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Activité biologique de la poudre de graines de chou et de ses composés comme larvicide respectueux de l'environnement contre les moustiques

Pour efficacementcontrôler les moustiqueset réduire l'incidence des maladies qu'ils véhiculent, des alternatives stratégiques, durables et respectueuses de l'environnement aux pesticides chimiques sont nécessaires.Nous avons évalué les tourteaux de graines de certaines Brassicacées (famille des Brassica) comme source d'isothiocyanates d'origine végétale produits par hydrolyse enzymatique de glucosinolates biologiquement inactifs destinés à être utilisés dans la lutte contre l'Aedes égyptien (L., 1762).Farine de graines cinq dégraissées (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 et Thlaspi arvense – trois principaux types d'inactivation thermique et de dégradation enzymatique Chimique produits Pour déterminer la toxicité (CL50) de l'isothiocyanate d'allyle, de l'isothiocyanate de benzyle et du 4-hydroxybenzylisothiocyanate pour les larves d'Aedes aegypti à une exposition de 24 heures = 0,04 g/120 ml dH2O).Valeurs LC50 pour la moutarde, la moutarde blanche et la prêle.la farine de graines était respectivement de 0,05, 0,08 et 0,05 par rapport à l'isothiocyanate d'allyle (CL50 = 19,35 ppm) et à 4. L'hydroxybenzylisothiocyanate (CL50 = 55,41 ppm) était plus toxique pour les larves 24 heures après le traitement que 0,1 g/120 ml de dH2O respectivement.Ces résultats sont cohérents avec la production de farine de graines de luzerne.L'efficacité plus élevée des esters benzyliques correspond aux valeurs CL50 calculées.L’utilisation de farine de graines peut constituer une méthode efficace de lutte contre les moustiques.l'efficacité de la poudre de graines de crucifères et de ses principaux composants chimiques contre les larves de moustiques et montre comment les composés naturels contenus dans la poudre de graines de crucifères peuvent servir de larvicide prometteur et respectueux de l'environnement pour la lutte contre les moustiques.
Les maladies à transmission vectorielle causées par les moustiques Aedes restent un problème majeur de santé publique à l’échelle mondiale.L’incidence des maladies transmises par les moustiques s’étend géographiquement1,2,3 et réapparaît, entraînant des épidémies de maladies graves4,5,6,7.La propagation de maladies parmi les humains et les animaux (par exemple le chikungunya, la dengue, la fièvre de la Vallée du Rift, la fièvre jaune et le virus Zika) est sans précédent.La dengue à elle seule expose environ 3,6 milliards de personnes au risque d’infection sous les tropiques, avec environ 390 millions d’infections par an, entraînant entre 6 100 et 24 300 décès par an8.La réapparition et l’épidémie du virus Zika en Amérique du Sud ont attiré l’attention du monde entier en raison des lésions cérébrales qu’il provoque chez les enfants nés de femmes infectées2.Kremer et al 3 prédisent que l'aire de répartition géographique des moustiques Aedes continuera de s'étendre et que d'ici 2050, la moitié de la population mondiale sera exposée au risque d'infection par des arbovirus transmis par les moustiques.
À l’exception des vaccins récemment développés contre la dengue et la fièvre jaune, les vaccins contre la plupart des maladies transmises par les moustiques n’ont pas encore été développés9,10,11.Les vaccins sont encore disponibles en quantités limitées et ne sont utilisés que dans le cadre d’essais cliniques.La lutte contre les moustiques vecteurs à l’aide d’insecticides synthétiques constitue une stratégie clé pour contrôler la propagation des maladies transmises par les moustiques12,13.Bien que les pesticides synthétiques soient efficaces pour tuer les moustiques, leur utilisation continue affecte négativement les organismes non ciblés et pollue l’environnement14,15,16.Plus alarmante encore est la tendance à la résistance croissante des moustiques aux insecticides chimiques17,18,19.Ces problèmes liés aux pesticides ont accéléré la recherche d’alternatives efficaces et respectueuses de l’environnement pour lutter contre les vecteurs de maladies.
Diverses plantes ont été développées comme sources de phytopesticides pour lutter contre les ravageurs20,21.Les substances végétales sont généralement respectueuses de l’environnement car elles sont biodégradables et présentent une toxicité faible ou négligeable pour les organismes non ciblés tels que les mammifères, les poissons et les amphibiens20,22.Les préparations à base de plantes sont connues pour produire une variété de composés bioactifs dotés de différents mécanismes d’action pour contrôler efficacement les différents stades de vie des moustiques23,24,25,26.Les composés d’origine végétale tels que les huiles essentielles et autres ingrédients végétaux actifs ont attiré l’attention et ouvert la voie à des outils innovants pour lutter contre les vecteurs de moustiques.Les huiles essentielles, les monoterpènes et les sesquiterpènes agissent comme répulsifs, dissuasifs et ovicides27,28,29,30,31,32,33.De nombreuses huiles végétales provoquent la mort des larves, des pupes et des adultes de moustiques34,35,36, affectant les systèmes nerveux, respiratoire, endocrinien et autres systèmes importants des insectes37.
Des études récentes ont donné un aperçu de l’utilisation potentielle des plants de moutarde et de leurs graines comme source de composés bioactifs.La farine de graines de moutarde a été testée comme biofumigant38,39,40,41 et utilisée comme amendement du sol pour la suppression des mauvaises herbes42,43,44 et le contrôle des pathogènes végétaux présents dans le sol45,46,47,48,49,50 et la nutrition des plantes.nématodes 41, 51, 52, 53, 54 et ravageurs 55, 56, 57, 58, 59, 60. L'activité fongicide de ces poudres de graines est attribuée à des composés protecteurs des plantes appelés isothiocyanates38,42,60.Chez les plantes, ces composés protecteurs sont stockés dans les cellules végétales sous forme de glucosinolates non bioactifs.Cependant, lorsque les plantes sont endommagées par l’alimentation d’insectes ou par une infection pathogène, les glucosinolates sont hydrolysés par la myrosinase en isothiocyanates bioactifs55,61.Les isothiocyanates sont des composés volatils connus pour avoir une activité antimicrobienne et insecticide à large spectre, et leur structure, leur activité biologique et leur contenu varient considérablement selon les espèces de Brassicaceae42,59,62,63.
Bien que les isothiocyanates dérivés de la farine de graines de moutarde soient connus pour avoir une activité insecticide, les données sur l'activité biologique contre les arthropodes vecteurs médicalement importants font défaut.Notre étude a examiné l'activité larvicide de quatre poudres de graines dégraissées contre les moustiques Aedes.Larves d'Aedes aegypti.Le but de l’étude était d’évaluer leur utilisation potentielle comme biopesticides respectueux de l’environnement pour lutter contre les moustiques.Trois composants chimiques majeurs de la farine de graines, l'isothiocyanate d'allyle (AITC), l'isothiocyanate de benzyle (BITC) et le 4-hydroxybenzylisothiocyanate (4-HBITC), ont également été testés pour tester l'activité biologique de ces composants chimiques sur les larves de moustiques.Il s'agit du premier rapport évaluant l'efficacité de quatre poudres de graines de chou et de leurs principaux composants chimiques contre les larves de moustiques.
Les colonies de laboratoire d'Aedes aegypti (souche Rockefeller) ont été maintenues à 26 ° C, 70% d'humidité relative (HR) et 10h14 h (photopériode L: D).Les femelles accouplées ont été hébergées dans des cages en plastique (hauteur 11 cm et diamètre 9, 5 cm) et nourries via un système d'alimentation au biberon utilisant du sang bovin citraté (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA).L'alimentation en sang a été réalisée comme d'habitude à l'aide d'un distributeur multi-verres à membrane (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA) connecté à un tube de bain-marie à circulation (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) avec température contrôle 37 °C.Étirez un film de Parafilm M sur le fond de chaque chambre d'alimentation en verre (surface 154 mm2).Chaque mangeoire était ensuite placée sur la grille supérieure recouvrant la cage contenant la femelle en cours d'accouplement.Environ 350 à 400 µl de sang bovin ont été ajoutés à un entonnoir en verre à l'aide d'une pipette Pasteur (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) et les vers adultes ont été laissés s'égoutter pendant au moins une heure.Les femelles enceintes ont ensuite reçu une solution à 10 % de saccharose et ont pu pondre sur du papier filtre humide tapissé de tasses individuelles à soufflé ultra-transparentes (taille de 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, USA).cage avec de l'eau.Placer le papier filtre contenant les œufs dans un sac scellé (SC Johnsons, Racine, WI) et conserver à 26°C.Les œufs ont éclos et environ 200 à 250 larves ont été élevées dans des plateaux en plastique contenant un mélange de nourriture pour lapin (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) et de poudre de foie (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, ETATS-UNIS).et filet de poisson (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Allemagne) dans un rapport de 2:1:1.Des larves de la fin du troisième stade ont été utilisées dans nos essais biologiques.
Les graines végétales utilisées dans cette étude ont été obtenues auprès des sources commerciales et gouvernementales suivantes : Brassica juncea (moutarde brune-Pacific Gold) et Brassica juncea (moutarde blanche-Ida Gold) de la Pacific Northwest Farmers 'Cooperative, État de Washington, États-Unis ;(Garden Cress) de Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, États-Unis et Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) de l'USDA-ARS, Peoria, IL, États-Unis ;Aucune des graines utilisées dans l’étude n’a été traitée avec des pesticides.Tous les matériels de semences ont été traités et utilisés dans cette étude conformément aux réglementations locales et nationales et en conformité avec toutes les réglementations locales et nationales pertinentes.Cette étude n’a pas examiné les variétés végétales transgéniques.
Les graines de Brassica juncea (PG), de luzerne (Ls), de moutarde blanche (IG), de Thlaspi arvense (DFP) ont été broyées en une poudre fine à l'aide d'un broyeur ultracentrifuge Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Allemagne) équipé d'un maillage de 0,75 mm et d'acier inoxydable. rotor en acier, 12 dents, 10 000 tr/min (tableau 1).La poudre de graines broyées a été transférée dans un dé à coudre en papier et dégraissée à l'hexane dans un appareil Soxhlet pendant 24 h.Un sous-échantillon de moutarde des champs dégraissée a été traité thermiquement à 100 °C pendant 1 h pour dénaturer la myrosinase et empêcher l'hydrolyse des glucosinolates pour former des isothiocyanates biologiquement actifs.La poudre de graines de prêle traitée thermiquement (DFP-HT) a été utilisée comme contrôle négatif en dénaturant la myrosinase.
La teneur en glucosinolates de la farine de graines dégraissées a été déterminée en triple par chromatographie liquide à haute performance (HPLC) selon un protocole publié précédemment 64 .En bref, 3 ml de méthanol ont été ajoutés à un échantillon de 250 mg de poudre de graines dégraissées.Chaque échantillon a été soniqué dans un bain-marie pendant 30 minutes et laissé dans l'obscurité à 23°C pendant 16 heures.Une aliquote de 1 ml de la couche organique a ensuite été filtrée à travers un filtre de 0,45 µm dans un échantillonneur automatique.Fonctionnant sur un système HPLC Shimadzu (deux pompes LC 20AD ; échantillonneur automatique SIL 20A ; dégazeur DGU 20As ; détecteur UV-VIS SPD-20A pour la surveillance à 237 nm ; et module de bus de communication CBM-20A), la teneur en glucosinolate de la farine de graines a été déterminée. en trois exemplaires .en utilisant le logiciel Shimadzu LC Solution version 1.25 (Simadzu Corporation, Columbia, MD, USA).La colonne était une colonne à phase inverse C18 Inertsil (250 mm × 4,6 mm ; RP C-18, ODS-3, 5u ; GL Sciences, Torrance, CA, USA).Les conditions initiales de la phase mobile ont été fixées à 12 % de méthanol/88 % d'hydroxyde de tétrabutylammonium 0,01 M dans l'eau (TBAH ; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) avec un débit de 1 ml/min.Après injection de 15 µl d'échantillon, les conditions initiales ont été maintenues pendant 20 minutes, puis le ratio de solvant a été ajusté à 100 % de méthanol, avec une durée totale d'analyse de l'échantillon de 65 minutes.Une courbe standard (basée sur nM / mAb) a été générée par des dilutions en série d'étalons de sinapine, de glucosinolate et de myrosine fraîchement préparés (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) pour estimer la teneur en soufre de la farine de graines dégraissée.glucosinolates.Les concentrations de glucosinolates dans les échantillons ont été testées sur une HPLC Agilent 1100 (Agilent, Santa Clara, CA, USA) en utilisant la version OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]) équipée de la même colonne et en utilisant une méthode décrite précédemment.Les concentrations de glucosinolate ont été déterminées ;être comparable entre les systèmes HPLC.
L'isothiocyanate d'allyle (94 %, stable) et l'isothiocyanate de benzyle (98 %) ont été achetés auprès de Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).Le 4-hydroxybenzylisothiocyanate a été acheté auprès de ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA).Lorsqu'ils sont hydrolysés de manière enzymatique par la myrosinase, les glucosinolates, les glucosinolates et les glucosinolates forment respectivement l'isothiocyanate d'allyle, l'isothiocyanate de benzyle et le 4-hydroxybenzylisothiocyanate.
Les essais biologiques en laboratoire ont été réalisés selon la méthode de Muturi et al.32 avec modifications.Cinq aliments à base de graines faibles en gras ont été utilisés dans l'étude : DFP, DFP-HT, IG, PG et Ls.Vingt larves ont été placées dans un bécher à trois voies jetable de 400 ml (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA) contenant 120 ml d'eau déminéralisée (dH2O).Sept concentrations de farine de graines ont été testées pour la toxicité des larves de moustiques : 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 et 0,12 g de farine de graines/120 ml de dH2O pour la farine de graines DFP, DFP-HT, IG et PG.Des essais biologiques préliminaires indiquent que la farine de graines Ls dégraissée est plus toxique que quatre autres farines de graines testées.Par conséquent, nous avons ajusté les sept concentrations de traitement de farine de graines de Ls aux concentrations suivantes : 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 et 0,075 g/120 mL de dH2O.
Un groupe témoin non traité (dH20, sans supplément de farine de graines) a été inclus pour évaluer la mortalité normale des insectes dans les conditions d'essai.Les essais biologiques toxicologiques pour chaque farine de graines comprenaient trois béchers répétés à trois pentes (20 larves de la fin du troisième stade par bécher), pour un total de 108 flacons.Les conteneurs traités ont été stockés à température ambiante (20-21°C) et la mortalité larvaire a été enregistrée pendant 24 et 72 heures d'exposition continue aux concentrations de traitement.Si le corps et les appendices du moustique ne bougent pas lorsqu'ils sont percés ou touchés avec une fine spatule en acier inoxydable, les larves de moustiques sont considérées comme mortes.Les larves mortes restent généralement immobiles en position dorsale ou ventrale au fond du récipient ou à la surface de l'eau.L'expérience a été répétée trois fois à des jours différents en utilisant différents groupes de larves, pour un total de 180 larves exposées à chaque concentration de traitement.
La toxicité de l'AITC, du BITC et du 4-HBITC pour les larves de moustiques a été évaluée à l'aide de la même procédure de test biologique mais avec des traitements différents.Préparez des solutions mères de 100 000 ppm pour chaque produit chimique en ajoutant 100 µL du produit chimique à 900 µL d’éthanol absolu dans un tube à centrifuger de 2 mL et en agitant pendant 30 secondes pour bien mélanger.Les concentrations de traitement ont été déterminées sur la base de nos essais biologiques préliminaires, qui ont révélé que le BITC était beaucoup plus toxique que l'AITC et le 4-HBITC.Pour déterminer la toxicité, 5 concentrations de BITC (1, 3, 6, 9 et 12 ppm), 7 concentrations d'AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 et 35 ppm) et 6 concentrations de 4-HBITC (15 , 15, 20, 25, 30 et 35 ppm).30, 45, 60, 75 et 90 ppm).Le traitement témoin a été injecté avec 108 µL d’éthanol absolu, ce qui équivaut au volume maximum du traitement chimique.Les essais biologiques ont été répétés comme ci-dessus, exposant un total de 180 larves par concentration de traitement.La mortalité larvaire a été enregistrée pour chaque concentration d'AITC, BITC et 4-HBITC après 24 h d'exposition continue.
L'analyse probit de 65 données de mortalité liées à la dose a été réalisée à l'aide du logiciel Polo (Polo Plus, LeOra Software, version 1.0) pour calculer la concentration létale à 50 % (CL50), la concentration létale à 90 % (CL90), la pente, le coefficient de dose létale et 95 %. % de concentration létale.sur la base des intervalles de confiance pour les rapports de dose létale pour les courbes de concentration transformées en log et dose-mortalité.Les données de mortalité sont basées sur des données répétées combinées de 180 larves exposées à chaque concentration de traitement.Des analyses probabilistes ont été effectuées séparément pour chaque farine de graines et chaque composant chimique.Sur la base de l'intervalle de confiance de 95 % du rapport de dose létale, la toxicité de la farine de graines et des constituants chimiques pour les larves de moustiques a été considérée comme étant significativement différente, de sorte qu'un intervalle de confiance contenant une valeur de 1 n'était pas significativement différent, P = 0,0566.
Les résultats HPLC pour la détermination des principaux glucosinolates dans les farines de graines dégraissées DFP, IG, PG et Ls sont répertoriés dans le tableau 1. Les principaux glucosinolates dans les farines de graines testées variaient à l'exception du DFP et du PG, qui contenaient tous deux des glucosinolates de myrosinase.La teneur en myrosinine du PG était plus élevée que celle du DFP, respectivement de 33,3 ± 1,5 et 26,5 ± 0,9 mg/g.La poudre de graines Ls contenait 36,6 ± 1,2 mg/g de glucoglycone, tandis que la poudre de graines IG contenait 38,0 ± 0,5 mg/g de sinapine.
Les larves d'Ae.Les moustiques Aedes aegypti ont été tués lorsqu'ils ont été traités avec de la farine de graines dégraissées, bien que l'efficacité du traitement variait en fonction de l'espèce végétale.Seul le DFP-NT n'était pas toxique pour les larves de moustiques après 24 et 72 h d'exposition (Tableau 2).La toxicité de la poudre de graines active augmentait avec l'augmentation de la concentration (Fig. 1A, B).La toxicité de la farine de graines pour les larves de moustiques variait considérablement en fonction de l'IC à 95 % du rapport de dose létale des valeurs CL50 lors d'évaluations sur 24 heures et 72 heures (Tableau 3).Après 24 heures, l'effet toxique de la farine de graines Ls était supérieur à celui des autres traitements de farine de graines, avec l'activité la plus élevée et la toxicité maximale pour les larves (CL50 = 0,04 g/120 ml de dH2O).Les larves étaient moins sensibles au DFP après 24 heures par rapport aux traitements en poudre de graines IG, Ls et PG, avec des valeurs CL50 de 0,115, 0,04 et 0,08 g/120 ml dH2O respectivement, qui étaient statistiquement supérieures à la valeur CL50.0,211 g/120 ml de dH2O (tableau 3).Les valeurs CL90 de DFP, IG, PG et Ls étaient respectivement de 0,376, 0,275, 0,137 et 0,074 g/120 ml de dH2O (Tableau 2).La concentration la plus élevée de DPP était de 0,12 g/120 ml de dH2O.Après 24 heures d'évaluation, la mortalité moyenne des larves n'était que de 12 %, tandis que la mortalité moyenne des larves IG et PG atteignait respectivement 51 % et 82 %.Après 24 heures d'évaluation, la mortalité larvaire moyenne pour la concentration la plus élevée de traitement de farine de graines Ls (0,075 g/120 ml de dH2O) était de 99 % (Fig. 1A).
Les courbes de mortalité ont été estimées à partir de la dose-réponse (Probit) d'Ae.Larves égyptiennes (larves de 3e stade) à la concentration de farine de graines 24 heures (A) et 72 heures (B) après le traitement.La ligne pointillée représente la CL50 du traitement à base de farine de graines.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Thlaspi arvense inactivé par la chaleur, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Lors d'une évaluation de 72 heures, les valeurs CL50 des farines de graines DFP, IG et PG étaient respectivement de 0,111, 0,085 et 0,051 g/120 ml de dH2O.Presque toutes les larves exposées à la farine de graines de Ls sont mortes après 72 heures d'exposition, les données de mortalité n'étaient donc pas cohérentes avec l'analyse Probit.Par rapport aux autres farines de graines, les larves étaient moins sensibles au traitement de la farine de graines DFP et présentaient des valeurs CL50 statistiquement plus élevées (Tableaux 2 et 3).Après 72 heures, les valeurs CL50 pour les traitements de tourteaux de graines DFP, IG et PG ont été estimées respectivement à 0,111, 0,085 et 0,05 g/120 ml de dH2O.Après 72 heures d'évaluation, les valeurs CL90 des poudres de graines DFP, IG et PG étaient respectivement de 0,215, 0,254 et 0,138 g/120 ml de dH2O.Après 72 heures d'évaluation, la mortalité larvaire moyenne pour les traitements de tourteaux de graines DFP, IG et PG à une concentration maximale de 0,12 g/120 ml de dH2O était de 58 %, 66 % et 96 %, respectivement (Fig. 1B).Après une évaluation de 72 heures, la farine de graines PG s'est révélée plus toxique que la farine de graines IG et DFP.
Les isothiocyanates synthétiques, l'isothiocyanate d'allyle (AITC), l'isothiocyanate de benzyle (BITC) et le 4-hydroxybenzylisothiocyanate (4-HBITC) peuvent tuer efficacement les larves de moustiques.24 heures après le traitement, le BITC était plus toxique pour les larves avec une valeur CL50 de 5,29 ppm, contre 19,35 ppm pour l'AITC et 55,41 ppm pour le 4-HBITC (tableau 4).Comparé à l'AITC et au BITC, le 4-HBITC a une toxicité plus faible et une valeur CL50 plus élevée.Il existe des différences significatives dans la toxicité des deux principaux isothiocyanates (Ls et PG) présents dans la farine de graines la plus puissante pour les larves de moustiques.La toxicité basée sur le rapport de dose létale des valeurs CL50 entre AITC, BITC et 4-HBITC a montré une différence statistique telle que l'IC à 95 % du rapport de dose létale CL50 n'incluait pas une valeur de 1 (P = 0,05, tableau 4).On estime que les concentrations les plus élevées de BITC et d'AITC tuent 100 % des larves testées (Figure 2).
Les courbes de mortalité ont été estimées à partir de la dose-réponse (Probit) d'Ae.24 heures après le traitement, les larves égyptiennes (larves de 3ème stade) ont atteint des concentrations d'isothiocyanate synthétique.La ligne pointillée représente la CL50 pour le traitement à l'isothiocyanate.Isothiocyanate de benzyle BITC, isothiocyanate d'allyle AITC et 4-HBITC.
L’utilisation de biopesticides végétaux comme agents de lutte contre les moustiques vecteurs est étudiée depuis longtemps.De nombreuses plantes produisent des produits chimiques naturels qui ont une activité insecticide37.Leurs composés bioactifs constituent une alternative intéressante aux insecticides synthétiques, avec un grand potentiel de lutte contre les ravageurs, notamment les moustiques.
Les plants de moutarde sont cultivés pour leurs graines, utilisées comme épice et source d’huile.Lorsque l’huile de moutarde est extraite des graines ou lorsque la moutarde est extraite pour être utilisée comme biocarburant 69, le sous-produit est de la farine de graines dégraissée.Cette farine de graines conserve bon nombre de ses composants biochimiques naturels et de ses enzymes hydrolytiques.La toxicité de cette farine de graines est attribuée à la production d'isothiocyanates55,60,61.Les isothiocyanates sont formés par l'hydrolyse des glucosinolates par l'enzyme myrosinase lors de l'hydratation de la farine de graines38,55,70 et sont connus pour avoir des effets fongicides, bactéricides, nématicides et insecticides, ainsi que d'autres propriétés, notamment des effets sensoriels chimiques et des propriétés chimiothérapeutiques61,62. 70.Plusieurs études ont montré que les plants de moutarde et la farine de graines agissent efficacement comme fumigants contre les ravageurs du sol et des aliments entreposés57,59,71,72.Dans cette étude, nous avons évalué la toxicité de la farine de quatre graines et de ses trois produits bioactifs AITC, BITC et 4-HBITC pour les larves de moustiques Aedes.Aedes aegypti.L’ajout de farine de graines directement à l’eau contenant des larves de moustiques devrait activer des processus enzymatiques produisant des isothiocyanates toxiques pour les larves de moustiques.Cette biotransformation a été démontrée en partie par l'activité larvicide observée de la farine de graines et la perte d'activité insecticide lorsque la farine de graines de moutarde naine était traitée thermiquement avant utilisation.Le traitement thermique devrait détruire les enzymes hydrolytiques qui activent les glucosinolates, empêchant ainsi la formation d'isothiocyanates bioactifs.Il s’agit de la première étude confirmant les propriétés insecticides de la poudre de graines de chou contre les moustiques en milieu aquatique.
Parmi les poudres de graines testées, la poudre de graines de cresson (Ls) s'est révélée la plus toxique, provoquant une forte mortalité d'Aedes albopictus.Les larves d'Aedes aegypti ont été traitées en continu pendant 24 heures.Les trois poudres de graines restantes (PG, IG et DFP) avaient une activité plus lente et provoquaient toujours une mortalité importante après 72 heures de traitement continu.Seule la farine de graines Ls contenait des quantités significatives de glucosinolates, alors que PG et DFP contenaient de la myrosinase et que l'IG contenait du glucosinolate comme glucosinolate principal (Tableau 1).La glucotropéoline est hydrolysée en BITC et la sinalbine est hydrolysée en 4-HBITC61,62.Les résultats de nos essais biologiques indiquent que la farine de graines de Ls et le BITC synthétique sont hautement toxiques pour les larves de moustiques.Le composant principal de la farine de graines PG et DFP est le glucosinolate de myrosinase, qui est hydrolysé en AITC.L'AITC est efficace pour tuer les larves de moustiques avec une valeur CL50 de 19,35 ppm.Comparé à l'AITC et au BITC, l'isothiocyanate de 4-HBITC est le moins toxique pour les larves.Bien que l'AITC soit moins toxique que le BITC, leurs valeurs CL50 sont inférieures à celles de nombreuses huiles essentielles testées sur les larves de moustiques32,73,74,75.
Notre poudre de graines de crucifères destinée à lutter contre les larves de moustiques contient un glucosinolate majeur, représentant plus de 98 à 99 % du total des glucosinolates déterminés par HPLC.Des traces d'autres glucosinolates ont été détectées, mais leurs niveaux étaient inférieurs à 0,3 % du total des glucosinolates.La poudre de graines de cresson (L. sativum) contient des glucosinolates secondaires (sinigrine), mais leur proportion est de 1% du total des glucosinolates, et leur teneur est encore insignifiante (environ 0,4 mg/g de poudre de graines).Bien que le PG et le DFP contiennent le même glucosinolate principal (myrosine), l'activité larvicide de leurs tourteaux de graines diffère considérablement en raison de leurs valeurs CL50.Varie en toxicité pour l'oïdium.L’émergence des larves d’Aedes aegypti peut être due à des différences d’activité ou de stabilité de la myrosinase entre les deux aliments pour graines.L'activité myrosinase joue un rôle important dans la biodisponibilité des produits d'hydrolyse tels que les isothiocyanates dans les plantes Brassicaceae76.Des rapports antérieurs de Pocock et al.77 et Wilkinson et al.78 ont montré que les modifications de l'activité et de la stabilité de la myrosinase peuvent également être associées à des facteurs génétiques et environnementaux.
La teneur en isothiocyanate bioactif attendue a été calculée sur la base des valeurs CL50 de chaque farine de graines à 24 et 72 heures (tableau 5) pour comparaison avec les applications chimiques correspondantes.Après 24 heures, les isothiocyanates contenus dans la farine de graines étaient plus toxiques que les composés purs.Les valeurs CL50 calculées sur la base des parties par million (ppm) des traitements de semences à l'isothiocyanate étaient inférieures aux valeurs CL50 pour les applications BITC, AITC et 4-HBITC.Nous avons observé des larves consommant des granulés de farine de graines (Figure 3A).Par conséquent, les larves peuvent être exposées de manière plus concentrée aux isothiocyanates toxiques en ingérant des boulettes de farine de graines.Cela était plus évident dans les traitements de farine de graines IG et PG après une exposition de 24 heures, où les concentrations de CL50 étaient respectivement 75 % et 72 % inférieures à celles des traitements purs AITC et 4-HBITC.Les traitements au Ls et au DFP étaient plus toxiques que l'isothiocyanate pur, avec des valeurs CL50 inférieures de 24 % et 41 %, respectivement.Les larves du traitement témoin se sont nymphosées avec succès (Fig. 3B), tandis que la plupart des larves du traitement à base de farine de graines ne se sont pas nymphosées et que le développement larvaire a été considérablement retardé (Fig. 3B, D).Chez Spodopteralitura, les isothiocyanates sont associés à un retard de croissance et à un retard de développement79.
Les larves d'Ae.Les moustiques Aedes aegypti ont été exposés en permanence à la poudre de graines de Brassica pendant 24 à 72 heures.(A) Larves mortes avec des particules de farine de graines dans les pièces buccales (encerclées) ;(B) Le traitement témoin (dH20 sans farine de graines ajoutée) montre que les larves se développent normalement et commencent à se nymphoser après 72 heures (C, D) Larves traitées avec de la farine de graines ;la farine de graines présentait des différences de développement et ne se transformait pas en nymphe.
Nous n'avons pas étudié le mécanisme des effets toxiques des isothiocyanates sur les larves de moustiques.Cependant, des études antérieures sur les fourmis rouges (Solenopsis invicta) ont montré que l'inhibition de la glutathion S-transférase (GST) et de l'estérase (EST) est le principal mécanisme de bioactivité de l'isothiocyanate, et que l'AITC, même à faible activité, peut également inhiber l'activité de la GST. .fourmis de feu rouges importées en faibles concentrations.La dose est de 0,5 µg/ml80.En revanche, l’AITC inhibe l’acétylcholinestérase chez les charançons adultes du maïs (Sitophilus zeamais)81.Des études similaires doivent être menées pour élucider le mécanisme de l’activité des isothiocyanates chez les larves de moustiques.
Nous utilisons un traitement DFP inactivé par la chaleur pour soutenir la proposition selon laquelle l'hydrolyse des glucosinolates végétaux pour former des isothiocyanates réactifs sert de mécanisme de contrôle des larves de moustiques par la farine de graines de moutarde.La farine de graines DFP-HT n'était pas toxique aux taux d'application testés.Lafarga et coll.82 ont rapporté que les glucosinolates sont sensibles à la dégradation à haute température.Le traitement thermique devrait également dénaturer l'enzyme myrosinase présente dans la farine de graines et empêcher l'hydrolyse des glucosinolates pour former des isothiocyanates réactifs.Cela a également été confirmé par Okunade et al.75 ont montré que la myrosinase est sensible à la température, montrant que l'activité de la myrosinase était complètement inactivée lorsque la moutarde, la moutarde noire et les graines de sanguinaire étaient exposées à des températures supérieures à 80°.C. Ces mécanismes peuvent entraîner une perte de l'activité insecticide de la farine de graines de DFP traitée thermiquement.
Ainsi, la farine de graines de moutarde et ses trois principaux isothiocyanates sont toxiques pour les larves de moustiques.Compte tenu de ces différences entre la farine de graines et les traitements chimiques, l'utilisation de la farine de graines peut être une méthode efficace de lutte contre les moustiques.Il est nécessaire d’identifier des formulations appropriées et des systèmes d’administration efficaces pour améliorer l’efficacité et la stabilité de l’utilisation des poudres de graines.Nos résultats indiquent l’utilisation potentielle de la farine de graines de moutarde comme alternative aux pesticides synthétiques.Cette technologie pourrait devenir un outil innovant pour lutter contre les moustiques vecteurs.Étant donné que les larves de moustiques se développent dans les environnements aquatiques et que les glucosinolates de la farine de graines sont convertis par voie enzymatique en isothiocyanates actifs lors de l'hydratation, l'utilisation de la farine de graines de moutarde dans l'eau infestée de moustiques offre un potentiel de contrôle important.Bien que l'activité larvicide des isothiocyanates varie (BITC > AITC > 4-HBITC), des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si la combinaison de farine de graines avec plusieurs glucosinolates augmente de manière synergique la toxicité.Il s'agit de la première étude à démontrer les effets insecticides de la farine de graines de crucifères dégraissées et de trois isothiocyanates bioactifs sur les moustiques.Les résultats de cette étude innovent en montrant que la farine de graines de chou dégraissée, un sous-produit de l'extraction de l'huile des graines, peut servir d'agent larvicide prometteur pour la lutte contre les moustiques.Ces informations peuvent contribuer à faire progresser la découverte d’agents de biocontrôle végétal et leur développement en tant que biopesticides bon marché, pratiques et respectueux de l’environnement.
Les ensembles de données générés pour cette étude et les analyses qui en résultent sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.A la fin de l’étude, tous les matériaux utilisés dans l’étude (insectes et farines de graines) ont été détruits.


Heure de publication : 29 juillet 2024