Suppression of larval Colorado potato beetle growth and development by digestive proteinase inhibitors

Abstract

Evidence is presented that the Colorado potato beetle (CPB) (Leptinotarsa decemlineata (Say)) depends, at least partially, on cysteine proteinases for protein digestion. Midgut homogenates of CPB larvae have a mildly acidic pH and exhibit major proteolytic activity in the mildly acidic pH range. This proteolytic activity is activated by reducing agents, is inhibited by E‐64 (a specific cysteine proteinase inhibitor), and is not inhibited by serine proteinase inhibitors. In addition, consumption of E‐64 treated potato leaves by CPB larvae at rates as low as 0.8 μg/cm2 of leaf tissue has a deleterious effect on larval growth and development. Résumé Suppression par des inhibiteurs de protéinases intestinales, de la croissance et du développement des larves de doryphores Les protéinases intestinales des larves de Leptinotarsa decemlineata sont en partie caractérisées par les pH limitant leur activité, et par l'effet d'inhibiteurs de protéinases de spécificités connues. Les protéinases ont été testées avec la méthémoglobine tritiée comme substrat et nous avons déterminé les taux relatifs de peptides radioactives TCA solubles, libérées, dans des conditions précises, pour des pH compris entre 2,0 et 12,0. Le taux le plus élevé d'activité protéolytique a été observé pour des pH 5,0 à 6,0, bien qu'il y ait eu une activité appréciable aux pH 4,0 et 8,0. Parmi les inhibiteurs examinés, le E‐64, inhibiteur protéinase cystéine très sélectif, a été le plus efficace sur l'activité protéinase. La pepstatine, inhibiteur protéinase aspartique, a été actif, mais seulement dans une gamme plus moin de pH. Les inhibiteurs protéinase sérine, ont été pratiquement inactifs sur l'activité protéinase. Chez des larves de doryphores nourries de feuilles de pommes de terre traitées avec différentes concentrations de E‐64 ou de pepstatine, la consommation de E‐64 a retardé fortement la croissance larvaire et le développement, la pepstatine a provoqué un retard du développement plus limitée. Nos résultats suggèrent que le doryphore dépend, tout au moins partiellement, des protéinases cystéine pour l'assimilation des protéines.

Prior flea beetle herbivory affects oviposition preference and larval performance of a potato beetle on their shared host plant

“…Although no chemical tests were performed, results from studies on other solanaceous plants suggest that damage-induced chemicals may play a role in determining performance and preference in horsenettle. For instance, studies on potatoes, tomatoes, and tobacco have shown that herbivore damage can induce proteinase inhibitors and alkaloids that deter subsequent feeding and slow larval growth of even specialist insects like the Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata (Green & Ryan, 1972;Roddick, 1986;Wolfson & Murdock, 1987;Baldwin, 1988).…”

Proteomics comparison of aspartic protease enzyme in insects

“…Before finding APs in some insects like Coleoptera, it was proven that pepstatin, a powerful and specific inhibitor of APs, strongly inhibited proteolysis of the midgut enzymes of Colorado potato beetle, L. decemlineata, demonstrating that an AP was present in the midgut extracts (Wolfson and Murdock, 1987). In corn, cysteine protease has been shown to confer resistance to fall armyworm (Spodoptera frugiperda) via degradation of the peritrophic membrane of this chewing insect, which interferes with nutrient acquisition, ultimately killing the insect (Jiang et al, 1995;Pechan et al, 2002;Mohan et al, 2006).…”

Expression of cysteine proteinase inhibitor genes (OCI and OCII) in transformed potato (Solanum tuberosum L.) plants

“…1978) pokazao je značajnu inhibiciju rasta larvi krompirove zlatice (Wolfson & Murdock, 1987;Bolter & Latoszek-Green, 1997), kao i toksični efekat tokom razvića larvi drugih koleoptera (Murdock i sar. 1988;Oppert i sar.…”

“…Poznato je da krompirova zlatica digestivnu proteolizu bazira na cisteinskim i aspartatnim proteinazama (Wolfson & Murdock, 1987;Thie & Houseman, 1990; Michaud i sar. 1993) ali detektovana je i minorna digestivna aktivnost sa karakteristikama serinskih i metalo proteinaza (Novillo i sar.…”

“…1987), a neki, pored cisteinskih, koriste i druge klase proteinaza (Mochizuki, 1998). Krompirova zlatica, koja pripada koleopterama, digestiju proteina bazira na serinskim, cisteinskim i aspartatnim proteinazama (Wolfson & Murdock, 1987;Thie & Houseman, 1990;Michaud i sar. 1993;Brunelle i sar.…”