Estudo da resistência de genótipos de soja à herbivoria de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae)

Abstract

La soja [Glycine max (L.) Merrill] posee una elevada importancia socioeconómica, siendo Brasil su principal productor y exportador. Sin embargo, este cultivo enfrenta desafíos debido a plagas como Spodoptera frugiperda (SF), que comprometen su productividad. El control químico, aunque ampliamente utilizado, favorece la aparición de plagas resistentes y genera impactos ambientales y sobre la salud. Para mitigar estos efectos, las plantas activan mecanismos de defensa, produciendo compuestos que afectan el desarrollo y el comportamiento de los insectos. El uso de cultivares resistentes es una estrategia clave para minimizar pérdidas, dado que dichas defensas varían según el genotipo, el órgano vegetal y el tipo de herbivoría, lo que hace crucial su identificación y comprensión en la interacción insecto-planta para mejorar la caracterización de la resistencia en soja. En este contexto, el presente estudio investigó la resistencia de cuatro genotipos cultivados de soja (PI 229358, IAC 100, BRS 257, IAC PL-1) y uno silvestre (PI 407270) frente a la herbivoría de SF, considerando los efectos de la domesticación. Se realizaron ensayos biológicos, análisis nutricionales y metabólicos en hojas jóvenes, maduras y dañadas en el estadio de desarrollo V3, antes y después de la inducción por SF. El perfil metabólico fue analizado mediante UHPLC-q-TOF-MS/MS, utilizando un enfoque no dirigido. PI 229358 e IAC 100 demostraron resistencia constitutiva, mientras que BRS 257, IAC PL-1 y PI 407270 presentaron tolerancia. Las hojas jóvenes concentraron compuestos como ácidos grasos insaturados, octadecanoides y diterpenos, mientras que las hojas maduras mostraron mayor abundancia de flavonoles y triterpenos. La herbivoría activó respuestas metabólicas, especialmente en las variedades resistentes y en la soja silvestre. Se anotaron biomarcadores de resistencia a SF, como derivados de quercetina, isoflavonas, triterpenoides, una cumarina, ácidos grasos y fitoprostanos. El estudio evidencia que la domesticación no eliminó completamente la resistencia y destaca la complejidad de los mecanismos de defensa de la soja, contribuyendo al mejoramiento de cultivares y a estrategias sostenibles de control de plagas.

Soybean (Glycine max (L.) Merrill) holds significant socioeconomic importance, with Brazil being its largest producer and exporter. However, this crop faces challenges due to pests such as Spodoptera frugiperda (SF), which compromise its productivity. Although chemical control is widely employed, its prolonged use promotes the emergence of resistant pests and causes adverse effects on health and the environment. To mitigate these impacts, plants activate defense mechanisms by producing compounds that affect insect development and behavior. The use of resistant cultivars is a strategic approach to minimize losses, as such defenses vary according to genotype, plant organ, and type of herbivory. Therefore, identifying and understanding these mechanisms in insect-plant interactions is crucial to improving soybean resistance characterization. This study investigated the resistance of four cultivated soybean genotypes (PI 229358, IAC 100, BRS 257, IAC PL-1) and one wild genotype (PI 407270) to SF herbivory, considering the effects of domestication. Biological assays, nutritional and metabolic analyses were conducted on young, mature, and injured leaves at the V3 developmental stage, both before and after SF induction. Metabolic profiling was performed using UHPLC-q-TOF-MS/MS with a non-targeted approach. PI 229358 and IAC 100 exhibited constitutive resistance, while BRS 257, IAC PL-1, and PI 407270 showed tolerance. Young leaves concentrated compounds such as unsaturated fatty acids, octadecanoids, and diterpenes, whereas mature leaves presented higher levels of flavonols and triterpenes. Herbivory triggered metabolic responses, particularly in resistant varieties and the wild soybean, suggesting systemic defense mechanisms. Resistance biomarkers to SF were identified, including quercetin derivatives, isoflavones, triterpenoids, a coumarin, fatty acids, and phytoprostanes. The study highlights that domestication has not entirely eliminated resistance and underscores the complexity of soybean defense mechanisms, contributing to the improvement of cultivars and sustainable pest control strategies.