Mis-Spliced Transcripts of Nicotinic Acetylcholine Receptor α6 Are Associated with Field Evolved Spinosad Resistance in Plutella xylostella (L.)

Baxter, Simon W.; Chen, Mao; Dawson, Anna F; Zhao, Jian-Zhou; Vogel, Heiko; Shelton, Anthony M.; Heckel, David G.; Jiggins, Chris D.

doi:10.1371/journal.pgen.1000802

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“…Alignment of a subject scaffold against a 126-kb BAC (GenBank GU058050) from an alternative strain (Geneva 88) showed extensive structural variations between haplotypes. However, the coding sequence l e t t e r s of the nicotinic acetylcholine receptor α6 gene (spanning >75 kb) 12 on the BAC and the genome scaffold was relatively conserved ( Supplementary Fig. 7).…”

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confidence: 99%

A heterozygous moth genome provides insights into herbivory and detoxification

et al. 2013

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l e t t e r sHow an insect evolves to become a successful herbivore is of profound biological and practical importance. Herbivores are often adapted to feed on a specific group of evolutionarily and biochemically related host plants 1 , but the genetic and molecular bases for adaptation to plant defense compounds remain poorly understood 2 . We report the first whole-genome sequence of a basal lepidopteran species, Plutella xylostella, which contains 18,071 protein-coding and 1,412 unique genes with an expansion of gene families associated with perception and the detoxification of plant defense compounds. A recent expansion of retrotransposons near detoxification-related genes and a wider system used in the metabolism of plant defense compounds are shown to also be involved in the development of insecticide resistance. This work shows the genetic and molecular bases for the evolutionary success of this worldwide herbivore and offers wider insights into insect adaptation to plant feeding, as well as opening avenues for more sustainable pest management.The global pest P. xylostella (Lepidoptera: Yponomeutidae) is thought to have coevolved with the crucifer plant family 3 ( Supplementary Fig. 1) and has become the most destructive pest of economically important food crops, including rapeseed, cauliflower and cabbage 4 . Recently, the total cost of damage and management worldwide was estimated at $4-5 billion per annum 5,6 . This insect is the first species to have evolved resistance to dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) in the 1950s 7 and to Bacillus thuringiensis (Bt) toxins in the 1990s 8 and has developed resistance to all classes of insecticide, making it increasingly difficult to control 9,10 . P. xylostella provides an exceptional system for understanding the genetic and molecular bases of how insect herbivores cope with the broad range of plant defenses and chemicals encountered in the environment (Supplementary Fig. 2).We used a P. xylostella strain (Fuzhou-S) collected from a field in Fuzhou in southeastern China (26.08 °N, 119.28 °E) for sequencing ( Supplementary Fig. 1). Whole-genome shotgun-based Illumina sequencing of single individuals (Supplementary Table 1), even after ten generations of laboratory inbreeding, resulted in a poor initial assembly (N50 = 2.4 kb, representing the size above which 50% of the total length of the sequences is included), owing to high levels of heterozygosity ( Supplementary Figs. 3 and 4 and Supplementary Table 2). Subsequently, we sequenced 100,800 fosmid clones (comprising ~10× the genome length) to a depth of 200× ( Supplementary Fig. 5 and Supplementary Tables 3-5), assembling the resulting sequence data into 1,819 scaffolds, with an N50 of 737 kb, spanning ~394 Mb of the genome sequence (version 1; Supplementary Fig. 6 and Supplementary Table 6). The assembly covered 85.5% of a set of protein-coding ESTs (Supplementary Tables 7 and 8) generated by transcriptome sequencing 11 . Alignment of a subject scaffold against a 126-kb BAC (GenBank GU058050) from an altern...

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A heterozygous moth genome provides insights into herbivory and detoxification

et al. 2013

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“…Apesar de as espinosinas serem moléculas relativamente recentes no mercado, já foram relatados na literatura diversos casos de resistência a spinosad, tais como em Frankliniella occidentalis (Pergande) (BIELZA et al, 2007a(BIELZA et al, , 2007b, Drosophila melanogaster (Meigen) WATSON et al, 2010), Spodoptera exigua (Hübner) (MOULTON et al, 2000), Tuta absoluta (Meyrick) (CAMPOS et al, 2014), Plutella xylostella (L.) (BAXTER et al, 2010; (STORER et al, 2010). Em 2014, a evolução da resistência de S. frugiperda a Cry1F também foi reportada no Brasil .…”

Section: Introductionunclassified

“…Os principais mecanismos associados à resistência de insetos a inseticidas são o aumento da taxa de detoxificação metabólica, a redução da sensibilidade do sítio de ação e a redução da penetração cuticular do produto (GEORGHIOU, 1972;SCOTT, 1990;SCOTT, 1995 O segundo mecanismo mais comum tem sido a mudança da sensibilidade do sítio de ação do inseticida. Essa resistência é decorrente da mudança estrutural do receptor da molécula inseticida, que pode ser originada por splicing alternativo de éxons, mutações pontuais, geralmente por transição ocasionando mutações de sentido trocado e pela formação de códons de parada prematuros (BAXTER et al, 2010;PERRY et al, 2007;PUINEAN et al, 2013). Isso foi verificado para spinosad em F. occidentalis (Fo6) (PUINEAN et al, 2013), P. xylostella (Px6) (BAXTER et al, 2010), D. melanogaster (D6) , com a ocorrência comum na subunidade 6, o que pode evidenciar uma tendência na resistência dos insetos a essa molécula.…”

Section: Introductionunclassified

“…(YU, 1991(YU, , 1992(YU, , 2006 CARVALHO et al., 2013;NASCIMENTO et al, 2015). (BIELZA et al, 2007a(BIELZA et al, , 2007b, Drosophila melanogaster (Meigen) WATSON et al, 2010), Spodoptera exigua (Hübner) (MOULTON et al, 2000), Tuta absoluta (Meyrick) (CAMPOS et al, 2014), Plutella xylostella (L.) (BAXTER et al, 2010; (CARVALHO et al, 2013; YU, 1992 YU, , 1993 virescens (YOUNG et al, 2001; ROE et al, 2010), Helicoverpa armigera (Hübner) (AHMAD et al, 2003), P. xylostella (ZHAO et al, 2006) e Spodoptera exigua (Hübner) (WANG et al, 2006).Atualmente, as espinosinas são consideradas de grande importância no manejo integrado de pragas por possuírem elevada eficiência, características ambientais e toxicológicas favoráveis, um mecanismo de ação único, além de apresentarem baixa toxidez a populações de insetos benéficos (SPARKS et al, 2001). Desse modo, é necessário que se conheça os mecanismos e as bases genéticas envolvidos na resistência de insetos a 28 espinosinas, a fim de se desenvolver estratégias de manejo e de monitoramento da resistência que auxiliem a prolongar a vida útil dessa molécula inseticida.…”

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Bases genéticas e moleculares da resistência de <i>Spodoptera frugiperda</i> (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) a spinosad

Okuma¹

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Aos meus queridos pais Katsuyuki e Vanda, e aos meus irmãos Isa e Dudu, pelo afeto, incentivo e ensinamentos fundamentais em minha formação pessoal e profissional, Ao meu namorado Makoto Okuno pelo companheirismo, afeto e apoio em todos os momentos, DEDICO E AGRADEÇO4 5 AGRADECIMENTOSAo Prof. Dr. Celso Omoto, pela orientação, por todos os ensinamentos, pela oportunidade de realização deste trabalho e pela confiança depositada em mim.Ao Prof. Dr. Fernando L. Cônsoli pelos conselhos, orientação, apoio e pela disponibilização do laboratório para condução do trabalho. Aos queridos amigos do Laboratório de Resistência de Artrópodes a Pesticidas(ESALQ/USP), Oderlei Bernardi, Daniel Bernardi, Renato J. Horikoshi, Antônio R.Nascimento, pela amizade, pela excelente convivência, companheirismo, conhecimentos transmitidos e auxílios prestados na condução deste trabalho. Foi uma grande satisfação poder trabalhar, aprender e conviver com vocês todos esses anos.A Eloisa Salmeron e Gislaine A. A. de Oliveira Campos, por todos os ensinamentos, pela paciência e auxílio na condução das atividades do laboratório, pelos conselhos, por toda ajuda e carinho. Muito obrigada por todo apoio e amizade durante esses anos, os quais foram imprescindíveis para minha formação. A todos os amigos e colegas do Programa de Pós-Graduação em Entomologia (ESALQ/USP) pelo agradável convívio, amizade e companheirismo.À minha família, em especial aos meus pais Vanda e Paulo e aos meus irmãos Isabela e Paulo Eduardo, pelo amor, incentivo e por sempre me auxiliarem e contribuírem para meu crescimento pessoal e profissional.Ao meu namorado Makoto Okuno, por todo amor, compreensão e apoio incondicionais. Muito obrigada pelo estimo e dedicação em me auxiliar e orientar sempre.Aos amigos com quem morei em Piracicaba, Fernanda Canassa e Marilis Shimano, obrigado pela amizade, companheirismo e apoio em todos os momentos.Aos queridos amigos Fernando Cabezas, Odimar Z. Zanardi, Ana Karolina Azevedo, Ravana Sfalcin, Eimi Arikawa pela amizade de todos esses anos, carinho e incentivo.A todos os funcionários do Departamento de Entomologia e Acarologia da ESALQ/USP, pela dedicação e aos serviços prestados.A Escola Superior de Agricultura 'Luiz de Queiroz' por todas as oportunidades concedidas e por ser um berço de conhecimento. Aos professores do Programa de Pós-Graduação em Entomologia da Escola Superiorde Agricultura "Luiz de Queiroz" (ESALQ/USP), pelos conhecimentos transmitidos.Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela concessão da bolsa de estudo.Ao IRAC-BR pelo auxílio e apoio na coleta e manutenção de populações de Spodoptera frugiperda.À bibliotecária Eliana Maria Garcia da Biblioteca Central (ESALQ/USP), pelo auxílio na formatação deste trabalho. RESUMOBases genéticas e moleculares da resistência de Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) a spinosad O inseticida spinosad tem sido um dos mais utilizados para o controle de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) no Brasil, devido à sua eficácia e ao seu mec...

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