centro de investigación en alimentación y desarrollo, a. c
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Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A. C.
CONDUCTAS DE AGREGACIÓN EN ESTADIOS ADULTOS DEL NEMÁTODO
ENTOMOPATÓGENO Steinernema carpocapsae (Nematoda: Steinernematidae)
POR
María Yolanda Reyes Vidal
TESIS APROBADA POR LA
COORDINACIÓN DE CIENCIA DE LOS ALIMENTOS
COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE
DOCTORADO EN CIENCIAS
HERMOSILLO, SONORA. . OCTUBRE DE 2009
Sinopsis
viii
RESUMEN
Los nemátodos son gusanos redondos, no-segmentados, con sistemas excretorio,
nervioso, digestivo, reproductivo y muscular pero carecen de sistemas circulatorio y respiratorio
(Maggenti, 1981). De acuerdo a su forma de alimentarse, los nemátodos se consideran
parásitos de plantas o animales, y aquellos que son patógenos de insectos plaga pueden
considerarse como agentes de control biológico (Poinar, 1979; Peinar, 1983). Los nemátodos
entomopatógenos de las familias Steinernematidae y Heterorhabditidae son los que más se han
estudiado y usado para control biológico (Kaya y Gaugler, 1993). Una característica importante
de los nemátodos entomopatógenos, es la asociación simbiótica que establecen los integrantes
del género Steinemema con bacterias del género Xenorhabdus y las especies de
Heterorhabditis con Photorhabdus, formando un complejo que ocasiona la muerte de los
insectos hospedantes (Kaya y Gaugler, 1993).
El mecanismo patogénico se inicia cuando el tercer estadio juvenil, que es el único
estadio de vida libre, llamado también juvenil infectivo (JI) localiza al insecto hospedante y lo
penetra a través de sus aperturas naturales (boca, ano o espiráculos) (Woodring y Kaya, 1988),
aunque existen algunas especies que se introducen a través de la cutícula (e.g. Heterorhabditis)
(Peters y Ehlers, 1997). Una vez que el nemátodo se encuentra dentro del insecto migra al
hemocelo de éste liberando a la bacteria simbionte. Esta se multiplica rápídamente causando la
muerte del insecto por septicemia en aproximadamente 48 h (Grewal y Georgis, 1998). En el
hemocelo, las fases JI se deshacen de la cutícula extra (cutícula del juvenil 3 o J3) que los
envuelve y reanudan su desarrollo fisiológico a través de los diferentes estadios de su ciclo de
vida (Poinar, 1983).
Al igual que en otros nemátodos, el ciclo de vida de los nemátodos entomopatógenos
incluye un estadio de huevo, cuatro estadios juveniles (J1, J2, J3 y J4) Y los adultos (Poinar,
1983). Estos estadios se alimentan de la bacteria simbionte y de los tejidos degradados del
insecto, desarrollando de 2 a 3 generaciones. Cuando se agota el alímento, los nemátodos J3
se cubren de la cutícula extra que les otorga resistencia a las condiciones del medio ambiente y
salen del cadáver del insecto, como fases JI, en busca de otros insectos hospedantes (Poinar,
1983; Grewal y Georgis, 1998).
ix
En el caso particular del género Steinemema, los nemátodos se reproducen a través
de un proceso anfimíctico, requiriendo la presencia de ambos sexos para la fertilizacíón de
las hembras por los machos (Burnell y Stock, 2002). Hasta el presente, solo exíste una
excepción, la especie Steinemema hermaphroditum, en la cual se ha observado la
presencia de hembras hermafroditas en la primera generación de adultos, así como una
relación de machos/hembras muy baja, por lo que el papel de los machos en la
reproducción de esta especie es incierto (Griffin et al., 2001; Stock et al., 2004).
Al igual que otros organismos, los nemátodos entomopatógenos interaccionan
continuamente con algunos de los integrantes presentes en sus ecosistemas como pueden
ser la bacteria simbionte, el insecto hospedero y los organismos de su misma especie. Por
ejemplo, el estudio realizado por Lewis et al. (2002) sobre la conducta sexual entre los
adultos de Steinemema carpocapsae sugiere la participación de señales químicas en su
comunicación para el apareamiento. Anteriormente, Neves et al. (1998) reportaron el efecto
atrayente de las hembras sobre los machos de S. carpocapsae, que fueron inducidos a
desplazarse preferentemente hacia soluciones donde se incubó previamente a las
hembras. En un estudio más reciente, Ebssa et al. (2008) demostraron que el desarrollo de
esperma en los machos de Steinemema longicaudum depende de la presencia de las
hembras y que puede ser una conducta de adaptacíón, mientras las hembras están aptas
para la reproducción. Por lo tanto, las conductas descritas por los estadios adultos de los
nemátodos entomopatógenos, se pueden considerar como un tópico importante de
investigación debido a su efecto sobre el éxito reproductivo y la obtención de la progenie.
Con respecto a la interacción de las fases JI de nemátodos entomopatógenos con el
insecto hospedante, se han descrito conductas especificas de búsqueda que los clasifican
en: aquellos que se desplazan buscando activamente a su insecto presa y aquellos que los
esperan manteniéndose al acecho de las mismas (Campbell y Gaugler, 1993). Algunos de
estos patrones de comportamiento, están relacionados con señales químicas, clasificadas
como semioquímicos, emitidas desde las larvas de insectos, por ejemplo el CO2 que tiene
efecto atrayente (Ramos Rodríguez et al., 2007) o el amoniaco de las heces de insectos
que en algunos casos tiene efecto repelente (Grewal et al., 1993; Bilgrami et al., 2001a).
X
En base a lo anteriormente expuesto, la presente tesis se justifica por la
importancia que tiene estudiar el comportamiento de adultos del nemátodo
entomopatógeno Steinemema carpocapsae, porque son los estadías adultos quienes
aseguran el desarrollo de las subsecuentes generaciones. Entre las premisas de este
estudio, se encuentra la observación de nuestro grupo de trabajo de que en cultivos monoxénicos in vitro de S. carpocapsae en cajas de Petri se formaban grupos de
nemátodos adultos, pero no habla reportes acerca de este comportamiento en
nemátodos entomopatógenos, pese a la importancia que dicha información podría tener
sobre su propagación masiva en sistemas in vitro. El conocimiento generado tendría
aplicación tanto para investigación en laboratorio como para su uso com"ercial,
guardando la debida comparación de que no se trata del ambiente natural de desarrollo
del nemátodo. Cabe mencionar que el comportamiento de agregación está descrito en distintas
especies de nemátodos parásitos de plantas (Hollis, 1962; McBride y Hollis, 1966) y
nemátodos parásitos de animales (Bilgrami y Pervez, 2000; Bilgrami et al., 2001b), as!
como en nemátodos de vida libre como Caenorhabditis elegans (De Bono y Bargmann,
1998). En dichos trabajos se analizaron las causas del comportamiento y su función
biológica. En otros reportes se caracterizaron los compuestos químicos involucrados
(Roberts y Thorson, 1977; Bone et al., 1979).
La hipótesis de esta tesis fue que los estadios adultos de S. carpocapsae tienen
una conducta de agregación y que este comportamiento está asociado con estímulos
extrínsecos e intrinsecos.
Para contrastar la hipótesis, se cuantificó la conducta de agregación en estadios
adultos de Steinemema carpocapsae en poblaciones mixtas y unisexuadas, así como
en hembras fecundadas y aquellas que no lo estaban.
El Capítulo 1 de esta tesis incluye una revisión actualizada, donde se expone y
discute la información reportada sobre la emisión y/o percepción de semioquímicos por
parte de los integrantes del complejo nemátodo entomopatógeno-bacteria simbionte,
así como del insecto hospedante. Se incluye también un análisis de las respuestas
inducidas y la naturaleza de algunas de las seriales químicas involucradas. De este capítulo, se concluye que la utilización más eficiente de los nemátodos
xi
entomopatógenos en programas de manejo integrado de plagas, requiere un conocimiento holistíco que integre la información generada sobre el comportamiento de
dichos nemátodos. Además, de que es necesario conocer los mecanismos que regulan la emisión de señales y las respuestas de los organismos involucrados.
En el Capítulo 2 se presentan los resultados de los estudios in vitro de la conducta de agregación de los estadios adultos de Steinemema carpocapsae ante
estímulos extrínsecos e intrínsecos. Se observó que a diferencia de otros géneros de
nemátodos que se agregan estimulados por factores extrf nsecos, la concentración de la
bacteria simbionte usada como alimento no parece influir en la formación de grupos en
poblaciones mixtas de nemátodos entomopatógenos. Al parecer esta conducta de
agregación podría estar asociada con las diferencias en movilidad de las hembras
fecundadas y las no grávidas, debido a que principalmente en torno de las primeras
tanto otras hembras como los machos se agregaron. La diferencia en dispersión de los
machos en poblaciones unisexuadas comparada con la dispersión de los mismos en
poblaciones mixtas sugiere que las hembras inducen a los machos a disminuir su movílidad y a mantenerse en los grupos posiblemente debido a factores intrínsecos. El
tipo de estímulos intrínsecos probablemente serían señales quf micas o táctiles, pero es
necesario llevar a cabo estudios que determinen la participación de dichos factores y explorar en el conocimiento de los mecanismos moleculares que las regulan. Se
sugiere que la formación de grupos podría coadyuvar a asegurar el abastecimiento de
comida para la progenie y por lo tanto a la supervivencia de la especie.
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Xll
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