Metabolitos de defensa en plantas de sauce y su interacción con el herbívoro especialista Nematus oligospilus

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Las plantas de sauce pertenecen al género Salix que comprende varias especies leñosas de las cuales muchas han sido mejoradas con fines comerciales. Los diferentes genotipos de sauce muestran diversos grados de susceptibilidad al ataque de insectos herbívoros. Esto se debe, al menos en parte, a que...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor principal: Dávila, Camila
Otros Autores: Fernández, Patricia Carina
Formato: Tesis doctoral publishedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2023
Materias:
INTERACCION PLANTA-INSECTO
OVIPOSICION
HERBIVORIA
COMPUESTOS ORGANICOS VOLATILES
SALICINOIDES
NEMATUS OLIGOSPILUS
Salix spp
AVISPA SIERRA DEL SAUCE
INSECT-PLANT INTERACTION
OVIPOSITION
VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS
SALICINOIDS
Salix spp.
WILLOW SAWFLY
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7369_Davila
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description Las plantas de sauce pertenecen al género Salix que comprende varias especies leñosas de las cuales muchas han sido mejoradas con fines comerciales. Los diferentes genotipos de sauce muestran diversos grados de susceptibilidad al ataque de insectos herbívoros. Esto se debe, al menos en parte, a que el contenido de metabolitos especializados asociados con las defensas está determinado principalmente por la genética de la planta. Siendo la avispa sierra del sauce Nematus oligospilus, un insecto especialista que representa una de las principales amenazas para las plantaciones de sauces en la zona del Delta del Paraná, es importante estudiar su comportamiento frente a las defensas químicas de Salix spp. Esta interacción se abordó desde una perspectiva que abarque tanto los rasgos intrínsecos de la planta como las características comportamentales del insecto. El objetivo general de esta tesis fue evaluar el perfil fitoquímico de Salix spp y su rol en la interacción con la avispa sierra durante las tres etapas del proceso de selección de la planta hospedera: Evaluación por contacto, oviposición y herbivoría. Por lo tanto, se analizó el perfil constitutivo e inducido por el daño de N. oligospilus de los metabolitos especializados asociados típicamente a las defensas en salicáceas: compuestos fenólicos (salicinoides y taninos condensados) y orgánicos volátiles (COVs). Esto fue realizado en distintos genotipos comerciales exóticos y en S. humboldtiana, la única especie nativa de Sudamérica, amenazada por la invasión de sauces exóticos. Los resultados muestran que la susceptibilidad de los sauces comerciales a N. oligospilus correlaciona fuertemente con la concentración de salicinoides presentes en la superficie foliar y sugieren que podrían ser las claves de contacto que desencadenan el comportamiento de oviposición de la avispa sierra. Luego, se demostró que el sauce comercial S. babylonica var sacramenta respondió frente a la oviposición per se mediante la activación de la señalización de defensas a través de la vía del ácido jasmónico. A su vez, se alteró el perfil de emisión de COVs y se afectó negativamente el desempeño del insecto, a través de un incremento en la proporción de individuos que retrasan su transición a pupa. Por último, se compararon las respuestas de defensa constitutivas e inducidas por el daño de N. oligospilus en el sauce comercial S. babylonica var sacramenta y en el sauce nativo S. humboldtiana, y sus efectos sobre este insecto plaga. El análisis de salicinoides, taninos condensados y COVs tanto en forma constitutiva como inducida por el daño, mostró un perfil propio para cada especie de sauce. En S. humboldtiana, se observó un nivel de salicinoides mayor que en S. babylonica, aunque este último mostró una inducción significativa frente al daño. Pese a la mayor proporción de salicinoides, S. humboldtiana resultó ser un hospedero más susceptible a la avispa sierra, ya que favoreció su desempeño y preferencia de oviposición. El efecto opuesto se observó en Spodoptera frugiperda un insecto generalista modelo, cuyo desarrollo y supervivencia disminuyó al alimentarse de S. humboldtiana. Esto sugiere que los salicinoides en altas concentraciones afectan negativamente a los insectos generalistas, pero no tendrían un rol defensivo contra la avispa sierra que, al ser especialista posee tolerancia a estos compuestos. Esta tesis aporta más evidencia sobre el rol de los metabolitos especializados en plantas leñosas, un modelo muy poco explorado en relación con las plantas herbáceas. Se demostró la importancia de estudiar varios genotipos para determinar la susceptibilidad a los insectos herbívoros a través de la caracterización de los metabolitos especializados y del comportamiento de los insectos plaga. Esto sugiere una posible explotación de los rasgos defensivos de las plantas contra los insectos herbívoros en los programas de mejoramiento e incluso en programas de rescate de especies de árboles amenazadas como S. humboldtiana.
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Esto se debe, al menos en parte, a que el contenido de metabolitos especializados asociados con las defensas está determinado principalmente por la genética de la planta. Siendo la avispa sierra del sauce Nematus oligospilus, un insecto especialista que representa una de las principales amenazas para las plantaciones de sauces en la zona del Delta del Paraná, es importante estudiar su comportamiento frente a las defensas químicas de Salix spp. Esta interacción se abordó desde una perspectiva que abarque tanto los rasgos intrínsecos de la planta como las características comportamentales del insecto. El objetivo general de esta tesis fue evaluar el perfil fitoquímico de Salix spp y su rol en la interacción con la avispa sierra durante las tres etapas del proceso de selección de la planta hospedera: Evaluación por contacto, oviposición y herbivoría. Por lo tanto, se analizó el perfil constitutivo e inducido por el daño de N. oligospilus de los metabolitos especializados asociados típicamente a las defensas en salicáceas: compuestos fenólicos (salicinoides y taninos condensados) y orgánicos volátiles (COVs). Esto fue realizado en distintos genotipos comerciales exóticos y en S. humboldtiana, la única especie nativa de Sudamérica, amenazada por la invasión de sauces exóticos. Los resultados muestran que la susceptibilidad de los sauces comerciales a N. oligospilus correlaciona fuertemente con la concentración de salicinoides presentes en la superficie foliar y sugieren que podrían ser las claves de contacto que desencadenan el comportamiento de oviposición de la avispa sierra. Luego, se demostró que el sauce comercial S. babylonica var sacramenta respondió frente a la oviposición per se mediante la activación de la señalización de defensas a través de la vía del ácido jasmónico. 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El efecto opuesto se observó en Spodoptera frugiperda un insecto generalista modelo, cuyo desarrollo y supervivencia disminuyó al alimentarse de S. humboldtiana. Esto sugiere que los salicinoides en altas concentraciones afectan negativamente a los insectos generalistas, pero no tendrían un rol defensivo contra la avispa sierra que, al ser especialista posee tolerancia a estos compuestos. Esta tesis aporta más evidencia sobre el rol de los metabolitos especializados en plantas leñosas, un modelo muy poco explorado en relación con las plantas herbáceas. Se demostró la importancia de estudiar varios genotipos para determinar la susceptibilidad a los insectos herbívoros a través de la caracterización de los metabolitos especializados y del comportamiento de los insectos plaga. Esto sugiere una posible explotación de los rasgos defensivos de las plantas contra los insectos herbívoros en los programas de mejoramiento e incluso en programas de rescate de especies de árboles amenazadas como S. humboldtiana. Willow plants belong to the genus Salix, which comprises several woody species, many of which have been improved for commercial purposes. The different genotypes of willow show varying degrees of susceptibility to herbivorous insect attacks. This is partly due to the fact that the content of specialized metabolites associated with defenses is primarily determined by the plant's genetics. Considering that the willow sawfly Nematus oligospilus, a specialist insect, represents one of the main threats to willow plantations in the Paraná Delta region, it is important to study its behavior in response to the chemical defenses of Salix spp. This interaction was approached from a perspective that encompasses both intrinsic plant traits and behavioral characteristics of the insect. The general objective of this thesis was to evaluate the phytochemical profile of Salix spp and its role in the interaction with the sawfly during the three stages of the host plant selection process: contact evaluation, oviposition, and herbivory. Therefore, the constitutive and damage-induced profile of N. oligospilus-associated specialized metabolites typically involved in defenses in willows was analyzed. These include phenolic compounds (salicinoids and condensed tannins) and volatile organic compounds (VOCs). The analysis was conducted on different commercial genotypes and S. humboldtiana, the only native species in South America threatened by the invasion of exotic willows. The results show that the susceptibility of commercial willows to N. oligospilus strongly correlates with the concentration of salicinoids present on the leaf surface, suggesting that these compounds may serve as contact cues triggering the oviposition behavior of the sawfly. Furthermore, it was demonstrated that the commercial willow S. babylonica var sacramenta perceives oviposition itself and activates defense signaling through the jasmonic acid pathway. This alters the emission profile of VOCs and negatively affects the insect's performance by increasing the proportion of individuals delaying their transition to the pupal stage. Finally, the constitutive and induced defense responses by N. oligospilus damaged were compared between the commercial willow S. babylonica var sacramenta and the native willow S. humboldtiana, along with their effects on this pest insect. The analysis of salicinoids, condensed tannins, and VOCs, both constitutively and induced, revealed a distinct profile for each willow species. S. humboldtiana exhibited a higher level of salicinoids than S. babylonica, although the commercial willow significant induction in response to damage. Despite the higher proportion of salicinoids, S. humboldtiana was more susceptible host for the sawfly, as it favored its performance and oviposition preference. The opposite effect was observed in Spodoptera frugiperda, a generalist insect model, whose development and survival decreased when feeding on S. humboldtiana. This suggests that high concentrations of salicinoids strongly affect generalist insects but do not have a defensive role against the sawfly, which, as a specialist, possesses tolerance to these compounds. This thesis provides further evidence of the role of specialized metabolites in woody plants, a model that has been relatively unexplored compared to herbaceous plants. It demonstrates the importance of studying multiple genotypes to determine susceptibility to herbivorous insects through the characterization of specialized metabolites and the behavior of pest insects. This suggests a potential exploitation of plant defensive traits against herbivorous insects in breeding programs and even in rescue programs for threatened tree species such as S. humboldtiana. Fil: Dávila, Camila. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2023-07-12 info:eu-repo/semantics/doctoralThesis info:ar-repo/semantics/tesis doctoral info:eu-repo/semantics/publishedVersion application/pdf spa info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7369_Davila

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