Mechanisms of action of essential oils on  enzymes relevant to insect and nematode development

Martins, Mariana Barreto

Publication

Mechanisms of action of essential oils on enzymes relevant to insect and nematode development

2025-11-29Master thesis

datacite.subject.fos	Ciências Agrárias::Agricultura, Silvicultura e Pescas
datacite.subject.fos	Ciências Agrárias::Biotecnologia Agrária e Alimentar
datacite.subject.fos	Ciências Naturais::Ciências da Terra e do Ambiente
datacite.subject.fos	Ciências Naturais::Ciências Biológicas
dc.contributor.advisor	Castilho, Paula Cristina Machado Ferreira
dc.contributor.author	Martins, Mariana Barreto
dc.date.accessioned	2025-12-09T14:00:52Z
dc.date.available	2025-12-09T14:00:52Z
dc.date.issued	2025-11-29
dc.description.abstract	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.	eng
dc.description.abstract	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.	por
dc.identifier.tid	204058856
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10400.13/7497
dc.language.iso	eng
dc.relation	UID/00674/2025
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subject	Essential oils
dc.subject	Insects
dc.subject	Nematodes
dc.subject	Acetylcholinesterase
dc.subject	α-glucosidase
dc.subject	β-glucosidase
dc.subject	Óleos essenciais
dc.subject	Insetos
dc.subject	Nemátodos
dc.subject	Acetilcolinesterase
dc.subject	Applied Biochemistry
dc.subject	.
dc.subject	Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia
dc.title	Mechanisms of action of essential oils on enzymes relevant to insect and nematode development	eng
dc.type	master thesis
dspace.entity.type	Publication
thesis.degree.name	Master in Applied Biochemistry