Key enzymes and proteins of crop insects as candidate for RNAi based gene silencing

Abstract

RNA interference (RNAi) is a mechanism of homology dependent gene silencing present in plants and animals. It operates through 21–24 nucleotides small RNAs which are processed through a set of core enzymatic machinery that involves Dicer and Argonaute proteins. In recent past, the technology has been well appreciated toward the control of plant pathogens and insects through suppression of key genes/proteins of infecting organisms. The genes encoding key enzymes/proteins with the great potential for developing an effective insect control by RNAi approach are actylcholinesterase, cytochrome P450 enzymes, amino peptidase N, allatostatin, allatotropin, tryptophan oxygenase, arginine kinase, vacuolar ATPase, chitin synthase, glutathione-S-transferase, catalase, trehalose phosphate synthase, vitellogenin, hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, and hormone receptor genes. Through various studies, it is demonstrated that RNAi is a reliable molecular tool which offers great promises in meeting the challenges imposed by crop insects with careful selection of key enzymes/proteins. Utilization of RNAi tool to target some of these key proteins of crop insects through various approaches is described here. The major challenges of RNAi based insect control such as identifying potential targets, delivery methods of silencing trigger, off target effects, and complexity of insect biology are very well illustrated. Further, required efforts to address these challenges are also discussed.

Tomato leafminer [(Tuta absoluta Meyrick) (Lepidoptera: Gelechiidae)] and its current ecofriendly management strategies: A review

“…The H + -ATPase vacuolar pump is one of the essential enzymes present in almost all eukaryotic cells that are responsible for generating energy gradients in many membranes and organelles (Nelson et al, 2000;Wieczorek et al, 2009). Moreover, arginine kinase belongs to a transferase protein family that catalyzes the transfer of a high energy phosphate group from ATP to L-arginine to yield phosphor-arginine used for energy storage (Bragg et al, 2012;Kola et al, 2015). Then the report was indicating that silencing of the insect V-ATPase and Arginine kinase genes by dsRNA showed 60% reduction in target gene transcript accumulation and increase larval mortality (Camargo et al, 2016).…”

Silenciamento gênico via RNAi visando o controle da broca da cana-de-açúcar (Diatraea saccharalis)

“…Com isso, a evolução da maquinaria celular dos organismos infectados acabou selecionando um processo de defesa contra o ataque de vírus, que se baseia na degradação específica do dsRNA presente em suas células (HANNON, 2002 (WINSTON et al, 2002). A proteína SID-1 foi caracterizada como uma proteína transmembranar, que funciona como um poro ou canal que transporta siRNA/dsRNA para dentro ou fora das células (KOLA et al, 2015). Sid-1 ou outro homólogo não foi identificado em Drosophila melanogaster, que até então não foram apresentados efeitos de RNAi sistêmico (KOLA et al, 2015).…”

“…A proteína SID-1 foi caracterizada como uma proteína transmembranar, que funciona como um poro ou canal que transporta siRNA/dsRNA para dentro ou fora das células (KOLA et al, 2015). Sid-1 ou outro homólogo não foi identificado em Drosophila melanogaster, que até então não foram apresentados efeitos de RNAi sistêmico (KOLA et al, 2015). A sinalização do RNAi em insetos foi demonstrada em algumas espécies, como em Hyalophora cecropia e Bombyx mori, onde a injeção de dsRNA em pupas resultaram em efeitos fenotípicos no desenvolvimento embrionário da geração seguinte, indicando a captação do dsRNA no desenvolvimento dos órgãos germinativos da pupa (WANG et al, 2011).…”

“…Além disso, a natureza sistêmica de RNAi também é determinada pela presença ou ausência de uma agente amplificador de siRNA, a enzima RNA polimerase dependente de RNA (RdRP, do inglês RNA dependent RNA polymerase), que auxilia na amplificação do sinal de silenciamento (KOLA et al, 2015 …”

“…Sid-1 ou outro homólogo não foi identificado em Drosophila melanogaster, que até então não foram apresentados efeitos de RNAi sistêmico (KOLA et al, 2015). A sinalização do RNAi em insetos foi demonstrada em algumas espécies, como em Hyalophora cecropia e Bombyx mori, onde a injeção de dsRNA em pupas resultaram em efeitos fenotípicos no desenvolvimento embrionário da geração seguinte, indicando a captação do dsRNA no desenvolvimento dos órgãos germinativos da pupa (WANG et al, 2011).Além disso, a natureza sistêmica de RNAi também é determinada pela presença ou ausência de uma agente amplificador de siRNA, a enzima RNA polimerase dependente de RNA (RdRP, do inglês RNA dependent RNA polymerase), que auxilia na amplificação do sinal de silenciamento (KOLA et al, 2015 …”