Efectos subletales de los insecticidas clorpirifós y acetamiprid en sistemas enzimáticos de cydia pomonella (L.) (lepidoptera : tortricidae) del Valle de Rio Negro y Neuquén

Abstract

Para el control de la principal plaga de los frutos de pepita, Cydia pomonella (Linneaus) (Lepidoptera: Tortricidae) y otros insectos plaga se utilizan diversas familias de insecticidas, entre ellas, los organofosforados (OFs) y los neonicotinoides (NNs). Al momento de controlar la plaga, el estadio fisiológico de la población de insectos puede ser heterogéneo y la dosis que es letal para un estadio puede resultar subletal para otro. Por lo tanto, una proporción de individuos resulta estresada por el insecticida pero es capaz de sobrevivir. El estrés puede causar un aumento tanto en la tasa de mutaciones como en la actividad del sistema detoxificante, lo cual conduce al desarrollo de resistencia. El estadio blanco de control químico de C. pomonella son las larvas neonatas, las cuales coexisten con los adultos al momento de la aplicación de insecticidas. Dado que las concentraciones necesarias para el control de neonatas es muy inferior al requerido para adultos, estos últimos quedan expuestos a concentraciones subletales. Los objetivos de este trabajo fueron evaluar en poblaciones de campo los mecanismos convencionales de resistencia y los efectos sobre los mecanismos de defensa contra el estrés oxidativo producido por el OF clorpirifós y el NN acetamiprid. Se trabajó con adultos susceptibles a insecticidas de C. pomonella (CSL), cepa usada como referencia, provista por el insectario del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria Alto Valle. También se estudiaron dos poblaciones de campo (PC1 y PC2), recolectadas en montes frutales de la localidad de Villa Regina (Río Negro, Argentina). Los resultados no evidenciaron diferencias significativas en CL 50 y CL 95 de clorpirifós entre CSL y ambas poblaciones de campo. Tampoco se observaron diferencias significativas en la toxicidad de acetamiprid, a nivel de la CL 50 , entre CSL y PC1. Sin embargo, la CL 95 para acetamiprid fue significativamente superior a la determinada en CSL (seis veces mayor). En los estudios in vitro, no se encontraron diferencias en las actividades residuales AChE en presencia de propoxur entre CSL y PC1 que sugieran la existencia de mutaciones en la AChE (p > 0,05). Por otro lado, no se observaron diferencias significativas en las actividades basales AChE en la CSL, PC1 y PC2 (p> 0,05). En la exposición in vivo a concentraciones subletales de clorpirifós se inhibió la actividad AChE en una forma que dependió de la concentración. En ambas poblaciones de campo, las actividades basales CarE y CYP450 fueron significativamente superiores a las determinadas en CSL (p < 0,05). El resto de las enzimas estudiadas y el contenido de GSH no mostraron diferencias significativas entre los grupos controles de PC1 y PC2 con la cepa de referencia (p > 0,05). Tanto CSL como PC1 y PC2 mostraron un aumento en la actividad CarE, con respecto a sus actividades basales, a las concentraciones subletales más bajas de clorpirifós. Sin embargo, este incremento solo fue significativo en CSL (p < 0,05). La caracterización cualitativa de las CarE obtenida de la corrida electroforética de geles nativos de poliacrilamida mostró la presencia de dos isoformas para CSL y cuatro isoformas para PC1. A partir de la concentración 3,9 mg/L de clorpirifós todas las isoformas de CarE fueron completamente inhibidas, coincidiendo con los resultados cuantitativos de actividad. La actividad CYP450 determinada en CSL no fue significativamente afectada por las concentraciones de clorpirifós (p > 0,05). Por el contrario, todos los tratamientos con clorpirifós en adultos de PC1 y PC2 produjeron una disminución en la actividad de esta enzima, la cual fue significativa en algunas de las concentraciones más altas (p < 0,05). La exposición in vivo de adultos de CSL y PC1 a acetamiprid produjo un aumento en la actividad CYP450 a las concentraciones más altas, con cambios significativos para los grupos de PC1 tratados con acetamiprid (p < 0,05). Las actividades GST determinadas en la CSL y PC1 no fueron afectadas por el clorpirifós. Por el contrario, se observó una disminución significativa en la actividad de esta enzima en adultos de PC2 expuestos a algunas concentraciones de clorpirifós, respecto al grupo control. En general, la actividad GST no fue afectada por la exposición a acetamiprid, tanto en CSL como PC1 (p > 0,05). La actividad CAT no fue en general afectada por la exposición a clorpirifós, con la excepción de una disminución significativa (p < 0,05) de la actividad en los adultos de PC2. De la misma manera, la exposición de CSL y PC1 a acetamiprid no produjo cambios significativos en la actividad CAT, con la excepción de adultos de PC1 tratados con el insecticida. La exposición de CSL y PC1 a clorpirifós no produjo cambios significativos en la actividad SOD (p > 0,05). Por último, el contenido de GSH fue significativamente afectado en los adultos de CSL, PC1 y PC2 tratados con algunas concentraciones de clorpirifós y acetamiprid, en comparación a sus respectivos controles. En conclusión, los resultados presentes indicaron susceptibilidad de adultos de PC1 y PC2 al OF clorpirifós y de PC1 al NN acetamiprid. Aun así, la actividad basal CarE y CYP450 fue entre 2 y 4 veces superior a la observada en CSL, ambos mecanismos previamente asociados a resistencia a metil azinfos, acetamiprid y tiacloprid en larvas neonatas de dichas poblaciones. Los resultados de este trabajo sugieren que las actividades AChE y CarE fueron las más afectadas por el clorpirifós en CSL y en las dos poblaciones de campo. En general, el sistema antioxidante de CSL, PC1 y PC2 no mostró cambios significativos por la exposición a clorpirifós y acetamiprid. La mayor actividad CarE en ambas poblaciones de campo podría poner en riesgo el uso actual de insecticidas que contienen grupos hidrolizables en sus estructuras como el novalurón, clorantraniliprole, spinetoram, metoxifenocide y abamectina.

Organophosphates (OPs) and neonicotinoids (NNs) have been the most important classes of insecticides used to control the main pest of pome fruits codling moth, Cydia pomonella (Linneaus) (Lepidoptera: Tortricidae) and other ones. At the time of pest control, the physiological state of an insect population might be non-uniform and therefore, a concentration that is lethal to one physiological state of the species might be sublethal to another. Among other differences, the detoxification capacity varies with developmental stage. Moreover, the stress caused by the pesticide might enhance both the mutation rates and the activity of the detoxification system, which might lead to pesticide resistance. The control program of codling moth is intended to neonate larvae. However, adults may be subjected to sublethal pesticide concentrations because they coexist all together at the application time. The objective of this study was to evaluate in field populations both conventional resistance mechanisms and defense mechanisms to the oxidative stress induced by the OP chlorpyrifos and the NN acetamiprid. The study was carried out with susceptible adults from C. pomonella (CSL) which was used as reference strain, provided by the insectarium of the National Agricultural Technology Institute Alto Valle, and two field populations (PC1 and PC2) which were collected from a small-scale farmer in the valley at the locality of Villa Regina (Río Negro, Argentina). The results showed no significant difference in chlorpyrifos LC50 and LC95 between CSL and both field populations. The acetamiprid toxicity did not showed significant differences comparing CL50 values from CSL and PC1. However, LC95 was significantly greater than determined in CSL (six fold). The residual AChE activities after in vitro inhibition with propoxur showed no significant differences between CSL and PC1 suggesting the absence of mutations in AChE (p > 0.05). Moreover, AChE activities from control groups of CSL, PC1 and PC2 were not statistically significant (p > 0.05). In vivo exposure showed a concentration-dependent inhibition of AChE by chlorpyrifos sublethal concentrations. The CarE and CYP450 basal activities from both field populations were significantly higher than the one from CSL (p < 0.05). The other enzymes studied and GSH content showed no significant differences between PC1 and PC2 controls groups to CSL (p > 0.05). Fields populations and reference strain showed an increase in CarE basal activities when were exposed at lower chlorpyrifos sub-lethal concentrations. However, this increase was only significant in CSL (p < 0.05). The use of native polyacrylamide gels for Car Equalitatively characterization CarE showed the presence of two isoforms from CSL and four isoforms from PC1. Moreover, all CarE isoforms were completely inhibited from the 3.9 mg/L chlorpyrifos concentration and this result is correlated with quantitative results. ECOD activities from CSL were not affected by chlorpyrifos concentrations (p > 0.05). On the other hand, ECOD activities from PC1 and PC2 exposed to chlorpyrifos concentrations showed a trend towards a decrease, at the same time some of the activities were statistically significant especially at high chlorpyrifos concentrations (p < 0.05). Adults from CSL and PC1 exposed in vivo to acetamiprid revealed an increase in the ECOD activities at high concentrations with significant changes in PC1 groups (p < 0.05). GST activities from CSL and PC1 were not affected by chlorpyrifos. Conversely, a significant decrease in the enzyme activity from PC2 adults exposed to chlorpyrifos to some concentrations was observed. In general, GST activity was not affected by exposure to acetamiprid in both CSL and PC1 (p > 0.05). In general, CAT activity was not affected by exposure to chlorpyrifos, with the exception of a significant decrease (p < 0.05) in the activity from PC2 adults. In the same way, exposure of CSL and PC1 to acetamiprid exhibited no significant changes in CAT activity, except PC1 adults treated with this insecticide. SOD activity from PC1 and CSL were not affected by chlorpyrifos concentrations (p > 0.05). Finally, GSH content was significantly affected in CSL, PC1 and PC2 adults treated with some chlorpyrifos and acetamiprid concentrations, compared to their respective controls. In conclusion, the results from the current study indicate that adults from PC1 and PC2 were susceptible to chlorpyrifos and adults from PC1 to acetamiprid. Even so, the CYP450 and CarE basal activity was 2- to 4- fold higher than CSL. Previously, both mechanisms were associated with azinphos methyl, acetamiprid and thiacloprid resistance in neonate larvae from these populations. Furthermore, the results of this work suggested that AChE and CarE activities were the most affected by chlorpyrifos from CSL and the two field populations. In general, the antioxidant system of CSL, PC1 and PC2 did not showed changes to chlorpyrifos and acetamiprid exposure. The increase CarE activity in both field populations could cause exposure risk in the current use of insecticides such as novaluron, chlorantraniliprole, spynetoram, methoxyfenozide and abamectin which contain hydrolyzed groups in their chemical structures.