Publicação: Estratégias para uso de genes inseticidas em Bacillus thuringiensis: expressão heteróloga e a análises genômicas
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CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::FITOSSANIDADE::MICROBIOLOGIA AGRICOLA
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A demanda por métodos mais sustentáveis de controle de pragas agrícolas tem
impulsionado o desenvolvimento de bioinseticidas baseados em Bacillus thuringiensis
(Bt), uma bactéria capaz de produzir proteínas inseticidas altamente específicas e
biodegradáveis. No entanto, o espectro restrito de ação de algumas toxinas e o surgimento
de populações de insetos resistentes tornam necessário expandir a diversidade de
proteínas inseticidas disponíveis. Nesta dissertação, foram avaliadas estratégias
complementares para ampliar o uso de genes inseticidas em Bt, combinando análises
genômicas de cepas para prospecção de novos genes com a transformação genética
visando à expressão heteróloga de múltiplas toxinas. Foram analisados 25 genomas de Bt
disponíveis no GenBank-NCBI, revelando que 52% das cepas possuem genes inseticidas
conhecidos, enquanto 48% não apresentaram genes identificáveis, sugerindo diversidade
ainda inexplorada. Foram identificadas 64 toxinas, majoritariamente do tipo Cry, com
diferentes distribuições em cromossomos e plasmídeos, destacando cepas promissoras
como IBL200, NB-176, BMP144 e C15 para desenvolvimento de novos bioinseticidas.
Em uma segunda etapa, foi realizada a transformação genética da cepa Bt subsp. kurstaki
HD-1 com um cassete policistrônico contendo os genes cyt2Aa, cry3Bb1 e cry9Ca1,
construído no plasmídeo pHT01 e propagado em Escherichia coli antes da transferência
para Bt por eletroporação. Protocolos para preparação de células competentes e
eletroporação foram otimizados, e a integração dos genes foi confirmada por PCR. A
transformação bem-sucedida da cepa HD-1 com múltiplos genes inseticidas representa
um passo importante para o desenvolvimento de bioinseticidas com espectro ampliado de
ação, contribuindo para o manejo integrado de pragas do tomateiro com menor
dependência de inseticidas químicos.
Abstract
The demand for more sustainable methods of agricultural pest control has driven the
development of bioinsecticides based on Bacillus thuringiensis (Bt), a bacterium capable
of producing highly specific and biodegradable insecticidal proteins. However, the
narrow spectrum of action of some toxins and the emergence of resistant insect
populations highlight the need to expand the diversity of available insecticidal proteins.
This dissertation evaluated complementary strategies to enhance the use of insecticidal
genes in Bt by combining genomic analyses of strains for the discovery of new genes with
genetic transformation aimed at heterologous expression of multiple toxins. Twenty-five
Bt genomes available in the GenBank-NCBI database were analyzed, revealing that 52%
of the strains carry known insecticidal genes, while 48% showed no identifiable genes,
suggesting unexplored diversity. A total of 64 toxins were identified, mainly Cry proteins,
with diverse chromosomal and plasmid distributions, highlighting promising strains such
as IBL200, NB-176, BMP144, and C15 for the development of new bioinsecticides. In a
second stage, genetic transformation of B. thuringiensis subsp. kurstaki HD-1 was
performed using a polycistronic cassette containing the cyt2Aa, cry3Bb1, and cry9Ca1
genes, cloned into the pHT01 plasmid and propagated in Escherichia coli before transfer
to Bt by electroporation. Protocols for competent cell preparation and electroporation
were optimized, and gene integration was confirmed by PCR. The successful
transformation of the HD-1 strain with multiple insecticidal genes represents an important
step toward developing bioinsecticides with an expanded spectrum of action, supporting
integrated pest management for tomato crops with reduced reliance on chemical
insecticides.
Palavras-chave
bioinseticidas, genômica comparativa, eletroporação, proteínas inseticidas
Citação
BALDIN, Beatriz. Estratégias para uso de genes inseticidas em Bacillus thuringiensis: expressão heteróloga e análises genômicas. 2025. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) – Universidade Federal de Uberlândia, Patos de Minas, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.390.
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