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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