Pour être efficacecontrôler 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 farines de graines de certaines Brassicaceae (famille Brassica) comme source d'isothiocyanates d'origine végétale produits par hydrolyse enzymatique de glucosinolates biologiquement inactifs pour une utilisation dans la lutte contre l'Aedes égyptien (L., 1762). Tourteau de graines 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 Produits chimiques 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 CL50 pour la moutarde, la moutarde blanche et la prêle. Français La farine de graines était de 0,05, 0,08 et 0,05 respectivement par rapport à l'isothiocyanate d'allyle (CL50 = 19,35 ppm) et le 4.-Hydroxybenzylisothiocyanate (CL50 = 55,41 ppm) était plus toxique pour les larves 24 heures après le traitement que 0,1 g/120 ml dH2O respectivement. Ces résultats sont cohérents avec la production de farine de graines de luzerne. L'efficacité supérieure des esters benzyliques correspond aux valeurs de CL50 calculées. L'utilisation de farine de graines peut fournir 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 de la poudre de graines de crucifères peuvent servir de larvicide écologique prometteur pour la lutte contre les moustiques.
Français Les maladies à transmission vectorielle causées par les moustiques Aedes restent un problème majeur de santé publique mondiale. L'incidence des maladies transmises par les moustiques se propage géographiquement1,2,3 et réapparaît, entraînant des épidémies de maladies graves4,5,6,7. La propagation de maladies entre humains et 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 survenant chaque année, entraînant 6 100 à 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 de synthèse a été une stratégie clé pour contrôler la propagation des maladies transmises par les moustiques12,13. Bien que les pesticides de synthèse soient efficaces pour tuer les moustiques, leur utilisation continue a des effets négatifs sur les organismes non ciblés et pollue l'environnement14,15,16. La tendance à l'augmentation de la résistance des moustiques aux insecticides chimiques17,18,19 est encore plus alarmante. 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 la lutte antiparasitaire20,21. Les substances végétales sont généralement respectueuses de l'environnement car elles sont biodégradables et présentent une toxicité faible, voire 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 aux mécanismes d'action différents, permettant de lutter efficacement contre les différents stades de développement des moustiques23,24,25,26. Les composés d'origine végétale, tels que les huiles essentielles et autres principes actifs végétaux, ont retenu l'attention et ouvert la voie à des outils innovants pour lutter contre les moustiques vecteurs. Les huiles essentielles, les monoterpènes et les sesquiterpènes agissent comme répulsifs, dissuasifs alimentaires 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 d'autres systèmes importants des insectes37.
Des études récentes ont permis de mieux comprendre 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 agents pathogènes des plantes transmis par le sol45,46,47,48,49,50, la nutrition des plantes, les nématodes41,51, 52, 53, 54 et les ravageurs55, 56, 57, 58, 59, 60. L'activité fongicide de ces poudres de graines est attribuée à des composés phytoprotecteurs 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 des insectes ou une infection par un agent 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 l'activité insecticide des isothiocyanates dérivés de la farine de graines de moutarde soit reconnue, les données sur leur activité biologique contre les arthropodes vecteurs importants sur le plan médical font défaut. Notre étude a examiné l'activité larvicide de quatre poudres de graines dégraissées contre les moustiques Aedes. Larves d'Aedes aegypti. L'objectif de l'étude était d'évaluer leur utilisation potentielle comme biopesticides respectueux de l'environnement pour la lutte contre les moustiques. Trois principaux composants chimiques 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 afin de tester leur activité biologique 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 10:14 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 au biberon avec du sang bovin citraté (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, États-Unis). L'alimentation sanguine a été réalisée comme d'habitude à l'aide d'un nourrisseur multi-verre à membrane (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, États-Unis) relié à un bain-marie à circulation (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, États-Unis) avec une température contrôlée à 37 °C. Un film de Parafilm M a été étiré au fond de chaque chambre d'alimentation en verre (surface 154 mm²). Chaque nourrisseur a ensuite été placé sur la grille supérieure recouvrant la cage contenant la femelle accouplée. Environ 350 à 400 μl de sang bovin ont été ajoutés à un entonnoir d'alimentation en verre à l'aide d'une pipette Pasteur (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, États-Unis) et les vers adultes ont été laissés égoutter pendant au moins une heure. Les femelles gestantes ont ensuite reçu une solution de saccharose à 10 % et ont pu pondre leurs œufs sur du papier filtre humide, placé dans des coupelles individuelles ultra-transparentes (format 35 ml, Dart Container Corp., Mason, MI, États-Unis). La cage était remplie d'eau. Le papier filtre contenant les œufs a été placé dans un sac hermétique (SC Johnsons, Racine, WI) et conservé 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 lapins (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, États-Unis) et de poudre de foie (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, États-Unis). et filet de poisson (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Allemagne) dans un rapport de 2:1:1. Des larves de troisième stade tardif ont été utilisées dans nos bio-essais.
Français Le matériel de semences végétales utilisé dans cette étude a été obtenu 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 ; (cresson alénois) de Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, États-Unis et Thlaspi arvense (cresson des champs-Elisabeth) de l'USDA-ARS, Peoria, IL, États-Unis ; Aucune des semences utilisées dans l'étude n'a été traitée avec des pesticides. Toutes les semences ont été traitées et utilisées dans cette étude conformément aux réglementations locales et nationales et en conformité avec toutes les réglementations locales, étatiques et nationales pertinentes. Cette étude n'a pas examiné les variétés de plantes transgéniques.
Français Les graines de Brassica juncea (PG), de luzerne (Ls), de moutarde blanche (IG) et 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'une maille de 0,75 mm et d'un rotor en acier inoxydable, 12 dents, 10 000 tr/min (tableau 1). La poudre de graines broyées a été transférée dans une cartouche 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 témoin négatif en dénaturant la myrosinase.
Français La teneur en glucosinolates de la farine de graines dégraissées a été déterminée en triple à l'aide de la chromatographie liquide à haute performance (HPLC) selon un protocole précédemment publié 64 . Brièvement, 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 ; un échantillonneur automatique SIL 20A ; un dégazeur DGU 20As ; un détecteur UV-VIS SPD-20A pour la surveillance à 237 nm ; et un module de bus de communication CBM-20A), la teneur en glucosinolates de la farine de graines a été déterminée en triple . Français en utilisant le logiciel Shimadzu LC Solution version 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, États-Unis). La colonne était une colonne en phase inverse C18 Inertsil (250 mm × 4,6 mm ; RP C-18, ODS-3, 5u ; GL Sciences, Torrance, CA, États-Unis). Les conditions initiales de la phase mobile étaient fixées à 12 % de méthanol/88 % d'hydroxyde de tétrabutylammonium 0,01 M dans l'eau (TBAH ; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, États-Unis) 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 rapport 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 les 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, États-Unis) pour estimer la teneur en soufre de la farine de graines dégraissées. glucosinolates. Les concentrations de glucosinolates dans les échantillons ont été testées sur un HPLC Agilent 1100 (Agilent, Santa Clara, CA, États-Unis) 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 glucosinolates ont été déterminées ; être comparables 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, États-Unis). Le 4-hydroxybenzylisothiocyanate a été acheté auprès de ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, États-Unis). Une fois hydrolysés enzymatiquement par la myrosinase, les glucosinolates, glucosinolates et glucosinolates forment respectivement l'isothiocyanate d'allyle, l'isothiocyanate de benzyle et le 4-hydroxybenzylisothiocyanate.
Français Des bio-essais en laboratoire ont été réalisés selon la méthode de Muturi et al. 32 avec des modifications. Cinq aliments à base de graines à faible teneur en matières grasses ont été utilisés dans l'étude : DFP, DFP-HT, IG, PG et Ls. Vingt larves ont été placées dans un bécher jetable à trois voies de 400 mL (VWR International, LLC, Radnor, PA, États-Unis) contenant 120 mL d'eau déionisée (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 dH2O pour la farine de graines DFP, DFP-HT, IG et PG. Les bio-essais 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 la farine de graines Ls aux concentrations suivantes : 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 et 0,075 g/120 mL 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 bio-essais toxicologiques pour chaque farine de graines comprenaient trois béchers à trois pentes répliqués (20 larves de troisième stade tardif par bécher), pour un total de 108 flacons. Les contenants traités ont été conservés 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 moustique sont considérées comme mortes. Les larves mortes restent généralement immobiles en position dorsale ou ventrale au fond du contenant ou à la surface de l'eau. L'expérience a été répétée trois fois à des jours différents avec 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 selon la même procédure de bio-essai, mais avec des traitements différents. Préparer des solutions mères à 100 000 ppm pour chaque produit chimique en ajoutant 100 µL du produit à 900 µL d'éthanol absolu dans un tube à centrifuger de 2 mL, puis agiter pendant 30 secondes pour bien mélanger. Les concentrations de traitement ont été déterminées sur la base de nos bio-essais préliminaires, qui ont révélé que le BITC était beaucoup plus toxique que l'AITC et le 4-HBITC. Pour déterminer la toxicité, cinq concentrations de BITC (1, 3, 6, 9 et 12 ppm), sept concentrations d'AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 et 35 ppm) et six concentrations de 4-HBITC (15, 15, 20, 25, 30 et 35 ppm) ont été utilisées. 30, 45, 60, 75 et 90 ppm. Le traitement témoin a été injecté avec 108 μL d'éthanol absolu, ce qui équivaut au volume maximal du traitement chimique. Les bio-essais ont été répétés comme indiqué 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.
Français Une analyse probit de 65 données de mortalité liée 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 la concentration létale à 95 %. basée sur des intervalles de confiance pour les rapports de dose létale pour les courbes de concentration et de dose-mortalité transformées en log. Les données de mortalité sont basées sur des données répliquées combinées de 180 larves exposées à chaque concentration de traitement. Des analyses probabilistes ont été réalisées séparément pour chaque tourteau de graines et chaque composant chimique. Sur la base de l'intervalle de confiance à 95 % du rapport de dose létale, la toxicité du tourteau de graines et des constituants chimiques pour les larves de moustiques a été considérée comme significativement différente, de sorte qu'un intervalle de confiance contenant une valeur de 1 n'était pas significativement différent, p = 0,0566.
Français Les résultats de la 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 de DFP et PG, qui contenaient tous deux des glucosinolates de myrosinase. La teneur en myrosinine dans PG était plus élevée que dans DFP, 33,3 ± 1,5 et 26,5 ± 0,9 mg/g, respectivement. 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.
Français Les larves de moustiques Ae. Aedes aegypti ont été tuées lorsqu'elles ont été traitées avec de la farine de graines dégraissée, bien que l'efficacité du traitement ait varié selon 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 a augmenté avec l'augmentation de la concentration (Fig. 1A, B). La toxicité de la farine de graines pour les larves de moustiques variait significativement en fonction de l'IC à 95 % du rapport dose létale des valeurs CL50 lors des évaluations de 24 heures et de 72 heures (tableau 3). Après 24 heures, l'effet toxique de la farine de graines Ls était supérieur à celui des autres traitements à base de farine de graines, avec l'activité la plus élevée et la toxicité maximale pour les larves (CL50 = 0,04 g/120 ml dH2O). Français Les larves étaient moins sensibles au DFP à 24 heures par rapport aux traitements à la poudre de graines IG, Ls et PG, avec des valeurs de CL50 de 0,115, 0,04 et 0,08 g/120 ml dH2O respectivement, qui étaient statistiquement supérieures à la valeur de CL50. 0,211 g/120 ml dH2O (tableau 3). Les valeurs de CL90 de DFP, IG, PG et Ls étaient respectivement de 0,376, 0,275, 0,137 et 0,074 g/120 ml dH2O (tableau 2). La concentration la plus élevée de DPP était de 0,12 g/120 ml dH2O. Après 24 heures d'évaluation, la mortalité larvaire moyenne 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 à base de farine de graines de Ls (0,075 g/120 ml dH2O) était de 99 % (Fig. 1A).
Français Les courbes de mortalité ont été estimées à partir de la relation dose-réponse (Probit) des larves d'Ae. Egyptian (larves de 3e stade) à la concentration de tourteau de graines 24 heures (A) et 72 heures (B) après le traitement. La ligne pointillée représente la CL50 du traitement au tourteau 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.
Français Lors de l'évaluation de 72 heures, les valeurs de CL50 des tourteaux de graines DFP, IG et PG étaient respectivement de 0,111, 0,085 et 0,051 g/120 ml dH2O. Presque toutes les larves exposées au tourteau de graines Ls sont mortes après 72 h d'exposition, de sorte que les données de mortalité étaient incohérentes avec l'analyse Probit. Comparées à d'autres tourteaux de graines, les larves étaient moins sensibles au traitement au tourteau de graines DFP et présentaient des valeurs de CL50 statistiquement plus élevées (tableaux 2 et 3). Après 72 heures, les valeurs de CL50 des traitements au tourteau de graines DFP, IG et PG ont été estimées à 0,111, 0,085 et 0,05 g/120 ml dH2O, respectivement. Français Après 72 heures d'évaluation, les valeurs de CL90 des poudres de graines DFP, IG et PG étaient respectivement de 0,215, 0,254 et 0,138 g/120 ml dH2O. Après 72 heures d'évaluation, la mortalité larvaire moyenne pour les traitements à base de farine de graines DFP, IG et PG à une concentration maximale de 0,12 g/120 ml dH2O était respectivement de 58 %, 66 % et 96 % (Fig. 1B). Après 72 heures d'évaluation, la farine de graines PG s'est avérée 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 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 présente une toxicité plus faible et une CL50 plus élevée. Il existe des différences significatives dans la toxicité des deux principaux isothiocyanates (Ls et PG) pour les larves de moustiques dans le tourteau de graines le plus puissant. La toxicité basée sur le rapport dose létale des valeurs CL50 entre AITC, BITC et 4-HBITC a montré une différence statistique telle que l'IC à 95 % du rapport dose létale CL50 n'incluait pas une valeur de 1 (P = 0,05, tableau 4). On a estimé que les concentrations les plus élevées de BITC et d'AITC tuaient 100 % des larves testées (figure 2).
Les courbes de mortalité ont été estimées à partir de la relation dose-réponse (Probit) d'Ae. 24 heures après le traitement, les larves égyptiennes (larves de 3e 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 substances chimiques naturelles dotées d'une activité insecticide37. Leurs composés bioactifs offrent une alternative intéressante aux insecticides de synthèse et offrent un potentiel important pour lutter contre les nuisibles, notamment les moustiques.
Les plants de moutarde sont cultivés pour leurs graines, utilisées comme épice et comme source d'huile. Lorsque l'huile de moutarde est extraite des graines ou que la moutarde est extraite pour être utilisée comme biocarburant,69 le sous-produit est le tourteau de graines dégraissé. Ce tourteau conserve bon nombre de ses composants biochimiques naturels et de ses enzymes hydrolytiques. La toxicité de ce tourteau 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 du tourteau de graines38,55,70 et sont connus pour leurs effets fongicides, bactéricides, nématicides et insecticides, ainsi que pour d'autres propriétés, notamment des effets sensoriels chimiques et des propriétés chimiothérapeutiques61,62,70. Plusieurs études ont montré que les plants de moutarde et le tourteau de graines agissent efficacement comme fumigants contre les parasites du sol et des aliments stockés57,59,71,72. 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 sur les larves de moustiques Aedes aegypti. L'ajout de farine de graines directement à l'eau contenant des larves de moustiques devrait activer les processus enzymatiques produisant des isothiocyanates toxiques pour ces derniers. Cette biotransformation a été démontrée en partie par l'activité larvicide observée de la farine de graines et la perte de son activité insecticide lorsque la farine de graines de moutarde naine a été 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.
Français Parmi les poudres de graines testées, la poudre de graines de cresson (Ls) était la plus toxique, provoquant une mortalité élevée 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. Seul le tourteau de graines Ls contenait des quantités significatives de glucosinolates, tandis que PG et DFP contenaient de la myrosinase et IG contenait du glucosinolate comme glucosinolate principal (Tableau 1). La glucotropaeoline est hydrolysée en BITC et la sinalbine est hydrolysée en 4-HBITC61,62. Les résultats de nos bio-essais indiquent que le tourteau de graines Ls et le BITC synthétique sont tous deux hautement toxiques pour les larves de moustiques. Le principal composant du tourteau 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 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 CL50 sont inférieures à celles de nombreuses huiles essentielles testées sur les larves de moustiques.
Notre poudre de graines de crucifères contre les larves de moustiques contient un glucosinolate majeur, représentant plus de 98 à 99 % des glucosinolates totaux déterminés par CLHP. Des traces d'autres glucosinolates ont été détectées, mais leurs concentrations étaient inférieures à 0,3 % des glucosinolates totaux. La poudre de graines de cresson (L. sativum) contient des glucosinolates secondaires (sinigrine), mais leur proportion est de 1 % des glucosinolates totaux, et leur teneur reste négligeable (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 significativement en raison de leurs valeurs de CL50. La toxicité vis-à-vis de l'oïdium varie. L'émergence des larves d'Aedes aegypti pourrait être due à des différences d'activité myrosinase ou de stabilité entre les deux tourteaux de graines. L'activité de la myrosinase joue un rôle important dans la biodisponibilité des produits d'hydrolyse tels que les isothiocyanates chez les plantes Brassicaceae76. Des rapports antérieurs de Pocock et al.77 et Wilkinson et al.78 ont montré que les changements dans l'activité et la stabilité de la myrosinase peuvent également être associés à des facteurs génétiques et environnementaux.
Français La teneur attendue en isothiocyanates bioactifs a été calculée sur la base des valeurs CL50 de chaque tourteau de graines à 24 et 72 heures (tableau 5) pour comparaison avec les applications chimiques correspondantes. Après 24 heures, les isothiocyanates dans le tourteau 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 tourteau de graines (figure 3A). Par conséquent, les larves peuvent être exposées plus concentrées aux isothiocyanates toxiques en ingérant des granulés de tourteau de graines. Cela était particulièrement évident dans les traitements de tourteau de graines IG et PG à une exposition de 24 heures, où les concentrations CL50 étaient respectivement 75 % et 72 % inférieures à celles des traitements AITC et 4-HBITC purs. Français Les traitements Ls et DFP étaient plus toxiques que l'isothiocyanate pur, avec des valeurs de CL50 inférieures respectivement de 24 % et 41 %. Les larves du traitement témoin se sont nymphosées avec succès (Fig. 3B), tandis que la plupart des larves du traitement à la farine de graines ne se sont pas nymphosées et le développement larvaire a été significativement retardé (Fig. 3B,D). Chez Spodopteralitura, les isothiocyanates sont associés à un retard de croissance et de développement79.
Les larves de moustiques Ae. Aedes aegypti ont été exposées en continu à de 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 (entourées) ; (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 a montré des différences de développement et ne s'est pas nymphosée.
Français Nous n'avons pas étudié le mécanisme des effets toxiques des isothiocyanates sur les larves de moustiques. Cependant, des études antérieures sur les fourmis de feu rouges (Solenopsis invicta) ont montré que l'inhibition de la glutathion S-transférase (GST) et de l'estérase (EST) est le principal mécanisme de la bioactivité des isothiocyanates, et l'AITC, même à faible activité, peut également inhiber l'activité de la GST. fourmis de feu rouges importées à faibles concentrations. La dose est de 0,5 µg/ml80. En revanche, l'AITC inhibe l'acétylcholinestérase chez les charançons du maïs adultes (Sitophilus zeamais)81. Des études similaires doivent être menées pour élucider le mécanisme de l'activité des isothiocyanates chez les larves de moustiques.
Français Nous utilisons un traitement DFP inactivé par la chaleur pour étayer l'hypothèse selon laquelle l'hydrolyse des glucosinolates végétaux en 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 doses d'application testées. Lafarga et al. 82 ont rapporté que les glucosinolates sont sensibles à la dégradation à haute température. Le traitement thermique devrait également dénaturer l'enzyme myrosinase dans la farine de graines et empêcher l'hydrolyse des glucosinolates en isothiocyanates réactifs. Cela a également été confirmé par Okunade et al. 75 qui ont montré que la myrosinase est sensible à la température, montrant que l'activité de la myrosinase était complètement inactivée lorsque les graines de moutarde, de moutarde noire et de sanguinaire étaient exposées à des températures supérieures à 80° C. Ces mécanismes peuvent entraîner une perte d'activité insecticide de la farine de graines 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 pourrait constituer une méthode efficace de lutte contre les moustiques. Il est nécessaire d'identifier des formulations adaptées 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 de synthèse. Cette technologie pourrait devenir un outil innovant pour lutter contre les moustiques vecteurs. Étant donné que les larves de moustiques prospèrent en milieu aquatique et que les glucosinolates de la farine de graines sont convertis enzymatiquement en isothiocyanates actifs lors de l'hydratation, l'utilisation de la farine de graines de moutarde dans les eaux infestées de moustiques offre un potentiel de lutte important. Bien que l'activité larvicide des isothiocyanates varie (BITC > AITC > 4-HBITC), des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si l'association de la farine de graines avec plusieurs glucosinolates augmente synergiquement la toxicité. Il s'agit de la première étude démontrant l'effet insecticide 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 dégraissées, un sous-produit de l'extraction de l'huile des graines, pourrait constituer un agent larvicide prometteur pour la lutte anti-moustiques. Ces informations pourraient contribuer à la découverte d'agents de lutte biologique des plantes et à leur développement en tant que biopesticides économiques, pratiques et respectueux de l'environnement.
Les données générées pour cette étude et les analyses qui en résultent sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable. À la fin de l'étude, tout le matériel utilisé (insectes et farine de graines) a été détruit.
Date de publication : 29 juillet 2024