Selection of Bacillus thuringiensis strains toxic to cotton boll weevil (Anthonomus grandis, Coleoptera: Curculionidae) larvae

Abstract

Preliminary bioassays with whole cultures (WC) of 124 Bacillus thuringiensis strains were performed with neonate larvae of Anthonomus grandis, a major cotton pest in Argentina and other regions of the Americas. Three exotic and four native strains were selected for causing more than 50% mortality. All of them were β-exotoxin producers. The native strains shared similar morphology of parasporal crystals, similar protein pattern and identical insecticidal gene profiles. These features resembled Lepidoptera-toxic strains. Furthermore, these strains showed a Rep-PCR pattern identical to lepidoptericidal strain HD-1, suggesting that these strains may belong to serovar kurstaki. However, some differences were observed in the plasmid profiles and in the production of β-exotoxin. To determine the culture fractions where the insecticidal metabolites were present, bioassays including resuspended spore-crystal pellets, filtered supernatants (FS) were compared with those of WC. Both fractions tested showed some level of insecticidal activity. The results may suggest that the main toxic factors can be found in FS and could be directly correlated with the presence of β-exotoxin. Based on the bioassays with FS and autoclaved FS, the participation of thermolabile virulence factors such as Cry1I in toxicity is neither discarded. In the selected strains, β-exotoxin would be the major associated virulence factor; therefore, their use in biological control of A. grandis should be restricted. Nevertheless, these strains could be the source of genes (e.g., cry1Ia) to produce transgenic cotton plants resistant to this pest.

Resumen

Se realizaron ensayos preliminares con cultivos completos de 124 cepas de Bacillus thuringiensis utilizando larvas neonatas de Anthonomus grandis, una plaga principal del algodón en Argentina y otras regiones de América. Se seleccionaron 3 cepas exóticas y 4 nativas por producir mortalidad superior al 50%, todas ellas productoras de β-exotoxina. Las cepas nativas presentan la misma morfología de cristales, un perfil de proteínas similar y los mismos genes insecticidas. Estas características hacen que se parezcan a cepas tóxicas para lepidópteros. Además, mostraron un perfil de Rep-PCR idéntico al de la cepa lepidoptericida HD-1, lo que indica que podrían pertenecer al serovar kurstaki. Sin embargo, se observaron diferencias en el perfil plasmídico y en la producción de β-exotoxina. Para determinar en qué fracción del cultivo se encontraban los metabolitos responsables de la toxicidad, se compararon los resultados de bioensayos en los que se utilizó biomasa, sobrenadante filtrado (SF) o cultivos completos. Ambas fracciones mostraron cierto grado de toxicidad. Los resultados indican que los principales factores tóxicos se encuentran en el sobrenadante y estarían directamente relacionados con la presencia de β-exotoxina. De acuerdo con los bioensayos de SF y SF autoclavado, no se descarta también la participación en la toxicidad de factores de virulencia termolábiles, como Cry1Ia. En las cepas seleccionadas, el principal factor de virulencia es la β-exotoxina, por lo que su uso debería restringirse para el control biológico de A. grandis. No obstante, estas podrían ser fuente de genes (p. ej., cry1Ia) para la producción de plantas de algodón transgénicas resistentes a dicha plaga.