Avaliação da eficácia de RNAs de interferência para o manejo de pragas - Affonso, Pedro Henrique de Andrade [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
O manejo de pragas é essencial para garantir não somente a produtividade e a qualidade dos cultivos agrícolas, mas também a biodiversidade nativa, uma vez que também é utilizado para o controle de espécies invasoras. No Brasil, visando um maior custo-benefício à curto prazo, utiliza-se massivamente o controle químico como principal forma de manejo de pragas. Este controle consiste na aplicação de químicos, como inseticidas, herbicidas e fungicidas. No entanto, o uso excessivo de agroquímicos pode levar, a longo prazo, ao surgimento de pragas cada vez mais resistentes, além de causar impactos negativos na saúde humana e no meio ambiente. Apesar das formas controle alternativas como o controle biológico e mecânico sejam ambientalmente mais sustentáveis, ainda não são capazes de substituir integralmente o método de controle químico, principalmente em culturas extensivas. A partir dessa problemática, recentemente tem crescido uma nova abordagem. A via de RNAi, é conservada em todos os eucariontes e é normalmente utilizada pelo próprio organismo como uma forma de regular a expressão de genes. Como forma de manejo, baseia-se no reconhecimento de moléculas efetoras desta via, os siRNAs ou dsRNAs, construídos especificamente para atingir a expressão de genes que resultem na diminuição populacional da espécie-alvo. O objetivo dessa dissertação é, portanto, encontrar e avaliar potenciais transcritos-alvos relacionados com a sobrevivência de pragas vegetais e na degradação de agroquímicos em Spodoptera frugiperda. O estudo utilizou Glycine max como espécie modelo pragas vegetais, trazendo como alvo dois genes, GmA1 e GmA2, comuns á indústria de herbicidas. O silenciamento do gene GmA1, contraintuitivamente resultou em sua superexpressão nos dois dias avaliados. Enquanto GmA2 demonstrou alta suscetibilidade ao silenciamento durante o mesmo período. Já os resultados de translocação em plantas, indicaram que o efetor de dsRNA não foi capaz de se translocar para tecidos aos quais ele não foi aplicado, como caule, raízes e folhas secundárias. Por fim, para os ensaios com Spodoptera frugiperda, foram idealizados cinco alvos relacionados a detoxificação de diferentes classes de defensivos agroquímicos, SfA1, SfA2, SfA3, SfA4 e SfA5. Entretanto, apenas a expressão basal do gene SfA2 foi alta o suficiente para permitir a continuidade do silenciamento. O gene SfA2, apresentou altos níveis de modulação negativa durante o primeiro dia pós-microinjeção dos dsRNAs, seguida por modulações divergentes, a depender do instar larval, até o quarto dia, quando a sua expressão retornou aos níveis basais. O comportamento de silenciamento das expressões de GmA2 em Glycine max e SfA2 em Spodoptera frugiperda, sugerem se tratar de genes com um alto potencial para esta abordagem, visando o manejo integrado em pragas; ainda que, haja a necessidade de estudos mais aprofundados em excipientes e coadjuvantes que confiram maior propriedades de absorção, resistência a degradação, entre outras características, para viabilizar sua aplicação prática em campo e no desenvolvimento comercial de produtos.

Pest management is essential to ensure not only the productivity and quality of agricultural crops but also native biodiversity, once it can be used to control the spread of invasive species. In Brazil, aiming for a shorter-term and higher cost-benefit production, the chemical control still the predominant form of pest management used. This form of management consists in the application of chemicals such as insecticides, herbicides, and fungicides. However, the excessive use of agrochemicals for a long-term can lead not only to the emergence of resistance in pests, but also cause negative impacts on human health and to the environment. Despite alternative control methods, such as biological control and mechanical control, being more environmentally sustainable, they are not yet capable of fully replacing the chemical control, especially in extensive crops management. Due this issue, a new approach has recently emerged. The RNAi pathway, is conserved in all eukaryotes, commonly used as a way to regulate gene expression, is now being explored for pest management. In this approach, the idea is to force the pathway to recognizes an exogenous supply of a RNA molecule —siRNAs or dsRNAs — specifically designed to target the expression of genes related to the survival of pests. The aim of this dissertation is to identify and evaluate potential genes related with the survival of invasive plants and the degradation of agrochemicals in Spodoptera frugiperda. The study used Glycine max as a model-specie for plants, targeting two genes, GmA1 and GmA2, commonly used by the herbicide industry. The silencing of the GmA1 gene, counterintuitively, resulted in its overexpression on both days evaluated, while GmA2 showed high susceptibility to silencing during the same period. Regarding the plant translocation assays, the dsRNA effector was unable to translocate to tissues where it was not applied, such as stems, roots, and secondary leaves. In Spodoptera frugiperda, five target-genes were used, all related with the detoxification of agrochemicals, but of different chemical class —SfA1, SfA2, SfA3, SfA4, and SfA5 — were designed. However, only the basal expression of the SfA2 gene was high enough to allow for the continuity of silencing method. SfA2 gene presented high knockdown susceptibility after the first day of dsRNA microinjection, followed by divergent modulations, depending on the instar collected, until the fourth day when the expression of SfA2 returned to standard levels. The post-silencing expression resulted from GmA2 in Glycine max and SfA2 in Spodoptera frugiperda indicated that these genes have a high potential for further studies as complementary tool in an integrated pest management. However, studies on excipients and adjuvants are needed to provide greater absorption properties, resistance to degradation, and other characteristics to enable their practical application in field crops or even to the development of commercial products.
Evaluation of the efficacy of RNA interference effectors for pest management
Keywords: Manejo de pragas; RNA de interferência; Biotecnologia ambiental; Controle entomológico; Pest management; RNA interference; Environmental biotechnology; Entomological control