EDNA PAOLA BECERRA ESPAÑOLUNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAProgress in Biological Control, 2012, Volume 14, 75-88,ARTHROPOD...
Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
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Periodo    Millones de               Tipo de insectos                                 Descripción                 añosDevo...
   Propuesta de evolución de    Condylognatha, mostrando las    relaciones entre los principales    infraórdenes de Hemíp...
http://www.flickr.com/photos/24085570@N04/2290341310/   Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional...
   Calidad en la dieta: Proteínas y    CarbohidratosPlantas =    Bajo cont proteínas            Alto cont carbohidratos ...
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   Hipótesis: El proceso digestivo se relaciona con la    posición filogenética y hábitos dietarios resultado    de la ad...
1.   Protección contra partículas abrasivas2.   Compartimentalización para incrementar la     eficiencia de la digestión d...
European corn borer (ECB; (Ostrinia nubilalis, Lepidoptera: Crambidae)) larvae(third instar) fed 0.05% w/w wheat germ aggl...
Fluorescein isothiocyanate (FITC)-chitin-                                                                 binding domain (...
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 Membrana en el intestino medio Lipoproteínas El intestino medio no esta en contacto con los fluidos ingeridos El princ...
Mehrabadia et al, 2012   Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
Mehrabadia et al, 2012El V1 tiene células columnares con núcleos basales y PMMs. El V2 muestra célulascilíndricas con núcl...
    Bacteria simbionte: Genero Buchnera          Bacteriocitos (células)      a.a. son absorbidos por      la M. perimicr...
    Absorción de aminoácidos           Inmovilizar enzimas hidroliticas           Digestión de polímeros en Hemiptera q...
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  Los fitófagos han adaptado su sistema digestivo     por:  1. Síntesis de enzimas digestivas especificas  2. Regulación ...
 Incremento de la actividad proteasa = dieta con bajo nivel de proteina Para hacer mas eficiente el uso de esa proteína ...
 En el lumen determina las condiciones optimas  para la actividad enzimática y cantidad de  nutrientes que pueden ser dig...
La enzima glucosa oxidasa (GOx) es una oxidorreductasa que                                               cataliza la oxida...
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1. Las hojas heridas de tomate   sintetizan prosistemina (200aa)2. Prosistemina procesada    proteolíticamente para produc...
   Las plantas al bloquear la síntesis de proteasas    intestinales (enzimas que rompen los enlaces    peptídicos de las ...
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Algunos insectos recurren a estrategiasdiversas para eludir la defensa vegetal:   incrementan su actividad proteolítica ...
son metabolitos secundarios                                                                                      de las pl...
•La habilidad de regular la expresión genética de enzimas digestivaspermite al insecto superar la defensa de las plantas y...
   En los insectos se han presentado adaptaciones morfológicas    en el intestino y fisiológicas por producción de enzima...
   M. S. Harper 1, T. L. Hopkins 1, T. H. Czapla 2 . Effect of wheat germ agglutinin on formation and    structure of the...
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  • Resumen. Barrenador del maíz europeo (BCE; Ostrinia nubilalis (Hübner)) larvas (tercer estadio) alimentados con 0.05% w / w de aglutinina de germen de trigo (WGA) en su dieta durante 72 horas mostraron un aumento muy pequeño en el peso corporal, mientras que el peso de las larvas de control casi se cuadruplicó. los estudios de microscopía electrónica de transmisión mostró que la morfología de la membrana peritrófica (PM) cambió a las 24 h después de larvas BCE alimentados con la dieta de WGA. Considerando que la PM en el región anterior del intestino medio era una estructura delgada membranosa en el control de las larvas, las larvas alimentadas con WGA-secretada un PM de múltiples capas y no organizado incrustadas que contenía partículas de alimentos, bacterias, y piezas de desintegración microvellosidades. Marcado con oro Ventajas WGA localiza específicamente en el PM y microvellosidades. El primer WGA alimentados con larvas fue inundado con coloración oscura estructuras amorfas que, cuando se incuba con anticuerpos anti-Ventajas WGA, mostró gran Ventajas de WGA localización. La etiqueta anticuerpo indica que la mayor parte de la ingestión de WGA se encontró en la PM, con cantidades menores en la superficie microvillar y la menor cantidad dentro del epitelio. Después de 72 h, la porción media del mesenteron reveló un PM delgada y compacta en las larvas de control, mientras que el PM de las larvas alimentadas con WGA-era multicapa y discontinua, lo que permitió la pared celular vegetal-fragmentos de penetrar en las microvellosidades del epitelio. Microscopía electrónica de barrido de MO del quinto estadio las larvas alimentadas con la dieta BCE WGA reveló una ruptura de la malla quitinosa a las 48 h después del inicio de la alimentación. La superficie endo-PM de las larvas de control era lisa e intacta, mientras que el PM de WGA-larvas alimentadas mostraron desintegración de la malla y una matriz proteica reducida. Estas bacterias y partículas de alimentos permitidos para penetrar a través de la PM en el espacio ectoperitrophic y en contacto directo con las microvellosidades. Por lo tanto, WGA, un inhibidor de la proteína del crecimiento de las larvas, interfiere con la formación y la integridad de la PM, que expone el borde en cepillo de material ingerido. Esto, a su vez, parece estimular la secreción de capas adicionales de PM, la desintegración concomitante de las microvellosidades, y cese de la alimentación.
  • (a) A digital photograph of the digestive tract of an adult individual of Monochamus alternatus. (b) A magnified microphotograph representing type-I PM. (c) A scanning electron micrograph of the peritrophic membrane of an adult individual of Monochamus alternatus, 15 kv, ×95, 100 μm. (d) An electron micrograph of the excised PM showing its multi-layered structure, 15 kv, ×70, 100 μ m. Abbreviations: fg, foregut; mg, midgut; hg, hindgut; m1, anterior midgut; m2, mid-midgut; m3, posterior midgut; mt, malphighian tubules; pm, peritrophic membrane; mge, midgut epithelium; fb, food.
  • Adult of E. integriceps (A) and its pooled digestive tract (B), showing the first (V1), second (V2), third (V3) and fourth (V4) ventriculus. MI: Malpighian tubules; Re: rectum. Scale bars: 1 mm. Schematic drawn of E. integriceps digestive tract gross morphology and epithelial cells. V1–V4 corresponds to the first, second, third and fourth ventriculus, respectively. The V1 has columnar cells with basal nucleus and PMMs. The V2 shows intensive columnar cells with nucleus at the middle of cells and a large amount of PMMs extending toward lumen. In distal V2 toward the V3, epithelium cells are organized in such way to form a narrow lumen. The same cells are present in the V3 but with less PMMs seen in V1–V2. The V4 has also columnar epithelial cells without PMMs. Bacterial symbionts are present in V4. The rectum (R) has vacuolated cells.
  • Estas bacterias son simbiontes intracelulares de ciertas especies de áfido. Esta relación mutual entre el áfido y la bacteria desarrolló hace millones de años. Aunque está relacionado con E. coli, Buchnera tiene el tamaño de genoma aproximadamente un séptimo del genoma del E. coli. En una especie de Buchnera, el genoma se compone de 640 cromosomas de kilobase (KB) y de dos plasmids, que codifican los caminos biosintéticos para varios aminoácidos. Se ha demostrado que el número de las copias del genoma en las células de Buchnera está relacionado con la etapa de desarrollo de su áfido anfitrión; mientras que un áfido entra a una edad adulta, el número genomico de copia en las células individuales de Buchnera aumenta. Mientras que el anfitrión agrande, el número genomico de copia en Buchnera disminuye. Se ha propuesto que esta fluctuación en número de copia puede ser debido a la bacteria que se purga de genomas con mutaciones deletéreas, asegurando solamente los cromosomas viables serán transmitidas a la generación siguiente.
  • Se observó que plantas sanas de tomate expuestas al metil-jasmonato volátil acumulan inhibidores de proteinasas en niveles semejantes a los encontrados en plantas dañadas en ausencia de JA por lo que se sugirió que el JA actuaría coma señal de transducción en la respuesta a lesiones. También se vio que el metil jasmonato volátil liberado por plantas de  Artemisia tridentata ejercía esta misma acción sobre plantas de tomate vecinas, sugiriéndose que la señal se transmitía por el aire. Los compuestos químicos volátiles
  • Adaptaciones fisiologicas del intestino de los insectos a

    1. 1. EDNA PAOLA BECERRA ESPAÑOLUNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAProgress in Biological Control, 2012, Volume 14, 75-88,ARTHROPOD-PLANT INTERACTIONS. Félix Ortego Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad Nacional de Colombia. 2012
    2. 2. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    3. 3. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    4. 4. Periodo Millones de Tipo de insectos Descripción añosDevoniano 410 Mya Primeros insectos sin alas, Alimento material en Terrestres o descomposición semiacuaticosCarbonífero 355 -290 Insectos alados Alimento de fluidos de tejidos Primeros fitófagos de plantas Primer registro fósil de un Y primer insecto masticador masticador (ancestro Orthoptera)Pérmico 290 – 250 Extinción de los anteriores Aparecen Thysanoptera y HemípteraTriásico 250 – 205 Ordenes de insectos Colonizan GimnospermasJurasico 205 -145 modernos Col, Dip, Hym, Se especializan en ser Lep, minadores, forman agallas y maderaCretáceo 145 -65 radiación Angiospermas dominan el ambiente terrestre Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    5. 5.  Propuesta de evolución de Condylognatha, mostrando las relaciones entre los principales infraórdenes de Hemíptera y el orden Thysanoptera. Los principales infraórdenes que se alimentan de savia son Auchenorrhyncha y Sternorrhyncha Phylum: Arthropoda Subphylum: Hexapoda Clase: Insecta Subclase: Pterygota Division: Neoptera Subdivision: Paraneoptera Superorden: Condylognatha Orden Thysanoptera - Hemiptera Silva et al., 2004) Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    6. 6. http://www.flickr.com/photos/24085570@N04/2290341310/ Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    7. 7.  Calidad en la dieta: Proteínas y CarbohidratosPlantas = Bajo cont proteínas Alto cont carbohidratos Aminoácidos: varían dependiendo la especie = (diferencias nutricionales para el insecto) Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    8. 8. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    9. 9.  Hipótesis: El proceso digestivo se relaciona con la posición filogenética y hábitos dietarios resultado de la adaptación de insectos ancestrales a un tipo particular de alimento.Matriz extracelular formada por : Intestino medio Proteínas Quitina Alrededor del bolo Proteoglicanos alimenticio Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    10. 10. 1. Protección contra partículas abrasivas2. Compartimentalización para incrementar la eficiencia de la digestión de proteínas y carbohidratos3. Barrera para microorganismos Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    11. 11. European corn borer (ECB; (Ostrinia nubilalis, Lepidoptera: Crambidae)) larvae(third instar) fed 0.05% w/w wheat germ agglutinin (WGA) (Germen de trigo)Microscopía del mesenteron (seccion transversal) tercer estadio del ECB. (A) mesenteron de laslarvas control que muestra la membrana peritrófica (PM) y fragmentos celulares de las plantas encélulas epiteliales del IM (x 80). PC, fragmento de célula, mg, intestino medio. (B) válvulas deestomodeo de larvas alimentadas con WGA mostrando PM en el lumen del intestino vacío y lascélulas epiteliales relativamente pequeñas (x 80). Harper et al.,1998) Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    12. 12. Fluorescein isothiocyanate (FITC)-chitin- binding domain (CBD) probe-coupled fluorescence detection of chitin in the PM of an M. alternatus adult.(a) tracto digestivo de adulto (b) tipo I PM. (c) micrografía electrónica de barridode la MP . (d) micrografía electrónica de la PM mostrando múltiples capas Kabir et al., 2012 (In press) Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    13. 13. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    14. 14.  Membrana en el intestino medio Lipoproteínas El intestino medio no esta en contacto con los fluidos ingeridos El principal problema de los insectos chupadores es la baja concentración de a.a esénciales y el alto contenido de sacarosa en la savia Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    15. 15. Mehrabadia et al, 2012 Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    16. 16. Mehrabadia et al, 2012El V1 tiene células columnares con núcleos basales y PMMs. El V2 muestra célulascilíndricas con núcleo en el centro de las células y una gran cantidad PMMs que seextienden hacia lumen. En la parte distal de V2 hacia el V3, las células del epitelio seorganizan de tal manera para formar un lumen estrecho. Las mismas células estánpresentes en el V3 pero con menos PMMs vistos en V1-V2. El V4 tiene también célulascolumnares del epitelio sin PMMs. Bacterias simbiontes se encuentran en V4. El recto (R)células vacuolares. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    17. 17.  Bacteria simbionte: Genero Buchnera Bacteriocitos (células) a.a. son absorbidos por la M. perimicroviliar Usa a.a. no esenciales y por simporte K+ sintetiza a.a. esenciales  En Acyrthosiphon pisum (Hemiptera: Aphididae ) la presión osmótica de la savia ingerida es reducida por α glucosidasas : catalizan la liberación de sacarosa (dis) e incorporación de glucosa (mono) excretando melaza http://micro.cornell.edu/cals/micro/research/labs/angert-Paola Becerra. Maestría en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012 lab/spanish-genomes-2.cfm
    18. 18.  Absorción de aminoácidos  Inmovilizar enzimas hidroliticas  Digestión de polímeros en Hemiptera que se alimentan de semillas Quesada gigas (Hemiptera: Cicadidae) Plaga caféA) Detail of the apex of a V3 cell. Note perimicrovillar membranes(PMM, arrows). B) Immunocytochemical localization of membrane-bound α-glucosidase inmidgut cells. Note arrows and arrow headspointing to perimicrovillarmembranes close to microvilli. Fonseca et al., 2010
    19. 19. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    20. 20.  Los fitófagos han adaptado su sistema digestivo por: 1. Síntesis de enzimas digestivas especificas 2. Regulación de la síntesis de isoenzimas La expresión para la síntesis y niveles de proteasa en algunas especies depende del hospedero y la calidad y cantidad de alimentoLas serín proteasas son hidrolasas que degradanenlaces peptídicos de péptidos y proteínas y queposeen en su centro activo un aminoácido deserina esencial para la catálisis enzimática. Estaclase de enzimas incluye a la tripsina,quimotripsina, subtilisina http://es.wikipedia.org/wiki/ Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    21. 21.  Incremento de la actividad proteasa = dieta con bajo nivel de proteina Para hacer mas eficiente el uso de esa proteína limitada o escasa Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    22. 22.  En el lumen determina las condiciones optimas para la actividad enzimática y cantidad de nutrientes que pueden ser digeridos La alcalinización del lumen en Lep es producido por secreción de K+ desde la hemolinfa La acidez en el IM de Diptera se debe a los hábitos ancestrales de consumir bacterias La acidez en el IM de Hemiptera es debido a la presencia de cisteína y proteasas asparticas Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    23. 23. La enzima glucosa oxidasa (GOx) es una oxidorreductasa que cataliza la oxidación de la glucosa para formar peróxido dehttp://es.wikipedia.org/wiki/Glucosa_oxidasa hidrógeno y D-glucono-δ-lactona. En las células contribuye a degradar los azúcares hacia sus metabolitos.
    24. 24. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    25. 25. 1. Las hojas heridas de tomate sintetizan prosistemina (200aa)2. Prosistemina procesada proteolíticamente para producir sistemina (18aa)3. Sistemina es liberada de las células dañadas en el apoplasto.4. Sistemina se transporta fuera de la hoja herida vía floema.5. En las células diana, la sistemina puede unirse a un sitio en la membrana plasmática e iniciar la síntesis de ácido Jasmónico que tiene efectos de gran alcance.6. Ácido Jasmónico finalmente activa la expresión de los genes que codifican para INHIBIDORES DE PROTEASA (PIN) Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    26. 26.  Las plantas al bloquear la síntesis de proteasas intestinales (enzimas que rompen los enlaces peptídicos de las proteínas) , frenan el crecimiento y provocan la muerte por ayuno. Los inhibidores de proteasas bloquean las proteasas de serina, cisteína y aspartato (a.a), así como a las carboxipeptidasas (enzimas q catalizan hidrólisis de enlaces peptidicos) Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    27. 27. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    28. 28. Algunos insectos recurren a estrategiasdiversas para eludir la defensa vegetal: incrementan su actividad proteolítica inducen enzimas proteolíticas insensibles a los inhibidores de proteasas expresan proteasas que degradan específicamente a los inhibidores de proteasas producidos por las plantas y para las cuales no tiene inhibidores. Como resultado de la coevolución, los insectos herbívoros se han adaptado a las defensas de las plantas. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    29. 29. son metabolitos secundarios de las plantas, fenólicos, no nitrogenados, solubles enPaola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012 agua
    30. 30. •La habilidad de regular la expresión genética de enzimas digestivaspermite al insecto superar la defensa de las plantas y minimizar elcosto metabólico asociado a su producción.•Es necesario estudiar a nivel genético la interacción planta –insectoincluyendo esas adaptaciones del intestino del insecto a la herbivoría. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    31. 31.  En los insectos se han presentado adaptaciones morfológicas en el intestino y fisiológicas por producción de enzimas para degradar y asimilar los nutrientes Por coevolucion los insectos herbívoros y las plantas han desarrollado mecanismos de defensa. Los mecanismos de defensa de insectos contra sustancias defensa de las plantas se basa en la regulación de la expresión de genes dependiendo el tipo de alimento o tipo de sustancia de defensa ingerida. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    32. 32.  M. S. Harper 1, T. L. Hopkins 1, T. H. Czapla 2 . Effect of wheat germ agglutinin on formation and structure of the peritrophic membrane in European corn borer (Ostrinia nubilalis) larvae. Tissue & Cell, 1998 30 (2) 166-176 Kabir, K.E., et al., Fluorescein-5 isothiocyanate conjugated-chitin-binding domain probe (FITC-CBD)- coupled detection of chitin in the peritrophic membrane of Monochamus alternatus..., J. Asia Pac. Entomol. (2012), Carlos P. Silvaa, Jose´ R. Silvaa, Fa´bio F. Vasconcelosa, Marı´lvia D.A. Petretskia, Renato A. DaMattab, Alberto F. Ribeiroc, Walter R. Terrad,. Occurrence of midgut perimicrovillar membranes in paraneopteran insect orders with comments on their function and evolutionary significance. Arthropod Structure & Development 33 (2004) 139–148Micron 43 (2012) 631–637 Mohammad Mehrabadia, Ali R. Bandania,∗, Morteza Allahyarib, Jose E. Serrãoc. The Sunn pest, Eurygaster integriceps Puton (Hemiptera: Scutelleridae) digestivetract: Histology, ultrastructure and its physiological significance. Micron 43 (2012) 631–637 Fábio V. Fonseca a, José R. Silva b, Richard I. Samuels c, Renato A. DaMatta d, Walter R. Terra e, Carlos P. Silva f, Comparative Biochemistry and Physiology, Part B 155 (2010) 20–25Purification and partial characterization of a midgut membrane-bound α-glucosidasefrom Quesada gigas (Hemiptera: Cicadidae) Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012
    33. 33. Paola Becerra. Maestria en Ciencias Agrarias. Universidad nacional de Colombia 2012

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