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Mechanisms of action of essential oils on enzymes relevant to insect and nematode development
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 3.18 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Insects, such as the Mediterranean fruit fly (Medfly, Ceratitis capitata) and the
armyworm (Mynthimna unipuncta), and nematodes, such as the root-knot
nematode (RKN, Meloidogyne incognita) and the pine wood nematode (PWN,
Bursaphelenchus xylophilus), are major agricultural pests. Botanical pesticides
such as essential oils (EOs) have proven effective in controlling agricultural pests
due to their repellent, anti-feeding properties, etc. Therefore, the objective of this
study was to evaluate the potential of aromatic plants in controlling the pests C.
capitata, M. unipuncta, M. incognita, and B. xylophilus by studying their
mechanisms of action on the neural and digestive enzymes. This study focused on
the EOs of Origanum vulgare, Thymus vulgaris, Ocimum gratissimum, Mentha
pulegium, and Cinnamomum cassia, mainly composed of carvacrol, thymol,
eugenol, pulegone, and trans-cinnamaldehyde, respectively, as several studies
have mentioned their insecticidal and/or nematicidal effects. Theirinteractions with
enzymes relevant to insect and nematode development, namely
acetylcholinesterase (AChE), α- and β-glucosidase, were investigated using crude
enzyme extracts obtained from the selected species. Enzyme activity and soluble
protein content were quantified using standard assays, and SDS-PAGE was
performed to attempt protein identification. In vitro inhibition assays with the EOs
and their major components were then conducted to assess inhibitory activity and
provide insights into potential mechanisms of action. The results revealed that all
tested EOs inhibited AChE but had no effect on the digestive enzymes. Among the
EOs studied, M. pulegium EO showed the strongest inhibition of AChE in both Medfly
(IC50 = 0.022 mg/mL) and PWN (IC50 = 0.1209 mg/mL). C. cassia EO was particularly
effective against armyworm (IC₅₀ = 0.0020 mg/mL) and RKN (IC₅₀ = 0.0197 mg/mL).
These findings suggest that these EOs primarily exert their toxic effects through
interference with the nervous system, supporting their potential as sustainable
alternatives to synthetic pesticides in environmentally friendly pest management.
Insetos, como a mosca-da-fruta-mediterrânica (Ceratitis capitata) e a lagarta-das pastagens (Mynthimna unipuncta), e nemátodos, como o nemátodo-das-galhas (Meloidogyne incognita) e o nemátodo-da-madeira-do-pinheiro (Bursaphelenchus xylophilus), constituem pragas agrícolas de elevada importância. Os pesticidas botânicos, como os óleos essenciais (OEs), têm demonstrado eficácia no controlo de pragas agrícolas devido às suas propriedades repelentes, anti-feeding, etc. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o potencial de plantas aromáticas no controlo das pragas C. capitata, M. unipuncta, M. incognita e B. xylophilus, investigando os seus mecanismos de ação sobre enzimas neurais e digestivas. Este estudo centrou-se nos OEs de Origanum vulgare, Thymus vulgaris, Ocimum gratissimum, Mentha pulegium e Cinnamomum cassia, compostos maioritariamente por carvacrol, timol, eugenol, pulegona e trans-cinamaldeído, respetivamente, pois diversos estudos têm reportado os seus efeitos inseticidas e/ou nematicidas. Foram investigadas as interações destes OEs com enzimas relevantes para o desenvolvimento de insetos e nemátodos, nomeadamente acetilcolinesterase (AChE), α- e β-glucosidase, utilizando extratos enzimáticos brutos obtidos das espécies selecionadas. A atividade enzimática e o teor de proteínas solúveis foram quantificados através de ensaios padrão e realizou-se SDS-PAGE com o objetivo de identificar proteínas. Posteriormente, ensaios de inibição in vitro com os OEs permitiram avaliar a atividade inibitória e elucidar potenciais mecanismos de ação. Os resultados mostraram que todos os OEs testados inibiram a AChE, porém não afetaram as enzimas digestivas. Entre eles, o OE de M. pulegium apresentou a maior inibição da AChE tanto em adultos de C. capitata (IC50 = 0,022 mg/mL) quanto em B. xylophilus (IC50 = 0,1209 mg/mL), enquanto o OE de C. cassia foi particularmente eficaz contra a lagarta de M. unipuncta (IC₅₀ = 0,0020 mg/mL) e M. incognita (IC₅₀ = 0,0197 mg/mL). Estes resultados sugerem que os OEs estudados exercem a sua toxicidade sobretudo por interferência no sistema nervoso, reforçando o seu potencial como alternativas sustentáveis aos pesticidas sintéticos no controlo integrado de pragas.
Insetos, como a mosca-da-fruta-mediterrânica (Ceratitis capitata) e a lagarta-das pastagens (Mynthimna unipuncta), e nemátodos, como o nemátodo-das-galhas (Meloidogyne incognita) e o nemátodo-da-madeira-do-pinheiro (Bursaphelenchus xylophilus), constituem pragas agrícolas de elevada importância. Os pesticidas botânicos, como os óleos essenciais (OEs), têm demonstrado eficácia no controlo de pragas agrícolas devido às suas propriedades repelentes, anti-feeding, etc. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o potencial de plantas aromáticas no controlo das pragas C. capitata, M. unipuncta, M. incognita e B. xylophilus, investigando os seus mecanismos de ação sobre enzimas neurais e digestivas. Este estudo centrou-se nos OEs de Origanum vulgare, Thymus vulgaris, Ocimum gratissimum, Mentha pulegium e Cinnamomum cassia, compostos maioritariamente por carvacrol, timol, eugenol, pulegona e trans-cinamaldeído, respetivamente, pois diversos estudos têm reportado os seus efeitos inseticidas e/ou nematicidas. Foram investigadas as interações destes OEs com enzimas relevantes para o desenvolvimento de insetos e nemátodos, nomeadamente acetilcolinesterase (AChE), α- e β-glucosidase, utilizando extratos enzimáticos brutos obtidos das espécies selecionadas. A atividade enzimática e o teor de proteínas solúveis foram quantificados através de ensaios padrão e realizou-se SDS-PAGE com o objetivo de identificar proteínas. Posteriormente, ensaios de inibição in vitro com os OEs permitiram avaliar a atividade inibitória e elucidar potenciais mecanismos de ação. Os resultados mostraram que todos os OEs testados inibiram a AChE, porém não afetaram as enzimas digestivas. Entre eles, o OE de M. pulegium apresentou a maior inibição da AChE tanto em adultos de C. capitata (IC50 = 0,022 mg/mL) quanto em B. xylophilus (IC50 = 0,1209 mg/mL), enquanto o OE de C. cassia foi particularmente eficaz contra a lagarta de M. unipuncta (IC₅₀ = 0,0020 mg/mL) e M. incognita (IC₅₀ = 0,0197 mg/mL). Estes resultados sugerem que os OEs estudados exercem a sua toxicidade sobretudo por interferência no sistema nervoso, reforçando o seu potencial como alternativas sustentáveis aos pesticidas sintéticos no controlo integrado de pragas.
Description
Keywords
Essential oils Insects Nematodes Acetylcholinesterase α-glucosidase β-glucosidase Óleos essenciais Insetos Nemátodos Acetilcolinesterase Applied Biochemistry . Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia