistrobin (CRIPTON® SC, Bayer CropScience) (PT), piraclostrobin y epoxiconazol (Opera®, BASF) (PE), piraclostrobin, epoxiconazol y fluxapiroxad (Orquesta® Ultra, BASF) (PEF), picoxistrobin y ciproconazol (Stinger® SC, DuPont Agro) (PC) y tebuconazol (Tebuconazol® SC, Nufarm) (T). Los mismos fueron aplicados sobre las plantas de avena de las que se alimentó el insecto y se cuantificó el número de YLS en distintos estados (ninfas y adultos) y estadios (ninfas III y IV) de desarrollo del insecto. La combinación más exitosa en reducir el número de YLS en los adultos y obtener así insectos subsimbióticos fue utilizando los fungicidas P, PT y PC desde el tercer estadio ninfal, logrando más del 80% de reducción de YLS en hembras y más del 59% en machos. En el capítulo 3, se evaluó el efecto de la reducción del número de YLS sobre distintos parámetros biológicos de D. kuscheli. Los resultados obtenidos mostraron que ante la reducción del número de YLS, en los insectos disminuyó la supervivencia ninfal, aumentó el tiempo de desarrollo ninfal, disminuyó el peso y largo de las hembras, se extendió la longevidad total de los insectos pero no se modificó la longevidad de los adultos, aumentó la concentración de ácido úrico (producto de desecho del metabolismo del nitrógeno que es metabolizado por los YLS), se aclaró y cambiaron los patrones de coloración de la cutícula de los insectos y disminuyó la fecundidad y fertilidad. Estos aportes en conjunto, contribuyen a comprender la importancia de los YLS en el éxito de este insecto plaga del maíz. En el capítulo 4, se evaluó el efecto de la reducción del número de YLS sobre el comportamiento alimentario de D. kuscheli. Para esto, se aplicó la técnica Electrical Penetration Graph (EPG) que permitió analizar y cuantificar el comportamiento de exploración, prueba e ingestión de savia floemática que los insectos realizaron mediante la inserción de sus estiletes en plantas de avena sobre las que se alimentaron. Se observó que las hembras subsimbióticas de D. kuscheli demoraron mayor cantidad de tiempo en realizar la primera inserción de los estiletes en el tejido vegetal y en lograr la ingestión en el floema. A su vez, permanecieron menos tiempo ingiriendo savia floemática. A través de esta metodología, se obtuvo información sobre la interacción entre la planta hospedera y los insectos subsimbióticos, mostrando que la selección y explotación de la planta hospedera como recurso nutricional, no solo está determinada por las capacidades metabólicas de los propios insectos, sino que posiblemente también por sus endosimbiontes asociados. En el capítulo 5 se evaluó el efecto de la reducción del número de YLS de D. kuscheli sobre la capacidad biocida de B. bassiana. Para esto se propuso en primer término encontrar un fungicida compatible con dos aislados de B. bassiana (CEP147 y CEP002) que a su vez redujera el número de YLS del insecto. Se seleccionó al fungicida PT para la obtención de insectos subsimbióticos ya que la compatibilidad con los aislados fúngicos fue mayor y se realizaron ensayos de patogenicidad y virulencia in vivo aplicando una suspensión de conidios de ambos aislados de B. bassiana sobre los insectos. La probabilidad de supervivencia y el tiempo hasta la muerte de los insectos fue menor en aquellos con carga natural de YLS expuestos a la suspensión de conidios de ambos aislados fúngicos, en comparación a los subsimbióticos. Los resultados de este capítulo desafían la concepción convencional de que la presencia de endosimbiontes confiere resistencia a sus hospederos ante los patógenos. La reducción de YLS parece haber desencadenado respuestas que mejoraron la capacidad de D. kuscheli para enfrentar la infección por el hongo entomopatógeno B. bassiana. En síntesis, en la presente tesis se exploraron diferentes aspectos de la interacción entre D. kuscheli y sus endosimbiontes obligados (YLS) que podrían ser utilizados en potenciales estrategias de control para reducir el impacto de esta plaga del maíz en la región. Se considera que las metodologías y técnicas seleccionadas para cumplir con los objetivos propuestos, podrían ajustarse y aplicarse también al estudio de otras especies de delfácidos y de hongos entomopatógenos.