Histoquímica y búsqueda de genes de esterasas en Dendroctonus valens LeConte (Curculionidae: scolytinae) en presencia de alfa-pineno

Abstract

ABSTRACT: The species of genus Dendroctonus (Erichson) locate a host tree by semiochemicals, however, host tree produce defensive oleoresin to block the insect action. An important component of oleoresin are monoterpenes, these are highly toxic to insects. Nevertheless, bark beetles have developed the capability to detoxify and transform toxic compounds in other substances that use as pheromones. Dendroctonus valens is attracted by S-(+)-3-carene, R-(+)-α-pinene and S-(-)-β-pinene but repellet by S-(-)-α-pinene, these are transform to more soluble compounds. Field and laboratory studies have shown that D. valens do not produce aggregation pheromones. This evidence suggest that biotransformation of monoterpenes by D. valens is directly associated to detoxification process. Histochemical and ultrastructural studies in D. valens have proposed that midgut cells are specialized for digestive, secretion and probably detoxification processes. Most common enzymes involved in resistance and xenobiotics biotrasformation are monooxygenases (P450), glutathione S-transferases (GST) and carboxyesterases. Recently study showed that α-pinene increase non-specific esterases activity in cells of alimentary canal of D. valens. However, until now it is unknown how these enzymes are involved in resistance to monoterpenes. The aim of this study was to measure esterase activity and identify different non-specific esterases by histochemistry in alimentary canal of D. valens exposed to α-pinene and β-pinene during 12 and 24 h. As well as known esterase zimogram in alimentary canal and isolated full-length cDNA encoding a putative gut esterase in D. valens. Our results show that R-(+)-α-pinene, S-(-)-α-pinene and S-(-)-β-pinene induce esterase activity mainly in epithelial cells of foregut and midgut and based on the classification of non-specific esterases, carboxylesterases appeared to be the predominant enzymes in alimentary canal. We observed seven loci associated to D. valens six of them in alimentary canal of females and five in males gut. Finally partial sequence encoding a putative hormone juvenile esterase was expressed in gut epithelial cells.

RESUMEN: Las especies del género Dendroctonus (Erichson) colonizan a sus árboles huésped por medio de diferentes kairomonas presentes en la oleoresina. Un componente importante de ésta son diversos compuestos monoterpénicos presentes en ella, los cuales son tóxicos para los escarabajos descortezadores. No obstante, estos insectos poseen la habilidad de desintoxicarse transformando estos monoterpenos en sustancias menos tóxicas o más solubles, las cuales pueden ser utilizadas como feromonas. Estudios histoquímicos y ultraestructurales en Dendroctonus valens sugieren que las células del mesenterón pueden llevar a cabo el proceso de desintoxicación por medio de complejos enzimáticos involucrados en la resistencia y transformación de compuestos xenobióticos, como son las monoxigenasas (P450), glutatión S-transferasas (GST) y carboxilesterasas. D. valens es atraído por los monoterpenos S-(+)-3-careno, R-(+)-?-pineno y S-(-)-?-pineno, sin embargo, los compuestos derivados de éstos no son utilizados por esta especie como feromonas. Esta evidencia sugiere que la biotransformación de monoterpenos en esta especie está directamente asociada a un proceso de desintoxicación. Estudios recientes han demostrado que el ?-pineno aumenta la actividad de esterasas en las células epiteliales del tracto digestivo de D. valens. Por ello, los objetivos de este trabajo fueron: a) identificar el tipo de esterasas no específicas y medir su actividad en el tracto digestivo de este descortezador por medio de técnicas histoquímicas después de ser estimulados durante 12 y 24 h con ?pineno, los enantiómeros de este monoterpeno y ?-pineno; b) inferir por medio de los zimogramas desplegados por las esterasas en insectos estimulados por 24 h con ?-pineno, el número de loci putativos presentes en el canal alimentario y; c) amplificar y secuenciar los genes putativos de las esterasas que se expresan en el canal alimentario por RT-PCR. Los resultados muestran que las esterasas expresadas en el canal alimentario fueron predominantemente del tipo de las carboxilesterasas. El R-(+)-?-pineno, S-(-)-?-pineno y S- (-)-?-pineno inducen la actividad de las esterasas en las células epiteliales del estomodeo y mesenterón, siendo su expresión mayor a las 24 h. Un total de siete loci putativos se expresaron D. valens, seis de ellos en el tracto digestivo de hembras y cinco en el de machos. Por último, el gen putativo de una esterasa de la hormona juvenil (JHE) expresado en las células epiteliales del tracto digestivo fue amplificado y un fragmento de 1346 pb de este gen secuenciado.