Aspectos genéticos, bioquímicos e morfológicos da resistência de Sitophilus oryzae (L.)

Abstract

RESUMO: Sitophilus oryzae (L.) é uma praga cosmopolita de grãos armazenados, frequentemente controlada por organofosforados e piretroides, como pirimifós-metil e bifentrina. No entanto, o uso contínuo desses inseticidas tem favorecido o surgimento de populações resistentes, com impactos agronômicos e ambientais relevantes. Dessa forma os objetivos deste estudo foram avaliar, de forma integrada, os efeitos biológicos e moleculares da exposição prolongada a esses inseticidas, bem como a evolução da resistência da população de S. oryzae selecionada. O trabalho foi dividido em duas abordagens complementares. Na primeira, foi realizada uma seleção artificial por três gerações (F3) com doses subletais (CL10) e com doses letais medianas (CL50) dos inseticidas. A resistência foi monitorada por meio de dois experimentos: o Bioensaio de Exposição Contínua (BEC) e o Bioensaio de Seleção por Geração (BSG), além da verificação da persistência da resistência na sexta geração (F6), sem nova exposição aos compostos. A atividade de esterases foi analisada por eletroforese (PAGE), utilizando ?- e ?-naftil acetato como substratos para detecção das isoenzimas. Na segunda abordagem, utilizando-se da seleção artificial por três gerações (F3) com doses subletais dos inseticidas, foram feitas análises morfológicas, citoquímicas e bioquímicas. Avaliou-se alterações na estrutura cerebral, organização da cromatina e expressão de proteínas nas cabeças dos insetos. Os resultados revelaram que, nos ensaios de resistência houve um aumento expressivo dos índices de resistência (IR), com indícios de resistência cruzada entre os inseticidas. A análise isoenzimática revelou a participação das esterases na resistência, destacando-se a colinesterase Est-1, cuja atividade relativa foi maior nas populações selecionadas, sugerindo seu envolvimento na detoxificação dos compostos. Embora tenha sido observada uma leve redução no IR após mais três gerações sem exposição (F6), essa diferença não foi significativa, indicando a persistência da resistência ao longo das gerações. Paralelamente, após três gerações de exposição ao pirimifós-metil e à bifentrina, os insetos apresentaram cérebros mais comprimidos, com alterações na cápsula cefálica e indícios de neurotoxicidade. A análise da cromatina mostrou uma diminuição no valor da concentração eletrolítica crítica (CEC) dos insetos expostos, indicando menor compactação e maior potencial de expressão gênica. Além disso, houve aumento na síntese de proteínas nos grupos expostos, com o surgimento de uma nova banda proteica (~150 kDa) em eletroforese, sugerindo uma resposta adaptativa ao estresse químico. Conclui-se que os inseticidas pirimifós-metil e bifentrina promovem alterações morfofisiológicas e moleculares em S. oryzae, com ativação de vias de defesa que contribuem para o surgimento e manutenção da resistência. A abordagem multiescalar adotada - envolvendo morfologia, citoquímica da cromatina, expressão de proteínas e análise enzimática - permitiu uma visão abrangente dos mecanismos envolvidos. Esses dados reforçam a necessidade de monitoramento contínuo e do uso racional de inseticidas, além do desenvolvimento de estratégias integradas e sustentáveis de manejo de pragas.

ABSTRACT: Sitophilus oryzae (L.) is a cosmopolitan pest of stored grains, frequently controlled using organophosphates and pyrethroids, such as pirimiphos-methyl and bifenthrin. However, the continuous use of these insecticides has favored the emergence of resistant populations, with significant agronomic and environmental impacts. Thus, the objectives of this study were to integratively evaluate the biological and molecular effects of prolonged exposure to these insecticides, as well as the evolution of resistance in the selected S. oryzae population. The work was divided into two complementary approaches. In the first, artificial selection was carried out over three generations (F3) using sublethal doses (LC10) and median lethal doses (LC50) of insecticides. Resistance was monitored through two experimental designs: the Continuous Exposure Bioassay (BEC) and the Generational Selection Bioassay (BSG), in addition to assessing the persistence of resistance in the sixth Generation (F6), without further exposure to insecticides. Esterase activity was analyzed by polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE), using ?- and ?-naphthyl acetate as substrates for isoenzyme detection. In the second approach, following artificial selection over three generations (F3) with sublethal doses, morphological, cytochemical, and biochemical analyses were conducted. Changes in brain structure, chromatin organization, and protein expression in the insect heads were evaluated. The results revealed a significant increase in resistance ratios (RR), with indications of cross-resistance between insecticides. Isoenzymatic analysis indicated the involvement of esterases in resistance, particularly the cholinesterase Est-1, which showed higher relative activity in selected populations, suggesting its role in compound detoxification. Although a slight reduction in RR was observed after three generations without exposure (F6), this difference was not significant, indicating persistence of resistance across generations. In parallel, after three generations of exposure to pirimiphos-methyl and bifenthrin, insects exhibited compressed brains, alterations in the cephalic capsule, and signs of neurotoxicity. Chromatin analysis showed a decrease in the critical electrolyte concentration (CEC) value, indicating lower chromatin compaction and greater gene expression potential. Furthermore, increased protein synthesis was observed in exposed groups, with the emergence of a new protein band (~150 kDa) in electrophoresis, suggesting an adaptive response to chemical stress. In conclusion, pirimiphos-methyl and bifenthrin induce morphophysiological and molecular changes in S. oryzae, triggering defense pathways that contribute to the emergence and maintenance of resistance. The multiscale approach - encompassing morphology, chromatin cytochemistry, protein expression, and enzymatic analysis - provided a comprehensive view of the underlying mechanisms. These findings reinforce the need for continuous monitoring and rational insecticide use, as well as the development of integrated and sustainable pest management strategies.