Frankliniella occidentalis (Pergande) é uma praga invasora que ameaça uma grande variedade de culturas hortícolas e agronômicas. HSP70 é o membro mais importante da família das proteínas de choque térmico (HSP) e desempenha um papel importante na tolerância térmica de insetos. Neste estudo, um novo gene codificante de HSP70 de F. occidentalis, Fohsp706, foi selecionado do transcriptoma de F. occidentalis exposto a estresse térmico (40 °C) e clonado por RT-PCR e RACE. Caracterização adicional indicou que Fohsp706 localiza-se no citoplasma e não contém íntrons. PCR quantitativo em tempo real com transcriptase reversa indicou que a expressão de Fohsp706 foi significativamente regulada positivamente pelo estresse térmico; além disso, houve diferenças significativas na expressão de Fohsp706 em adultos e ninfas de segundo ínstar após estresse por calor. Nossos resultados indicaram que Fohsp706 contribui para a termotolerância em F. occidentalis e fornece outro exemplo de como esta praga se adapta a condições ambientais desfavoráveis. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Cloning of a new HSP70 gene from western flowerthrips, Frankliniella occidentalis, and expression patterns during thermal stress: Frankliniella occidentalis (Pergande) is an invasive pest that endangers a wide variety of horticultural and agronomic crops. HSP70 is the most important member of the heat shock protein (HSP) family and plays an important role in insect thermal tolerance. In this study, a new gene encoding HSP70 from F. occidentalis, Fohsp706, was selected from the F. occidentalis transcriptome exposed to thermal stress (40 °C) and cloned by RT-PCR and RACE. Further characterization indicated that Fohsp706 localizes to the cytoplasm and does not contain introns. Quantitative real-time reverse transcriptase PCR indicated that Fohsp706 expression was significantly up-regulated by thermal stress; furthermore, there were significant differences in Fohsp706 expression in adults and second instar nymphs after heat stress. Our results indicated that Fohsp706 contributes to thermotolerance in F. occidentalis and provides another example of how this pest adapts to unfavorable environmental conditions. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é um fator crítico para a abundância e distribuição de populações de insetos. Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) é uma preocupação significativa por ser o vetor transmissor do nematoide do pinheiro, causando enormes perdas econômicas e ambientais. Esta praga mostra tolerância ao estresse térmico, especialmente a temperaturas extremamente altas. Expostos por 6, 12, 24, 48 ou 96 h, as temperaturas letais medianas 50% (LT₅₀) para larvas de quarto instar foram 47,5, 45,5, 43,9, 43,4 e 42,3°C, respectivamente. Um total de 63.360 unigenes foi obtido a partir de bibliotecas de DNA complementar de larvas de quarto instar de M. alternatus (mantidas a 25°C e expostas a 40°C por 3 h) e anotado com seis bancos de dados. Quinhentos e sessenta e um genes foram significativamente regulados positivamente, e 245 genes foram regulados negativamente após o estresse térmico. A análise de enriquecimento do Gene Ontology mostrou que a maioria dos genes diferencialmente expressos são categorizados nos termos "dobramento de proteínas" e "ligação a proteínas desdobradas". Além disso, "Via de regulação da longevidade - múltiplas espécies", "Processamento e apresentação de antígenos" bem como "Via de sinalização MAPK" foram vias do Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes significativamente enriquecidas. Análise adicional dos genes diferencialmente expressos mostrou que os processos metabólicos foram suprimidos, enquanto o sistema proteolítico da ubiquitina, proteínas de choque térmico, resposta imune, superóxido dismutase, citocromos P450 e aldeído desidrogenase foram induzidos após o choque térmico. As vias de transdução de sinal de estresse, como MAPK, Hippo e JAK-STAT, podem ser pontos de convergência centrais no mecanismo de tolerância ao calor de M. alternatus. Os níveis de expressão de PCR quantitativo em tempo real de 13 genes selecionados aleatoriamente foram consistentes com os resultados do transcriptoma. Estes resultados mostraram que M. alternatus possui forte tolerância ao calor e genes relacionados à atividade proteica, resposta imune e transdução de sinal compõem um mecanismo complexo de tolerância ao calor de M. alternatus. Esta pesquisa forneceu novos insights sobre os mecanismos de tolerância térmica em outros insetos e auxiliou na exploração da função de genes relacionados à resistência ao calor. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comparative Transcriptome Analysis of the Heat Stress Response in Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae): Temperature is a critical factor of insect population abundance and distribution. Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) is a significant concern since it is transmitted vector of the pinewood nematode posing enormous economic and environmental losses. This pest shows tolerance to heat stress, especially extremely high temperatures. Exposing for 6, 12, 24, 48, or 96 h, the 50% median lethal temperatures (Ltem<inf>50</inf>) for fourth-instar larvae were 47.5, 45.5, 43.9, 43.4, and 42.3°C, respectively. A total of 63,360 unigenes were obtained from complementary DNA libraries of M. alternatus fourth-instar larvae (kept at 25°C and exposed to 40°C for 3 h) and annotated with six databases. Five hundred sixty-one genes were significantly upregulated, and 245 genes were downregulated after heat stress. The Gene Ontology enrichment analysis showed that most different expression genes are categorized into “protein folding” and “unfold protein binding” terms. In addition, “Longevity regulating pathway-multiple species,” “Antigen processing and presentation” as well as “MAPK signaling pathway” were significantly enriched Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathways. Further analysis of different expression genes showed that metabolism processes were suppressed, while ubiquitin proteolytic system, heat shock proteins, immune response, superoxide dismutase, cytochrome P450s, and aldehyde dehydrogenase were induced after heat shock. The stress signaling transduction pathways such as MAPK, Hippo, and JAK-STAT might be central convergence points in M. alternatus heat tolerance mechanism. The expression levels from quantitative real-time PCR of 13 randomly selected genes were consistent with the transcriptome results. These results showed that M. alternatus possessed strong heat tolerance and genes related to protein activity, immune response, and signal transduction composed of a complicated heat tolerance mechanism of M. alternatus. This research provided new insights into the mechanisms of thermal tolerance in other insects and aided in exploring the function of heat resistance-related genes. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O rápido recuo das geleiras está alterando as condições físicas dos rios de cabeceira. Prevê-se que as temperaturas dos rios subam e se tornem cada vez mais variáveis, colocando comunidades biológicas associadas à água de degelo em risco de extinção. Portanto, há uma necessidade urgente de entender como o estresse térmico afeta os insetos de rios de montanha, particularmente onde as geleiras provavelmente desaparecerão em escalas de tempo contemporâneas. Neste estudo, medimos a temperatura crítica máxima (CT<inf>MAX</inf>) de ninfas de perlídias representando múltiplas espécies e uma variedade de regimes térmicos nas altas Montanhas Rochosas, EUA. Em seguida, coletamos dados de sequenciamento de RNA para avaliar como o estresse térmico do organismo se traduziu no nível celular. Nossa espécie focal incluiu a perlídia de água de degelo, Lednia tumana, que foi recentemente listada sob o Ato de Espécies Ameaçadas dos EUA devido à perda de habitat induzida pelo clima. Para todas as espécies estudadas, as temperaturas críticas máximas (CT<inf>MAX</inf> ≈ 20°C) excederam em muito as temperaturas dos rios que as perlídias de montanha experimentam (≈10°C). Além disso, embora houvesse evidências de uma resposta ao estresse celular, também observamos expressão constitutiva de genes que codificam proteínas conhecidas por estarem subjacentes ao estresse térmico (ou seja, proteínas de choque térmico) mesmo em baixas temperaturas que refletiam condições naturais. Mostramos que insetos aquáticos de alta altitude podem não estar fisiologicamente ameaçados pela exposição de curto prazo a temperaturas quentes e que respostas fisiológicas de longo prazo ou fatores bióticos (por exemplo, competição) podem explicar melhor suas distribuições extremas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mountain stoneflies may tolerate warming streams: Evidence from organismal physiology and gene expression: Rapid glacier recession is altering the physical conditions of headwater streams. Stream temperatures are predicted to rise and become increasingly variable, putting entire meltwater-associated biological communities at risk of extinction. Thus, there is a pressing need to understand how thermal stress affects mountain stream insects, particularly where glaciers are likely to vanish on contemporary timescales. In this study, we measured the critical thermal maximum (CT<inf>MAX</inf>) of stonefly nymphs representing multiple species and a range of thermal regimes in the high Rocky Mountains, USA. We then collected RNA-sequencing data to assess how organismal thermal stress translated to the cellular level. Our focal species included the meltwater stonefly, Lednia tumana, which was recently listed under the U.S. Endangered Species Act due to climate-induced habitat loss. For all study species, critical thermal maxima (CT<inf>MAX</inf> ' 20°C) far exceeded the stream temperatures mountain stoneflies experience ('10°C). Moreover, while evidence for a cellular stress response was present, we also observed constitutive expression of genes encoding proteins known to underlie thermal stress (i.e., heat shock proteins) even at low temperatures that reflected natural conditions. We show that high-elevation aquatic insects may not be physiologically threatened by short-term exposure to warm temperatures and that longer-term physiological responses or biotic factors (e.g., competition) may better explain their extreme distributions. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico é um dos principais fatores responsável por declínios populacionais e extinções. Mudanças nos regimes térmicos criam novas condições ambientais, levando à adaptação de características, migração populacional e/ou extinção de espécies. Pesquisas extensivas examinaram adaptações térmicas em artrópodes terrestres. No entanto, pouco se sabe sobre insetos sociais, apesar de seu papel fundamental nos ecossistemas. Somente nos últimos anos que as adaptações de insetos sociais ao estresse térmico receberam atenção. Aqui, discutimos o que atualmente se conhece sobre tolerância térmica e adaptação térmica em insetos sociais - nomeadamente formigas, cupins, abelhas sociais e vespas sociais. Descrevemos as adaptações comportamentais, morfológicas, fisiológicas e moleculares que os insetos sociais evoluíram para lidar com o estresse térmico. Examinamos respostas individuais e coletivas a mudanças térmicas temporárias e persistentes e exploramos até que ponto os indivíduos podem explorar a variabilidade genética para aclimatar. Finalmente, consideramos os custos e benefícios da socialidade frente ao estresse térmico, e propomos algumas direções futuras de pesquisa que devem avançar nosso conhecimento sobre adaptações térmicas individuais e coletivas em insetos sociais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Adaptations to thermal stress in social insects: recent advances and future directions: Thermal stress is a major driver of population declines and extinctions. Shifts in thermal regimes create new environmental conditions, leading to trait adaptation, population migration, and/or species extinction. Extensive research has examined thermal adaptations in terrestrial arthropods. However, little is known about social insects, despite their major role in ecosystems. It is only within the last few years that the adaptations of social insects to thermal stress have received attention. Herein, we discuss what is currently known about thermal tolerance and thermal adaptation in social insects – namely ants, termites, social bees, and social wasps. We describe the behavioural, morphological, physiological, and molecular adaptations that social insects have evolved to cope with thermal stress. We examine individual and collective responses to both temporary and persistent changes in thermal conditions and explore the extent to which individuals can exploit genetic variability to acclimatise. Finally, we consider the costs and benefits of sociality in the face of thermal stress, and we propose some future research directions that should advance our knowledge of individual and collective thermal adaptations in social insects. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) merece atenção como vetor de transmissão dominante do nematoide do pinheiro e exibe tolerância a altas temperaturas. Os membros da família da proteína de choque térmico 70 (HSP70), incluindo a HSP70 induzível e a proteína cognata de choque térmico 70 (HSC70), são os principais contribuintes para as redes de chaperonas moleculares de insetos sob estresse térmico. Neste contexto, nós especificamente clonamos e caracterizamos três MaltHSP70s e três MaltHSC70s. A análise de bioinformática das sequências de aminoácidos deduzidas mostrou que esses genes, tendo relações genéticas próximas com HSP70s de espécies de Coleoptera, compartilhavam coletamente estruturas de assinatura conservadas e domínios ATPase. A previsão de localização subcelular revelou que as HSP70s de M. alternatus estavam localizadas não apenas no citoplasma e retículo endoplasmático, mas também no núcleo e mitocôndrias. Os níveis de transcrição de MaltHSP70s e MaltHSC70s em cada estado foram significativamente aumentados pela exposição a 35-50°C por 3 h iniciais, enquanto MaltHSP70s atingiram um pico após exposição a 45°C por 2-3 h em contraste com MaltHSC70s menos aumentadas. Em termos de MaltHSP70s, o limiar de expressão em fêmeas foi menor do que em machos. Além disso, tanto os corpos gordurosos quanto os túbulos de Malpighi foram os tecidos mais sensíveis ao estresse térmico em larvas de M. alternatus. Por fim, a atividade ATPase da MaltHSP70-2 recombinante in vitro permaneceu estável a 25-40°C, e esta recombinante aumentou efetivamente a termotolerância de Escherichia coli. No geral, nossos achados desvendaram que HSP70s podem ser os mediadores intrínsecos da forte tolerância ao calor de M. alternatus devido à sua estrutura e bioatividade estabilizadas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Characterization, expression profiling, and thermal tolerance analysis of heat shock protein 70 in pine sawyer beetle, Monochamus alternatus hope (Coleoptera: Cerambycidae): Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) warrants attention as a dominant transmission vector of the pinewood nematode, and it exhibits tolerance to high temperature. Heat shock protein 70 (HSP70) family members, including inducible HSP70 and heat shock cognate protein 70 (HSC70), are major contributors to the molecular chaperone networks of insects under heat stress. In this regard, we specifically cloned and characterized three MaltHSP70s and three MaltHSC70s. Bioinformatics analysis on the deduced amino acid sequences showed these genes, having close genetic relationships with HSP70s of Coleopteran species, collectively shared conserved signature structures and ATPase domains. Subcellular localization prediction revealed the HSP70s of M. alternatus were located not only in the cytoplasm and endoplasmic reticulum but also in the nucleus and mitochondria. The transcript levels of MaltHSP70s and MaltHSC70s in each state were significantly upregulated by exposure to 35-50°C for early 3 h, while MaltHSP70s reached a peak after exposure to 45°C for 2-3 h in contrast to less-upregulated MaltHSC70s. In terms of MaltHSP70s, the expression threshold in females was lower than that in males. Also, both fat bodies and Malpighian tubules were the tissues most sensitive to heat stress in M. alternatus larvae. Lastly, the ATPase activity of recombinant MaltHSP70-2 in vitro remained stable at 25-40°C, and this recombinant availably enhanced the thermotolerance of Escherichia coli. Overall, our findings unraveled HSP70s might be the intrinsic mediators of the strong heat tolerance of M. alternatus due to their stabilized structure and bioactivity. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

O pulgão-do-trigo-russo Diuraphis noxia (Kurdjumov) e o pulgão-do-melão Aphis gossypii Glover são conhecidos como espécies ativas no inverno e verão, respectivamente. Hipotetiza-se que as diferenças nas atividades sazonais dos pulgões podem estar relacionadas à sua resposta a temperaturas extremas e diferentes mecanismos fisiológicos. Para estudar as variações na tolerância térmica dos pulgões e o modo de sua base fisiológica, eles foram aclimatados ao frio a 20, 15, 10, 5 e 0 °C por 168 h (7 dias) e aclimatados ao calor a 20, 25, 30 °C por 168 h e 35 °C por 48 h. Ao final de cada regime térmico, a sobrevivência a temperaturas baixas e altas foi determinada, e mudanças em açúcares e polióis e na proteína de choque térmico 70 (Hsp70) foram investigadas. D. noxia foi mais tolerante ao frio, enquanto A. gossypii foi um inseto mais tolerante ao calor. O tipo e padrão de açúcares e polióis foram similares em ambas as espécies sob aclimatação ao frio (ACC) e aclimatação ao calor (HCC). Em ambas as espécies, glicose e manitol foram os principais compostos identificados envolvidos na tolerância ao frio e calor. Entretanto, eles mostraram diferentes padrões de nível de Hsp70, com D. noxia tendo um nível mais alto de Hsp70 sob ACC e A. gossypii tendo um nível mais alto de Hsp70 sob HCC. Estes resultados demonstraram que suas diferenças na tolerância térmica podem explicar as atividades sazonais dos pulgões. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance variations and physiological adjustments in a winter active and a summer active aphid species: The Russian wheat aphid Diuraphis noxia (Kurdjumov) and melon aphid Aphis gossypii Glover are known as winter and summer active species, respectively. It is hypothesized that differences in the aphids’ seasonal activities might be related to their response to temperature extremes and different physiological mechanisms. To study the aphids’ thermal tolerance variations and mode of their physiological basis, they were cold acclimated at 20, 15, 10, 5, and 0 °C for 168 h (7 days) and heat acclimated at 20, 25, 30 °C for 168 h and 35 °C for 48 h. At the end of each thermal regime, survival at low and high temperatures was determined, and changes in sugars and polyols and heat shock protein 70 (Hsp70) were investigated. D. noxia was more cold-tolerant, while A. gossypii was a more heat-tolerant insect. The type and pattern of sugars and polyols were similar in both species under cold acclimation (ACC) and heat acclimation (HCC). In both species, glucose and mannitol were the major identified compounds involved in cold and heat tolerance. However, they showed different patterns of Hsp70 level, with D. noxia having a higher level of Hsp70 under ACC and A. gossypii having a higher level of Hsp70 under HCC. These results demonstrated that their differences in thermal tolerance might explain the seasonal activities of the aphids. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A resposta fisiológica e aclimatação ao estresse térmico é uma estratégia fundamental dos insetos para lidar com mudanças climáticas. O mecanismo subjacente da aclimatação ao calor em insetos ainda não está claro. Aqui, foram estudadas a seleção térmica e a resposta do nível de transcrição em larvas da enroladora das folhas do arroz Cnaphalocrocis medinalis Güenée, uma praga grave do arroz no verão. A sobrevivência e fecundidade das larvas durante a seleção multigeracional a 39 °C foram examinadas, e a tolerância ao calor e a expressão de mRNA das proteínas de choque térmico 70 (Hsp70) e 90 (Hsp90) foram analisadas sob estresse térmico. Os resultados mostraram que a sobrevivência e fecundidade das larvas aumentaram notavelmente e depois mantiveram-se constantes após duas ou três gerações de seleção térmica. A seleção térmica melhorou a tolerância térmica das larvas. A expressão de mRNA de Hsp70 nas larvas de 3º instar aumentou em todas as cinco gerações de seleção térmica, mas Hsp90 aumentou apenas nas duas primeiras gerações. A resposta de Hsp70 ao tratamento térmico a 39 °C nas larvas mantidas a 27 °C foi diferente das larvas expostas aos tratamentos térmicos condicionantes, mas a resposta de Hsp90 foi similar. Além disso, os níveis de expressão de mRNA de Hsp70 e Hsp90 foram significativamente maiores nas larvas aclimatadas ao calor do que nas não aclimatadas em uma duração comparável de exposição a 37 e 41 °C. A seleção em alta temperatura através de múltiplas gerações levou as larvas à aclimatação térmica, e Hsp70 e Hsp90 estiveram envolvidas neste processo de aclimatação. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Multigenerational heat acclimation increases thermal tolerance and expression levels of Hsp70 and Hsp90 in the rice leaf folder larvae: Physiological response and acclimation to thermal stress is a key strategy of insects to cope with changing climate. The underlying mechanism of heat acclimation in insects is still unclear. Here, the heat selection and transcript level response in the larvae of the rice leaf folder Cnaphalocrocis medinalis Güenée, a serious pest of rice in summer, were studied. The survival and fecundity of larvae during multigenerational heat selection at 39 °C were examined, and heat tolerance and mRNA expression of heat shock protein 70 (Hsp70) and 90 (Hsp90) were examined under heat stress. The results showed that survival and fecundity of larvae increased notably and then kept constant after two or three generations of heat selection. Heat selection improved thermal tolerance of larvae. The Hsp70 mRNA expression of the 3rd-instar larvae increased in all five generations of heat selection, but Hsp90 increased only in the first two generations. The response of Hsp70 to 39 °C heat treatment in the larvae kept at 27 °C was different from the larvae exposed to the conditioning heat treatments, but the response of Hsp 90 was similar. Moreover, the Hsp70 and Hsp90 mRNA expression levels were significantly higher in the heat-acclimated larvae than that in the unacclimated larvae at a comparable duration of exposure to 37 and 41 °C. Selection at a high temperature across multiple generations led larvae to heat acclimation, and Hsp70 and Hsp90 were involved in this acclimation process. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica de um organismo limita seus alcances ecológicos e geográficos e é potencialmente afetada pela dependência de parceiros simbióticos sensíveis à temperatura. Espécies de pulgões variam amplamente em sensibilidade ao calor, mas quase todos os pulgões são dependentes da bactéria intracelular Buchnera, que fornece nutrientes, a qual evoluiu com pulgões por 100 milhões de anos e que possui um genoma reduzido potencialmente limitando a tolerância ao calor. Investigamos se a sensibilidade ao calor da Buchnera está na base da variação na tolerância térmica entre 5 espécies de pulgões. Medimos como a exposição ao calor de pulgões juvenis afeta a sobrevivência posterior, tempo de maturação e fecundidade. Num extremo, a exposição ao calor de Aphis gossypii aumentou a fecundidade e não teve efeito no título de Buchnera. Em contraste, o calor suprimiu as populações de Buchnera em Aphis fabae, que sofreu mortalidade elevada, desenvolvimento atrasado e fecundidade reduzida. Da mesma forma, em Acyrthosiphon kondoi e Acyrthosiphon pisum, o calor causou declínios rápidos nos números de Buchnera, bem como reduziu a sobrevivência, taxa de desenvolvimento e fecundidade. A fecundidade após exposição ao calor é severamente diminuída por uma mutação da Buchnera que suprime a resposta transcricional de um gene que codifica uma pequena proteína de choque térmico. Similarmente, a ausência deste gene de choque térmico da Buchnera pode explicar a sensibilidade ao calor de Ap. fabae. Hibridização in situ fluorescente revelou deformação e encolhimento induzidos pelo calor de bacteriócitos em espécies sensíveis ao calor, mas não em espécies tolerantes ao calor. Espécies sensíveis e tolerantes também diferiram em números e respostas transcricionais de genes de choque térmico. Estes resultados mostram que mudanças na sensibilidade ao calor da Buchnera contribuem para a variação na tolerância ao calor do hospedeiro. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Obligate bacterial endosymbionts limit thermal tolerance of insect host species: The thermal tolerance of an organism limits its ecological and geographic ranges and is potentially affected by dependence on temperature-sensitive symbiotic partners. Aphid species vary widely in heat sensitivity, but almost all aphids are dependent on the nutrient-provisioning intracellular bacterium Buchnera, which has evolved with aphids for 100 million years and which has a reduced genome potentially limiting heat tolerance. We addressed whether heat sensitivity of Buchnera underlies variation in thermal tolerance among 5 aphid species. We measured how heat exposure of juvenile aphids affects later survival, maturation time, and fecundity. At one extreme, heat exposure of Aphis gossypii enhanced fecundity and had no effect on the Buchnera titer. In contrast, heat suppressed Buchnera populations in Aphis fabae, which suffered elevated mortality, delayed development and reduced fecundity. Likewise, in Acyrthosiphon kondoi and Acyrthosiphon pisum, heat caused rapid declines in Buchnera numbers, as well as reduced survivorship, development rate, and fecundity. Fecundity following heat exposure is severely decreased by a Buchnera mutation that suppresses the transcriptional response of a gene encoding a small heat shock protein. Similarly, absence of this Buchnera heat shock gene may explain the heat sensitivity of Ap. fabae. Fluorescent in situ hybridization revealed heat-induced deformation and shrinkage of bacteriocytes in heat-sensitive species but not in heat-tolerant species. Sensitive and tolerant species also differed in numbers and transcriptional responses of heat shock genes. These results show that shifts in Buchnera heat sensitivity contribute to host variation in heat tolerance. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Patógenos transmitidos por vetores são conhecidos por alterar os fenótipos de seus hospedeiros primários e vetores, com implicações para a transmissão de doenças e também para a ecologia. Aqui mostramos que um vírus de planta, o vírus do nanismo amarelo da cevada, aumenta a temperatura da superfície das plantas hospedeiras infectadas (em média 2 °C), enquanto também aumenta significativamente a tolerância térmica de seu vetor pulgão Rhopalosiphum padi (em 8 °C). Esta tolerância térmica aumentada, que foi associada com regulação positiva diferencial de três genes de proteínas de choque térmico, permitiu que os pulgões ocupassem regiões mais altas e mais quentes das plantas hospedeiras infectadas quando deslocados de regiões mais frias pela competição com uma espécie de pulgão maior, R. maidis. A infecção, portanto, levou a uma expansão do nicho fundamental do vetor. Estes achados mostram que os efeitos do vírus na biologia térmica de hospedeiros e vetores podem influenciar suas interações entre si e com outros organismos não vetores. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Enhanced heat tolerance of viral-infected aphids leads to niche expansion and reduced interspecific competition: Vector-borne pathogens are known to alter the phenotypes of their primary hosts and vectors, with implications for disease transmission as well as ecology. Here we show that a plant virus, barley yellow dwarf virus, increases the surface temperature of infected host plants (by an average of 2 °C), while also significantly enhancing the thermal tolerance of its aphid vector Rhopalosiphum padi (by 8 °C). This enhanced thermal tolerance, which was associated with differential upregulation of three heat-shock protein genes, allowed aphids to occupy higher and warmer regions of infected host plants when displaced from cooler regions by competition with a larger aphid species, R. maidis. Infection thereby led to an expansion of the fundamental niche of the vector. These findings show that virus effects on the thermal biology of hosts and vectors can influence their interactions with one another and with other, non-vector organisms. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de choque térmico de 70kDa (HSP70s) e suas co-chaperonas DNAJs são chaperonas moleculares ubíquas, que funcionam como a "máquina HSP70/DNAJ" em uma miríade de processos biológicos. Atualmente, várias HSP70s foram classificadas em muitas espécies, mas estudos sobre DNAJs, especialmente em insetos, são escassos. Aqui, nós primeiro identificamos e caracterizamos sistematicamente os membros das famílias HSP70 e DNAJ na cigarrinha-marrom (BPH), Nilaparvata lugens, uma praga destrutiva do arroz na Ásia. Um total de nove genes HSP70 e 31 genes DNAJ foram identificados no genoma da BPH. Análises de sequência e filogenéticas revelaram a alta diversidade da família NlDNAJ. Adicionalmente, a análise de expressão espaço-temporal mostrou que a maioria dos genes NlHSP70 e NlDNAJ foram altamente expressos na fase adulta e nas gônadas. Além disso, a interferência por RNA (RNAi) revelou que sete NlHSP70s e 10 NlDNAJs desempenham papéis indispensáveis no desenvolvimento ninfal, oogênese e fertilidade feminina de N. lugens sob condições de crescimento fisiológico; adicionalmente, uma HSP70 (NlHSP68) foi considerada importante na tolerância térmica dos ovos. Juntos, nossos resultados neste estudo lançam mais luz sobre os papéis biológicos de HSP70/DNAJ na regulação do ciclo de vida, no enfrentamento de estresses ambientais e na mediação das interações dentro, ou entre, as duas famílias de genes em insetos. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

HSP70/DNAJ family of genes in the brown planthopper, Nilaparvata lugens: Diversity and function: Heat shock 70kDa proteins (HSP70s) and their cochaperones DNAJs are ubiquitous molecular chaperones, which function as the “HSP70/DNAJ machinery” in a myriad of biological pro-cesses. At present, a number of HSP70s have been classified in many species, but studies on DNAJs, especially in insects, are lacking. Here, we first systematically identified and characterized the HSP70 and DNAJ family members in the brown planthopper (BPH), Nilaparvata lugens, a destructive rice pest in Asia. A total of nine HSP70 and 31 DNAJ genes were identified in the BPH genome. Sequence and phylogenetic analyses revealed the high diversity of the NlDNAJ family. Addition-ally, spatio‐temporal expression analysis showed that most NlHSP70 and NlDNAJ genes were highly expressed in the adult stage and gonads. Furthermore, RNA interference (RNAi) revealed that seven NlHSP70s and 10 NlDNAJs play indispensable roles in the nymphal development, oo-genesis, and female fertility of N. lugens under physiological growth conditions; in addition, one HSP70 (NlHSP68) was found to be important in the thermal tolerance of eggs. Together, our results in this study shed more light on the biological roles of HSP70/DNAJ in regulating life cycle, coping with environmental stresses, and mediating the interactions within, or between, the two gene fam-ilies in insects. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A abelha melífera europeia, Apis mellifera L., é o polinizador manejado individualmente mais valioso do mundo. A saúde deficiente da colônia ou perdas anormalmente altas de colônias de abelhas melíferas manejadas resultam de uma miríade de fatores de estresse, que são mais prejudiciais em combinação. Espera-se que as mudanças climáticas acentuem os efeitos desses fatores de estresse, mas as respostas fisiológicas e comportamentais das abelhas melíferas a temperaturas elevadas enquanto sob influência simultânea de um ou mais fatores de estresse permanecem amplamente desconhecidas. Aqui testamos a hipótese de que a exposição a doses agudas e subletais de inseticidas neonicotinoides reduz a tolerância térmica em abelhas melíferas. Administramos a abelhas doses orais de imidacloprido e acetamiprido em 1/5, 1/20 e 1/100 da DL<inf>50</inf> e medimos sua tolerância ao calor 4 h após a alimentação, usando protocolos dinâmicos e estáticos. Contrariamente às nossas expectativas, a exposição aguda a doses subletais de ambos os inseticidas resultou em maior tolerância térmica e maiores taxas de sobrevivência das abelhas. Abelhas que ingeriram as doses mais altas de inseticidas apresentaram uma temperatura crítica máxima de 2 ̊C a 5 ̊C maior do que a do grupo de controle, e redução de 67%–87% na mortalidade. Nosso estudo sugere uma resiliência das abelhas melíferas a altas temperaturas quando outros fatores de estresse estão presentes, o que é consistente com estudos em outros insetos. Discutimos as implicações desses resultados e hipotetizamos que este efeito compensatório provavelmente se deve à indução de proteínas de choque térmico pelos inseticidas, o que fornece proteção temporária contra temperaturas elevadas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Acute exposure to sublethal doses of neonicotinoid insecticides increases heat tolerance in honey bees: The European honey bee, Apis mellifera L., is the single most valuable managed pollinator in the world. Poor colony health or unusually high colony losses of managed honey bees result from a myriad of stressors, which are more harmful in combination. Climate change is expected to accentuate the effects of these stressors, but the physiological and behavioral responses of honey bees to elevated temperatures while under simultaneous influence of one or more stressors remain largely unknown. Here we test the hypothesis that exposure to acute, sublethal doses of neonicotinoid insecticides reduce thermal tolerance in honey bees. We administered to bees oral doses of imidacloprid and acetamiprid at 1/5, 1/20, and 1/100 of LD<inf>50</inf> and measured their heat tolerance 4 h post-feeding, using both dynamic and static protocols. Contrary to our expectations, acute exposure to sublethal doses of both insecticides resulted in higher thermal tolerance and greater survival rates of bees. Bees that ingested the higher doses of insecticides displayed a critical thermal maximum from 2 ̊C to 5 ̊C greater than that of the control group, and 67%–87% reduction in mortality. Our study suggests a resilience of honey bees to high temperatures when other stressors are present, which is consistent with studies in other insects. We discuss the implications of these results and hypothesize that this compensatory effect is likely due to induction of heat shock proteins by the insecticides, which provides temporary protection from elevated temperatures. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Bemisia tabaci Mediterrâneo (MED) é um complexo de espécies crípticas altamente invasivo encontrado nas regiões tropicais, subtropicais e temperadas do mundo. É uma praga severa de várias culturas e um vetor de vírus fitopatogênicos, particularmente geminivírus. A aclimatação térmica de insetos é crítica para a sobrevivência em condições de temperatura desfavoráveis. Observamos uma alta taxa de sobrevivência de B. tabaci MED na estufa não controlada que apresentava condições de temperatura flutuante (CTF) de 10°C a 60°C nas estações de primavera e verão. Nosso estudo mostrou que enquanto B. tabaci MED foi criado sob CTF por 10 semanas de abril a junho, sua taxa de sobrevivência aumentou gradualmente quando o choque térmico foi tratado a 50°C por 0,5 h. Em contraste, o mesmo tratamento de choque térmico foi letal na colônia criada sob condição de temperatura constante (CTC) no insetário controlado. Após aclimatação, as temperaturas letais LT₅₀, LT₉₅ e LT₁₀₀ sob CTC foram 47,7°C, 50,1°C e 50,3°C, enquanto aquelas sob CTF foram 59,8°C, 62,7°C e 63,0°C, respectivamente. Além disso, observamos que os níveis de transcrição de três genes de proteína de choque térmico (HSP) investigados (hsp20, hsp70 e hsp90) foram menores sob CTF do que sob CTC. Este estudo sugere que B. tabaci MED retém alta capacidade de aclimatação ao calor, tornando-o tolerante a condições térmicas extremas. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Developing extreme heat acclimation in Bemisia tabaci Mediterranean (Hemiptera: Aleyrodidae): Bemisia tabaci Mediterranean (MED) is a highly invasive cryptic species complex found in the world's tropical, subtropical, and temperate regions. It is a severe pest of various crops and a vector of plant pathogenic viruses, particularly geminiviruses. Thermal acclimation of insects is a critical for the survival in unfavorable temperature condition. We observed that great survival rate of B. tabaci MED at the uncontrolled greenhouse which had fluctuating temperature condition (FTC) from 10°C to 60°C in spring and summer season. Our study showed that while B. tabaci MED reared under FTC for 10 weeks from April to June, its survival rate was gradually increased when heat shock was treated 50°C for 0.5 h. In contrast, the same heat shock treatment was lethal in the colony reared under constant temperature condition (CTC) at the controlled insectary. After being acclimated, the lethal temperatures LT<inf>50</inf>, LT<inf>95</inf>, and LT<inf>100</inf> under CTC were 47.7°C, 50.1°C, and 50.3°C, whereas those under FTC were 59.8°C, 62.7°C, and 63.0°C, respectively. In addition, we observed that the transcript levels of three investigated heat shock protein (HSP) genes (hsp20, hsp70, and hsp90) were lower under FTC than under CTC. This study suggests that B. tabaci MED retains high heat acclimation ability, making it tolerant of extreme thermal conditions. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os ecossistemas marinhos estão atualmente sujeitos a estresses duplos de poluição química e mudanças climáticas. Por meio de uma série de experimentos laboratoriais, este estudo investigou o impacto da exposição a contaminantes químicos como DDT ou cobre (Cu), em combinação com extremos de temperatura fria ou quente, no peixe marinho Oryzias melastigma. Os resultados mostraram que temperaturas extremas da água do mar (ou seja, 15 e 32 °C na subtropical Hong Kong) exacerbaram os impactos químicos adversos no desempenho de crescimento de O. melastigma, particularmente no extremo térmico alto. Isso provavelmente estava associado a uma interrupção do consumo de oxigênio e do escopo aeróbico. Mais importante ainda, os resultados dos experimentos de aclimatação, refletidos pelos polígonos de tolerância térmica, mostraram que a exposição química reduziu substancialmente a tolerância térmica do medaka, tornando-os mais vulneráveis a mudanças de temperatura e eventos térmicos extremos. Sob estresses duplos de extremos térmicos e exposição química, o medaka mudou sua via metabólica para respiração anaeróbica que pode esgotar sua reserva de energia para desintoxicação química. Embora proteínas de estresse como as proteínas de choque térmico (HSP90) tenham sido reguladas positivamente para proteção celular no peixe, tal mecanismo defensivo foi reprimido com a intensificação dos estresses duplos em alta temperatura e alta concentração química. A bioconcentração de DDT ou Cu geralmente aumentou com o aumento da temperatura e sua concentração de exposição. No geral, essas interações complexas entre química e temperatura exerceram concomitantemente um impacto adverso concertado em O. melastigma. A toxicidade dependente da temperatura do DDT ou Cu mostrada neste estudo demonstrou claramente o potencial desafio trazido pelo risco de poluição química sob o impacto da mudança climática global. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Extreme cold or warm events can potentially exacerbate chemical toxicity to the marine medaka fish Oryzias melastigma: Marine ecosystems are currently subjected to dual stresses of chemical pollution and climate change. Through a series of laboratory experiments, this study investigated the impact of exposure to chemical contaminant such as DDT or copper (Cu), in combination with cold or warm temperature extremes on the marine medaka fish Oryzias melastigma. The results showed that extreme seawater temperatures (i.e., 15 and 32 °C in sub-tropical Hong Kong) exacerbated adverse chemical impacts on the growth performance of O. melastigma, in particular at the high thermal extreme. This was likely associated with an interruption of oxygen consumption and aerobic scope. Most importantly, the results of acclimation experiments, as reflected by thermal tolerance polygons, showed that chemical exposure substantially narrowed the thermal tolerance of the medaka, making them more vulnerable to temperature changes and extreme thermal events. Under dual stresses of thermal extremes and chemical exposure, the medaka switched their metabolic pathway to anaerobic respiration that might deplete their energy reserve for chemical detoxification. Although stress proteins such as heat shock proteins (HSP90) were up-regulated for cellular protection in the fish, such a defensive mechanism was repressed with intensifying dual stresses at high temperature and high chemical concentration. Bioconcentration of DDT or Cu generally increased with increasing temperature and its exposure concentration. Overall, these complex chemical-temperature interactions concomitantly exerted a concerted adverse impact to O. melastigma. The temperature-dependent toxicity of DDT or Cu shown in this study clearly demonstrated the potential challenge brought by the risk of chemical pollution under the impact of global climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de choque térmico (HSPs) são codificadas por genes Hsp e são importantes na tolerância de insetos ao estresse térmico. O pulgão-verde, Myzus persicae, é uma praga agrícola importante. As funções dos genes Hsp na tolerância térmica de M. persicae são desconhecidas. Este estudo identificou um gene Hsp70 (MpHsp70a) e analisou seu papel na proteção contra estresse por alta temperatura. MpHsp70a codificou uma proteína consistindo de 659 resíduos de aminoácidos. A proteína tinha três motivos de assinatura da família HSP70 e foi prevista para estar localizada no citoplasma. O maior nível de expressão de MpHsp70a foi em adultos, e as diferenças nos níveis de mRNA entre adultos ápteros e alados não foram significativas. A exposição a altas temperaturas (30, 35 e 40 °C) por uma hora e o tratamento com 40 °C por diferentes tempos (0,5, 1 e 2 h) resultaram em um nível de expressão muito elevado de MpHsp70a, sugerindo que o gene é induzido por calor. O nível transcricional de MpHsp70a foi suprimido por injeção com RNA de fita dupla (dsRNA), e o knockdown de MpHsp70a aumentou significativamente a suscetibilidade de adultos ápteros a 40 °C. Estes resultados indicam que MpHsp70a é necessário para a tolerância ao estresse por alta temperatura em M. persicae. Nossos achados destacam o mecanismo molecular subjacente à adaptação térmica mediada por Hsp70 em M. persicae. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A heat shock protein 70 protects the green peach aphid (Myzus persicae) against high-temperature stress: Heat shock proteins (HSPs) are encoded by Hsp genes and are important in insect tolerance to heat stress. The green peach aphid, Myzus persicae, is an important agricultural pest. The functions of Hsp genes in the thermal tolerance of M. persicae are unknown. This study identified an Hsp70 gene (MpHsp70a) and analyzed its role in protection against high-temperature stress. MpHsp70a encoded a protein consisting of 659 amino acid residues. The protein had three signature motifs of the HSP70 family and was predicted to be localized in the cytoplasm. The highest expression level of MpHsp70a was in adults, and differences in the mRNA levels between apterous and alate adults were not significant. Exposure to high temperatures (30, 35 and 40 °C) for one hour and treatment with 40 °C for different times (0.5, 1 and 2 h) all resulted in a greatly elevated expression level of MpHsp70a, suggesting that the gene is heat-inducible. The transcriptional level of MpHsp70a was suppressed by injection with double-stranded RNA (dsRNA), and knockdown of MpHsp70a significantly increased the susceptibility of apterous adults to 40 °C. These results indicate that MpHsp70a is required for tolerance to high-temperature stress in M. persicae. Our findings highlight the molecular mechanism underlying Hsp70-mediated thermal adaptation in M. persicae. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

INTRODUÇÃO: Temperaturas elevadas podem afetar diretamente a dinâmica populacional de insetos-praga. Muitos estudos experimentais indicaram que altas temperaturas afetam as características biológicas e ecológicas da amplamente distribuída praga agrícola Aphis gossypii, mas os mecanismos moleculares subjacentes à sua resposta ao estresse térmico permanecem não estudados. Aqui, utilizamos análise transcriptômica para explorar os genes-chave e vias metabólicas envolvidas na regulação da termotolerância em A. gossypii a 29 °C, 32 °C e 35 °C. RESULTADOS: Os resultados da análise de bioinformática mostram que poucos genes foram consistentemente diferencialmente expressos entre os tratamentos de temperatura mais alta em comparação com 29 °C, e um aumento moderado de temperatura de 3 °C pode eliciar mudanças na expressão gênica que ajudam A. gossypii a se adaptar a temperaturas mais quentes. Com base na análise de enriquecimento de vias KEGG, descobrimos que genes codificando quatro proteínas de choque térmico 70 (Hsp70s) e nove proteínas catepsina B (CathB) foram significativamente regulados positivamente a 35 °C em comparação com 32 °C. Genes relacionados à produção de glutationa também foram altamente enriquecidos entre 32 °C e 29 °C. O silenciamento de duas Hsp70s (ApHsp70A1–1 e ApHsp68) e duas CathBs (ApCathB01 e ApCathB02) com interferência de RNA usando um sistema de entrega transdérmica de dsRNA baseado em nanocarreador aumentou significativamente a sensibilidade de A. gossypii a altas temperaturas. CONCLUSÃO: A. gossypii é capaz de ajustar finamente sua resposta através de uma faixa de temperaturas, e os genes Hsp70 e CathB são essenciais para a adaptação de A. gossypii a temperaturas mais quentes. © 2023 Society of Chemical Industry. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat shock protein 70 and Cathepsin B genes are involved in the thermal tolerance of Aphis gossypii: BACKGROUND: Elevated temperature can directly affect the insect pest population dynamics. Many experimental studies have indicated that high temperatures affect the biological and ecological characteristics of the widely distributed crop pest Aphis gossypii, but the molecular mechanisms underlying its response to heat stress remain unstudied. Here, we used transcriptomic analysis to explore the key genes and metabolic pathways involved in the regulation of thermotolerance in A. gossypii at 29 °C, 32 °C, and 35 °C. RESULTS: The results of bioinformatics analysis show that few genes were consistently differentially expressed among the higher temperature treatments compared to 29 °C, and a moderate temperature increase of 3 °C can elicit gene expression changes that help A. gossypii adapt to warmer temperatures. Based on KEGG pathway enrichment analysis, we found that genes encoding four heat shock protein 70 s (Hsp70s) and nine cathepsin B (CathB) proteins were significantly upregulated at 35 °C compared with 32 °C. Genes related to glutathione production were also highly enriched between 32 °C and 29 °C. Silencing of two Hsp70s (ApHsp70A1–1 and ApHsp68) and two CathBs (ApCathB01 and ApCathB02) with RNA interference using a nanocarrier-based transdermal dsRNA delivery system significantly increased sensitivity of A. gossypii to high temperatures. CONCLUSION: A. gossypii is able to fine-tune its response across a range of temperatures, and Hsp70 and CathB genes are essential for adaption of A. gossypii to warmer temperatures. © 2023 Society of Chemical Industry. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é um fator ambiental importante na agricultura, afetando organismos individuais e todo o ecossistema agrícola. O aquecimento global tornou-se mais tangível, o que pode afetar negativamente o controle biológico de pragas devido à geralmente fraca tolerância térmica dos inimigos naturais. Os mirídeos Cyrtorhinus lividipennis e Tytthus chinensis (Insecta: Hemiptera: Miridae) são importantes predadores naturais de cigarrinhas-das-planícies e cigarrinhas-das-folhas em campos de arroz asiáticos. No entanto, os efeitos do estresse térmico nesses predadores permanecem pouco compreendidos. Investigamos a tolerância térmica, aptidão, habilidades de predação e resposta transcriptômica de T. chinensis e C. lividipennis em temperaturas elevadas. T. chinensis foi mais tolerante ao calor do que Nilaparvata lugens (sua presa) e C. lividipennis. T. chinensis não apenas exibiu melhor desenvolvimento, sobrevivência, reprodução e capacidades de predação em comparação com C. lividipennis, mas também mostrou competitividade mais forte quando os dois predadores mirídeos co-persistiram em condições de alta temperatura. Para entender os mecanismos subjacentes, sequenciamos seus transcriptomas em diferentes temperaturas. Genes de proteínas de choque térmico (HSP) foram identificados e analisados devido à sua alta co-regulação durante o tratamento térmico. Resultados de reação em cadeia da polimerase quantitativa mostraram que T. chinensis induz a expressão de HSPs de forma rápida e forte em uma faixa de temperatura mais ampla em resposta ao estresse térmico em comparação com C. lividipennis. Em conjunto, destacamos o potencial de T. chinensis como agente de controle biológico em futuras condições de aquecimento global e fornecemos insight sobre a adaptação térmica de espécies de mirídeos. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Consequences of elevated temperature on the biology, predation, and competitiveness of two mirid predators in the rice ecosystem: Temperature is an important environmental factor in agriculture, affecting individual organisms and the entire farmland ecosystem. Global warming has become more tangible, which may negatively affect pest biological control due to the generally weak thermal tolerance of natural enemies. The mirids Cyrtorhinus lividipennis and Tytthus chinensis (Insecta: Hemiptera: Miridae) are important natural predators of planthoppers and leafhoppers in Asian paddy fields. However, the effects of thermal stress on these predators remain poorly understood. We investigated the thermal tolerance, fitness, predation abilities, and transcriptomic response of T. chinensis and C. lividipennis at elevated temperatures. T. chinensis was more heat tolerant than both Nilaparvata lugens (its prey) and C. lividipennis. T. chinensis not only exhibited better development, survival, reproduction, and predation capacities compared with C. lividipennis but also showed stronger competitiveness when the two mirid predators co-persisted under high-temperature conditions. To understand the underlying mechanisms, we sequenced their transcriptomes at different temperatures. Heat shock protein (HSP) genes were identified and analyzed due to their high co-regulation during heat treatment. Quantitative polymerase chain reaction results showed that T. chinensis induces HSPs expression quickly and strongly over a wider temperature range in response to heat stress compared with C. lividipennis. Taken together, we highlighted the potential of T. chinensis as a biological control agent in future global warming conditions and provided insight into the thermal adaption of mirid species. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A aclimatação ao estresse abiótico desempenha um papel crítico na adaptação e evolução de insetos, particularmente durante eventos climáticos extremos. As proteínas de choque térmico (HSPs) são chaperonas moleculares evolutivamente conservadas induzidas por estressores abióticos e bióticos. Compreender a relação entre a aclimatação térmica e a expressão de HSPs específicas é essencial para abordar as funções das famílias de HSPs. Este estudo investigou essa questão usando a broca asiática do milho Ostrinia furnacalis, uma das mais importantes pragas do milho na China. A transcrição dos genes HSP foi induzida em larvas expostas a 33°C. Posteriormente, as larvas foram expostas a 43°C por 2 h e depois permitida a recuperação a 27°C por 0, 0,5, 1, 2, 4, 6 e 8 h. Nos tempos de recuperação de 0,5–4 h, a maioria da população tolera menos por volta de 1–3 h do que sem recuperação (a 0 h) sofrendo estresse térmico contínuo (43°C). Não há diferença na tolerância ao calor com 6 h de recuperação, com níveis transcricionais de HSPs semelhantes ao controle. No entanto, uma tolerância térmica significativa foi observada após 8 h do tempo de recuperação, com um nível mais elevado de HSP70. Além disso, a transcrição dos genes HSP60 e HSC70 (proteína de choque térmico cognata 70) não mostrou um efeito significativo. HSP70 ou HSP90 foram significativamente reguladas positivamente dentro de 1–2 h de estresse térmico sustentado (43°C), mas diminuíram em 6 h. Nossos achados revelaram que o estresse térmico extremo induziu o início rápido da transcrição de HSP70 ou HSP90. Isso pode ser interpretado como uma adaptação à variação drástica e rápida da temperatura. A tolerância térmica das larvas é significativamente aumentada após 6 h de recuperação e possivelmente regulada por HSP70. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcription dynamics of heat shock proteins in response to thermal acclimation in Ostrinia furnacalis: Acclimation to abiotic stress plays a critical role in insect adaption and evolution, particularly during extreme climate events. Heat shock proteins (HSPs) are evolutionarily conserved molecular chaperones caused by abiotic and biotic stressors. Understanding the relationship between thermal acclimation and the expression of specific HSPs is essential for addressing the functions of HSP families. This study investigated this issue using the Asian corn borer Ostrinia furnacalis, one of the most important corn pests in China. The transcription of HSP genes was induced in larvae exposed to 33°C. Thereafter, the larvae were exposed to 43°C, for 2 h, and then allowed to recover at 27 C for 0, 0.5, 1, 2, 4, 6, and 8 h. At the recovery times 0.5–4 h, most population tolerates less around 1–3 h than without recovery (at 0 h) suffering continuous heat stress (43 C). There is no difference in the heat tolerance at 6 h recovery, with similar transcriptional levels of HSPs as the control. However, a significant thermal tolerance was observed after 8 h of the recovery time, with a higher level of HSP70. In addition, the transcription of HSP60 and HSC70 (heat shock cognate protein 70) genes did not show a significant effect. HSP70 or HSP90 significantly upregulated within 1–2 h sustained heat stress (43 C) but declined at 6 h. Our findings revealed extreme thermal stress induced quick onset of HSP70 or HSP90 transcription. It could be interpreted as an adaptation to the drastic and rapid temperature variation. The thermal tolerance of larvae is significantly enhanced after 6 h of recovery and possibly regulated by HSP70. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Arma chinensis é um importante inimigo predador de muitas pragas agrícolas e florestais. A proteína de choque térmico 70 (Hsp70) desempenha um papel essencial na adaptação de insetos a vários fatores de estresse. Para explorar as funções das Hsp70s em relação à tolerância térmica de A. chinensis, cDNAs de comprimento total de seis genes Hsp70 (AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a, AcHsp68b, AcHsp70-2 e AcHsc70-4) foram clonados. Suas molduras abertas de leitura (ORFs) foram de 1902, 2454, 1884, 1905, 1872 e 1947 pb, respectivamente. Perfis de expressão desenvolvimental mostraram que AcHsp70Ba, AcHsp70-4 e AcHsc70-4 foram extremamente altamente expressos em estágios adultos. AcHsp68a e AcHsp70-2 mostraram o maior nível de expressão em estágios ninfais, e AcHsp68b foi principalmente expresso em adultos machos. A análise de distribuição tecidual demonstrou que as AcHsp70s foram expressas ubiquitousamente, mas mostrando padrões de expressão gene-específicos e dirigidos por sexo. A alta temperatura induziu a expressão das seis AcHsp70s. Entre elas, AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a e AcHsc70-4 foram significativamente induzidas a 38 °C por 6 h, enquanto todas as seis AcHsp70s foram significativamente induzidas a 38 °C por 24 h. Houve diferenças nas respostas das seis AcHsp70s ao estresse por baixa temperatura. As expressões de AcHsp70-4, AcHsp68a e AcHsp68b em adultos machos foram significativamente reprimidas a 4 °C por 6 h, enquanto AcHsp70Ba e AcHsp70-2 foram significativamente induzidas. Os níveis de AcHsp70Ba, AcHsp68b e AcHsp70-2 em fêmeas adultas foram significativamente reprimidos a 4 °C por 24 h, enquanto AcHsc70-4 foi significativamente induzida. Estes resultados sugeriram que as AcHsp70s desempenham papéis importantes em vários estágios desenvolvimentais e funções teciduais, e contribuem para a tolerância de A. chinensis a temperaturas extremas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecular characterization of six heat shock protein 70 genes from Arma chinensis and their expression patterns in response to temperature stress: Arma chinensis is an important predatory enemy of many agricultural and forest pests. Heat shock protein 70 (Hsp70) plays an essential role in insect adaptation to various stress factors. To explore the functions of Hsp70s in relation to thermal tolerance of A. chinensis, full-length cDNAs of six Hsp70 genes (AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a, AcHsp68b, AcHsp70-2, and AcHsc70-4) were cloned. Their open reading frames (ORFs) were 1902, 2454, 1884, 1905, 1872, and 1947 bp, respectively. Developmental expression profiles showed that AcHsp70Ba, AcHsp70-4, and AcHsc70-4 were extremely highly expressed in adult stages. AcHsp68a and AcHsp70-2 showed the highest level of expression in nymph stages, and AcHsp68b was mainly expressed in male adults. Tissue distribution analysis demonstrated that the AcHsp70s were ubiquitously expressed but showing gene-specific and sex-driven patterns of expression. High temperature induced the expression of the six AcHsp70s. Among them, AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a, and AcHsc70-4 were significantly induced at 38 °C for 6 h, while all six AcHsp70s were significantly induced at 38 °C for 24 h. There were differences in responses of the six AcHsp70s to low-temperature stress. The expressions of AcHsp70-4, AcHsp68a, and AcHsp68b in male adults were significantly repressed at 4 °C for 6 h, whereas AcHsp70Ba and AcHsp70-2 were significantly induced. The levels of AcHsp70Ba, AcHsp68b, and AcHsp70-2 in female adults were significantly repressed at 4 °C for 24 h, whereas AcHsc70-4 was significantly induced. These results suggested that AcHsp70s play important roles in various developmental stages and tissue function, and contribute to the tolerance of A. chinensis to extreme temperatures. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As pequenas proteínas de choque térmico (sHSPs) desempenham papéis importantes no desenvolvimento e resistência ao estresse em insetos. No entanto, as funções in vivo e os mecanismos de ação permanecem amplamente desconhecidos ou pouco claros para a maioria dos membros das sHSPs em insetos. Este estudo investigou a expressão de CfHSP20.2 na broca-do-abeto, Choristoneura fumiferana (Clem.) sob condições normais e de estresse térmico. Sob condições normais, o transcrito e a proteína CfHSP20.2 foram altamente e constantemente expressos nos testículos de larvas machos, pupas e adultos jovens e nos ovários de pupas em estágio final e adultos fêmeas. Após a eclosão do adulto, CfHSP20.2 permaneceu altamente e quase constantemente expressa nos ovários, mas em contraste, foi regulada negativamente nos testículos. Sob estresse térmico, CfHSP20.2 foi regulada positivamente nas gônadas e tecidos não gonadais em ambos os sexos. Estes resultados indicam que a expressão de CfHSP20.2 é específica das gônadas e induzida por calor. Isso fornece evidências de que a proteína CfHSP20.2 desempenha papéis importantes durante o desenvolvimento reprodutivo sob condições ambientais normais, enquanto sob condições de estresse térmico, também pode aumentar a tolerância térmica das gônadas e tecidos não gonadais. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Expression of the gonad-specific small heat shock protein, CfHSP20.2, in the spruce budworm, Choristoneura fumiferana (Clem.): Small heat shock proteins (sHSPs) play important roles in insect development and stress resistance. However, the in vivo functions and mechanisms of action remain largely unknown or unclear for most members of the sHSPs in insects. This study investigated the expression of CfHSP20.2 in the spruce budworm, Choristoneura fumiferana (Clem.) under normal and heat-stress conditions. Under normal conditions, CfHSP20.2 transcript and protein were highly and constantly expressed in the testes of male larvae, pupae and young adults and in the ovaries of female late-stage pupae and adults. After adult eclosion, CfHSP20.2 remained highly and almost constantly expressed in the ovaries, but in contrast, was downregulated in the testes. Upon heat stress, CfHSP20.2 was upregulated in the gonads and non-gonadal tissues in both sexes. These results indicate that CfHSP20.2 expression is gonad-specific and heat-inducible. This provides evidence that the CfHSP20.2 protein plays important roles during reproductive development under normal environmental conditions, while under heat-stress conditions, it may also enhance the thermal tolerance of the gonads and non-gonadal tissues. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Atualmente, os insetos estão submetidos a estresse térmico sem precedentes devido aos recentes aumentos na frequência e amplitude de extremos de temperatura. Compreender as respostas moleculares ao estresse térmico é criticamente importante para avaliar como as espécies reagem ao estresse térmico. Três espécies cosmopolitas coexistentes são encontradas dentro da guilda dos pulgões dos cereais: Sitobion avenae, Ropalosiphum padi e Metopolophium dirhodum. Relatórios anteriores mostraram que o aumento da frequência de extremos de temperatura causa uma mudança nas espécies dominantes dentro das guildas de pulgões dos cereais, alterando diferentemente o crescimento populacional. Nossa hipótese é que uma resposta molecular diferencial ao estresse entre as espécies pode explicar parcialmente essas mudanças. As proteínas de choque térmico (HSPs) são chaperonas moleculares bem conhecidas por desempenharem um papel importante na proteção contra os efeitos adversos do estresse térmico. No entanto, poucos estudos sobre chaperonas moleculares foram conduzidos em pulgões dos cereais. Neste estudo, comparamos a tolerância ao calor e ao frio entre três espécies de pulgões medindo o tempo letal mediano (Lt₅₀) e examinamos os perfis de expressão de sete genes hsp após exposições a níveis comparáveis de lesão térmica e também após as mesmas durações de exposição. Os resultados mostraram que R. padi sobreviveu comparativamente melhor em altas temperaturas do que as outras duas espécies, mas foi mais sensível ao frio. Os genes hsp foram induzidos mais fortemente pelo estresse térmico do que pelo estresse de frio. Hsp70A foi o gene mais fortemente regulado positivamente em resposta ao estresse térmico e de frio. R. padi apresentou mais genes induzíveis pelo calor e níveis significativamente mais elevados de mRNA de hsp70A, hsp10, hsp60 e hsp90 do que as outras duas espécies. As Hsps deixaram de ser expressas a 37 °C em M. dirhodum e S. avenae, enquanto a expressão foi mantida em R. padi. Em contraste, M. dirhodum foi mais tolerante ao frio e apresentou mais genes induzíveis pelo frio do que os outros. Esses resultados confirmam diferenças espécie-específicas nas respostas moleculares ao estresse e sugerem que diferenças na expressão induzida de hsps podem estar relacionadas à tolerância térmica das espécies, causando assim as mudanças na abundância relativa. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The interspecific variations in molecular responses to various doses of heat and cold stress: The case of cereal aphids: Insects are currently subjected to unprecedented thermal stress due to recent increases in the frequency and amplitude of temperature extremes. Understanding molecular responses to thermal stress is critically important to appreciate how species react to thermal stress. Three co-occurring cosmopolitan species are found within the guild of cereal aphids: Sitobion avenae, Ropalosiphum padi and Metopolophium dirhodum. Earlier reports have shown that increasing frequency of temperature extremes causes a shift in dominant species within guilds of cereal aphids by differently altering the population's growth. We hypothesize that a differential molecular response to stress among species may partially explain these changes. Heat shock proteins (HSPs) are molecular chaperones well known to play an important role in protecting against the adverse effects of thermal stress. However, few studies on molecular chaperones have been conducted in cereal aphids. In this study, we compared the heat and cold tolerance between three aphid species by measuring the median lethal time (Lt<inf>50</inf>) and examined the expression profiles of seven hsp genes after exposures to comparable thermal injury levels and also after same exposure durations. Results showed that R. padi survived comparatively better at high temperatures than the two other species but was more cold-sensitive. Hsp genes were induced more strongly by heat than cold stress. Hsp70A was the most strongly up-regulated gene in response to both heat and cold stress. R. padi had more heat inducible genes and significantly higher mRNA levels of hsp70A, hsp10, hsp60 and hsp90 than the other two species. Hsps ceased to be expressed at 37 °C in M. dirhodum and S. avenae while expression was maintained in R. padi. In contrast, M. dirhodum was more cold tolerant and had more cold inducible genes than the others. These results confirm species-specific differences in molecular stress responses and suggest that differences in induced expression of hsps may be related to species’ thermal tolerance, thus causing the changes in the relative abundance. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os artrópodes terrestres no Ártico são expostos a temperaturas altamente variáveis que frequentemente atingem extremos frios e quentes. No entanto, estudos ecofisiológicos sobre insetos árticos normalmente focam na capacidade das espécies de tolerar baixas temperaturas, enquanto estudos investigando adaptações fisiológicas das espécies a temperaturas periodicamente quentes e variáveis são poucos. Neste estudo, investigamos mudanças temporais nas tolerâncias térmicas e no transcriptoma do percevejo groenlandês Nysius groenlandicus, coletado no campo em diferentes tempos e temperaturas no Sul da Groenlândia. Descobrimos que mudanças plásticas nas tolerâncias ao calor e ao frio ocorreram rapidamente (dentro de horas) e em escala diária no campo, e que essas mudanças estão correlacionadas com a variação de temperatura diurna. Usando sequenciamento de RNA, fornecemos bases moleculares dos ajustes rápidos na tolerância térmica através de temperaturas ambientais de campo e em laboratório. Mostramos que as respostas transcricionais são sensíveis a mudanças diárias de temperatura, e dias caracterizados por alta variação de temperatura induziram padrões de expressão marcadamente diferentes de dias termicamente estáveis. Além disso, genes associados com respostas ao calor induzidas em laboratório, incluindo expressão de proteínas de choque térmico e vitelogeninas, foram compartilhados entre experimentos de laboratório e campo, mas induzidos em momentos associados com temperaturas mais baixas no campo. Respostas ao estresse por frio não se manifestaram no nível transcriptômico. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temporal regulation of temperature tolerances and gene expression in an arctic insect: Terrestrial arthropods in the Arctic are exposed to highly variable temperatures that frequently reach cold and warm extremes. Yet, ecophysiological studies on arctic insects typically focus on the ability of species to tolerate low temperatures, whereas studies investigating physiological adaptations of species to periodically warm and variable temperatures are few. In this study, we investigated temporal changes in thermal tolerances and the transcriptome in the Greenlandic seed bug Nysius groenlandicus, collected in the field across different times and temperatures in Southern Greenland. We found that plastic changes in heat and cold tolerances occurred rapidly (within hours) and at a daily scale in the field, and that these changes are correlated with diurnal temperature variation. Using RNA sequencing, we provide molecular underpinnings of the rapid adjustments in thermal tolerance across ambient field temperatures and in the laboratory. We show that transcriptional responses are sensitive to daily temperature changes, and days characterized by high temperature variation induced markedly different expression patterns than thermally stable days. Further, genes associated with laboratory-induced heat responses, including expression of heat shock proteins and vitellogenins, were shared across laboratory and field experiments, but induced at time points associated with lower temperatures in the field. Cold stress responses were not manifested at the transcriptomic level. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Insetos são suscetíveis a temperaturas elevadas, resultando em fertilidade prejudicada e tempo de vida reduzido. Este estudo investigou os mecanismos genéticos subjacentes aos efeitos do estresse térmico. Realizamos sequenciamento de RNA em Pteromalus puparum expostos a 25°C e 35°C, revelando assinaturas transcricionais. A Análise de Rede de Co-expressão Gênica Ponderada descobriu módulos associados ao estresse térmico, formando uma rede regulatória de 113 genes. A rede é naturalmente dividida em dois subgrupos, um ligado ao estresse térmico agudo, incluindo proteínas de choque térmico (HSPs), e outro ao estresse térmico crônico, envolvendo genes de lipogênese. Identificamos um gene Xap5 Regulador de Choque Térmico (XHSR) como um componente crucial da rede, validado através de interferência de RNA e ensaios de PCR quantitativo. O knockdown de XHSR reduziu o tempo de vida das vespas enquanto induziu diretamente HSPs e mediou a indução de genes de lipogênese. O knockout mediado por CRISPR/Cas9 do homólogo de XHSR em Drosophila reduziu a sobrevivência dos mutantes, destacando seu papel conservado. Esta pesquisa esclarece os mecanismos de tolerância térmica, oferecendo aplicações potenciais no controle de pragas em meio ao aquecimento global. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Regulatory network in heat stress response in parasitoid wasp focusing on Xap5 heat stress regulator: Insects are susceptible to elevated temperatures, resulting in impaired fertility, and shortened lifespan. This study investigated the genetic mechanisms underlying heat stress effects. We conducted RNA sequencing on Pteromalus puparum exposed to 25°C and 35°C, revealing transcriptional signatures. Weighted Gene Co-expression Network Analysis uncovered heat stress-associated modules, forming a regulatory network of 113 genes. The network is naturally divided into two subgroups, one linked to acute heat stress, including heat shock proteins (HSPs), and the other to chronic heat stress, involving lipogenesis genes. We identified an Xap5 Heat Shock Regulator (XHSR) gene as a crucial network component, validated through RNA interference and quantitative PCR assays. XHSR knockdown reduced wasps’ lifespan while directly inducing HSPs and mediating lipogenesis gene induction. CRISPR/Cas9-mediated knockout of the Drosophila XHSR homolog reduced mutants’ survival, highlighting its conserved role. This research sheds light on thermal tolerance mechanisms, offering potential applications in pest control amid global warming. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Liriomyza trifolii é uma praga invasora significativa que ataca culturas hortícolas e vegetais, causando surtos em larga escala caracterizados por pronunciada termotolerância e resistência a inseticidas. Este estudo examinou o impacto da seleção de longo prazo para resistência a abamectina durante a fase larval de L. trifolii em sua dinâmica populacional e tolerância térmica. Realizamos uma comparação abrangente entre a linhagem resistente à abamectina (AB-R) e a linhagem suscetível (S), incluindo análise de tabela de vida idade-estágio e dois sexos, preferência térmica (Tpref), temperatura crítica máxima (CTmax), tempos de queda por calor (HKDTs), taxas de eclosão e sobrevivência, e expressão de LtHsp sob estresse térmico. Nossos resultados mostraram que, embora a seleção para resistência a abamectina tenha sido prejudicial à sobrevivência e reprodução, ela ativou mecanismos de autodefesa e ajustes adaptativos rápidos e conferiu moderada tolerância térmica, o que sugere uma natureza dual dos efeitos de inseticidas. A linhagem AB-R exibiu preferência térmica e valores de CTmax significativamente maiores, juntamente com HKDT mais longo e sobrevivência melhorada. Além disso, houve uma regulação positiva significativa da expressão de LtHsp na linhagem AB-R em comparação com a linhagem S. Esses achados indicam que a evolução da adaptação térmica foi acompanhada pelo desenvolvimento de resistência a abamectina, enfatizando a necessidade de considerar os efeitos da temperatura ao aplicar o controle químico. Nosso estudo fornece insights valiosos sobre como a aclimatação fisiológica pode ajudar a mitigar os efeitos tóxicos de inseticidas e ilustra como os insetos respondem a múltiplas pressões ambientais. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Life Table Study of Liriomyza trifolii and Its Contribution to Thermotolerance: Responding to Long-Term Selection Pressure for Abamectin Resistance: Liriomyza trifolii is a significant invasive pest that targets horticultural and vegetable crops, causing large-scale outbreaks characterized by pronounced thermotolerance and insecticide resistance. This study examined the impact of long-term selection for abamectin resistance during the larval stage of L. trifolii on its population dynamics and thermal tolerance. We conducted a comprehensive comparison between the abamectin-resistant strain (AB-R) and the susceptible strain (S), including age-stage, two-sex life table analysis, thermal preference (T<inf>pref</inf>), critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>), heat knockdown times (HKDTs), eclosion and survival rates, and LtHsp expression under heat stress. Our results showed that while selection for abamectin resistance was detrimental to survival and reproduction, it activated self-defense mechanisms and rapid adaptive adjustments and conferred modest thermal tolerance, which suggests a dual nature of insecticide effects. The AB-R strain exhibited significantly higher thermal preference and CT<inf>max</inf> values, along with a longer HKDT and improved survival. Additionally, there was a significant upregulation of LtHsp expression in the AB-R strain compared to the S strain. These findings indicate that the evolution of thermal adaptation was accompanied by abamectin resistance development, emphasizing the necessity of considering temperature effects when applying chemical control. Our study provides valuable insights into how physiological acclimation may help mitigate the toxic effects of insecticides and illustrate how insects respond to multiple environmental pressures. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O pulgão-da-soja, Aphis glycines Matsumura (Hemiptera: Aphididae), é uma praga importante em campos de soja. Embora o estresse por alta temperatura induzido pelo aquecimento global possa inicialmente suprimir as populações de pulgões, essas pragas podem eventualmente se adaptar, levando a infestações mais severas e danos às culturas. As proteínas de choque térmico (HSPs), que são reguladas positivamente em resposta ao estresse térmico para proteger o desenvolvimento dos pulgões, também conferem tolerância a outros estressores abióticos, incluindo inseticidas. Para investigar o papel das HSPs na resistência a inseticidas em A. glycines, analisamos os perfis de expressão de três genes AgHsp90 (AgHsp75, AgHsp83 e AgGrp94) após exposição a altas temperaturas e inseticidas. A validação funcional foi realizada usando interferência de RNA (RNAi) para silenciar os genes AgHsp90. Nossos resultados demonstraram que os genes AgHsp90 foram significativamente regulados positivamente sob condições de estresse térmico e por inseticidas. Além disso, após alimentação com dsRNA dos genes AgHsp90, as taxas de mortalidade de A. glycines aumentaram significativamente quando expostas a imidacloprido e lambda-cialotrina. Este estudo fornece evidências de que os genes AgHsp90 desempenham um papel crucial na mediação da tolerância térmica e resistência a inseticidas em A. glycines. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Expression of Heat Shock Protein 90 Genes Induced by High Temperature Mediated Sensitivity of Aphis glycines Matsumura (Hemiptera: Aphididae) to Insecticides: Soybean aphid, Aphis glycines Matsumura (Hemiptera: Aphididae), is a major pest of soybean fields. While high-temperature stress induced by global warming can initially suppress aphid populations, these pests may eventually adapt, leading to more severe infestations and crop damage. Heat shock proteins (HSPs), which are upregulated in response to heat stress to protect aphid development, also confer tolerance to other abiotic stressors, including insecticides. To investigate the role of HSPs in insecticide resistance in A. glycines, we analyzed the expression profiles of three AgHsp90 genes (AgHsp75, AgHsp83, and AgGrp94) following exposure to high temperatures and insecticides. Functional validation was performed using RNA interference (RNAi) to silence AgHsp90 genes. Our results demonstrated that AgHsp90 genes were significantly upregulated under both heat and insecticide stress conditions. Furthermore, after feeding on dsRNA of AgHsp90 genes, mortality rates of A. glycines significantly increased when exposed to imidacloprid and lambda-cyhalothrin. This study provides evidence that AgHsp90 genes play a crucial role in mediating thermal tolerance and insecticide resistance in A. glycines. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Hyphantria cunea (Lepidoptera: Erebidae), uma praga quarentenária globalmente significativa, está enfrentando estresse térmico durante sua expansão para o sul na China. Os membros da família de proteínas de choque térmico 70 (HSP70) servem como componentes-chave nas redes moleculares de insetos sob estresse por calor. No entanto, os estudos permanecem limitados sobre a tolerância desta praga a temperaturas altas persistentes e o papel da HSP70 sob tais condições de estresse. Neste estudo, o tratamento de calor extremo (EHT; ciclo diário de 31 °C (6 h), 34 °C (6 h), 37 °C (6 h) e 34 °C (6 h)) reduziu drasticamente a sobrevivência das larvas de H. cunea, impedindo a conclusão do ciclo de vida. O tratamento de calor (HT; ciclo diário de 28 °C (6 h), 31 °C (6 h), 34 °C (6 h) e 31 °C (6 h)) durante os estágios iniciais teve efeitos menores no desenvolvimento larval, enquanto a exposição durante os estágios larvais tardios encurtou a duração do desenvolvimento, reduziu a fecundidade e diminuiu a aptidão. Para explorar os mecanismos moleculares, quatro genes HSP70 de H. cunea foram clonados e caracterizados. A análise filogenética revelou alta conservação entre as HcHSP70s, mostrando uma relação próxima com as de insetos Noctuidae. Os transcritos de HcHSP70 foram significativamente regulados positivamente durante o estresse térmico, exibindo flutuação diurna com pico de expressão em horários específicos. Estes resultados mostram que H. cunea pode tolerar estresse térmico moderado, mas o estresse térmico pré-reprodutivo reduz a fecundidade. A regulação positiva da expressão de HSP70 contribui para a maior termotolerância nesta praga. No geral, esta pesquisa fornece uma referência para a previsão populacional de H. cunea em regiões com aumento do estresse térmico. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of long-term thermal stress on population dynamics and HSP70 expression of Hyphantria cunea (Lepidoptera: Erebidae): Hyphantria cunea (Lepidoptera: Erebidae), a globally significant quarantine pest, is facing thermal stress during its southward expansion in China. Heat shock protein 70 (HSP70) family members serve as key components in insect molecular networks under heat stress. However, studies remain limited on this pest’s tolerance to persistent high temperatures and the role of HSP70 under such stress conditions. In this study, extreme heat treatment (EHT; daily cycle of 31 °C (6 h), 34 °C (6 h), 37 °C (6h), and 34 °C (6 h)) drastically reduced H. cunea larval survival, preventing life cycle completion. Heat treatment (HT; daily cycle of 28 °C (6 h), 31 °C (6 h), 34 °C (6 h), and 31 °C (6 h)) during early stages had minor effects on larval development, whereas exposure during late larval stages shortened developmental duration, reduced fecundity, and decreased fitness. To explore the molecular mechanisms, four HSP70 genes of H. cunea were cloned and characterized. Phylogenetic analysis revealed high conservation among HcHSP70s, showing a close relationship with those from Noctuidae insects. HcHSP70 transcripts were significantly upregulated during heat stress, exhibiting diurnal fluctuation with peak expression at specific times. These results show that H. cunea can tolerate moderate heat stress, but pre-reproductive thermal stress reduces fecundity. The upregulation of HSP70 expression contributes to enhanced thermotolerance in this pest. Overall, this research provides a reference for population prediction of H. cunea in regions with increasing heat stress. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Nos próximos anos, as mudanças climáticas provavelmente aumentarão a frequência e intensidade das ondas de calor. Em muitos organismos, o estresse térmico provoca perturbações fisiológicas e pode levar à diminuição da fertilidade masculina. Os zangões são endo-heterotérmicos, mas apresentam diferenças interespecíficas na termotolerância que poderiam ter implicações para a conservação. Para a espécie de preocupação Bombus magnus, a exposição a altas temperaturas pode reduzir severamente a qualidade do esperma e, consequentemente, o sucesso reprodutivo. Este não é o caso de B. terrestris, uma espécie ubíqua. Para decifrar os mecanismos em jogo, caracterizamos os proteomas do fluido seminal das duas espécies. Quantificamos 1121 proteínas, das quais 522 estavam diferencialmente expressas entre B. terrestris e B. magnus. Várias proteínas com funções protetoras, como proteases, proteínas antioxidantes e várias proteínas de choque térmico, estavam presentes em níveis mais elevados em B. terrestris do que em B. magnus, tanto em condições de controle quanto de estresse térmico. O mesmo ocorreu com proteínas envolvidas na homeostase celular, imunidade, metabolismo de lipídios/açúcares e termotolerância. Além disso, proteínas envolvidas na captura e eliminação de espécies reativas de oxigênio também ocorreram em níveis muito mais altos em B. terrestris. No geral, estes resultados indicam claramente diferenças no proteoma seminal do B. terrestris mais termotolerante versus B. magnus. As diferenças podem contribuir para explicar as diferenças interespecíficas na sobrevivência dos espermatozoides. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Proteomic differences in seminal fluid of social insects whose sperm differ in heat tolerance: In the coming years, climate change is likely to increase the frequency and intensity of heatwaves. In many organisms, heat stress provokes physiological perturbations and can lead to decreased male fertility. Bumblebees are endo-heterothermic but display interspecific differences in thermotolerance that could have conservation implications. For the species of concern Bombus magnus, exposure to high temperatures can severely reduce sperm quality and, consequently, reproductive success. Such is not the case for B. terrestris, a ubiquitous species. To decipher the mechanisms at play, we characterized the seminal fluid proteomes of the two species. We quantified 1121 proteins, of which 522 were differentially expressed between B. terrestris and B. magnus. Several proteins with protective functions, such as proteases, antioxidant proteins and various heat-shock proteins, were present at higher levels in B. terrestris than in B. magnus under both control and heat-stress conditions. The same was true for proteins involved in cellular homeostasis, immunity, lipid/sugar metabolism and thermotolerance. Furthermore, proteins involved in the capture and elimination of reactive oxygen species also occurred at much high levels in B. terrestris. Overall, these results clearly indicate differences in the seminal proteome of the more thermotolerant B. terrestris versus B. magnus. The differences may contribute to explaining interspecific differences in sperm survival. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Liriomyza trifolii é uma praga invasora significativa que danifica culturas hortícolas e vegetais. A distribuição de L. trifolii é influenciada pela temperatura, e pesquisas anteriores demonstraram que as variações na adaptabilidade térmica diferem entre populações geográficas do inseto. As proteínas de choque térmico (Hsps) estão envolvidas na adaptação a temperaturas; no entanto, o mecanismo molecular subjacente para a adaptação térmica em diferentes populações de L. trifolii permanece pouco claro. Este estudo examina a adaptabilidade à temperatura de duas populações de L. trifolii das províncias de Hainan (HN) e Jiangsu (JS). Os resultados indicam que a população HN tem uma taxa de sobrevivência mais alta e um máximo térmico crítico (CTmax) mais elevado do que a população JS sob estresse de alta temperatura. Dados de transcriptoma a 42 °C revelaram que a população JS tem mais genes diferencialmente expressos (DEGs) do que a população HN, enquanto a população HN tem mais DEGs regulados positivamente. As duas populações foram semelhantes na anotação funcional dos DEGs, e um grande número de Hsps foi regulado positivamente. No entanto, a população HN apresentou números maiores e níveis de expressão mais elevados de Hsps durante o estresse térmico em comparação com a população JS. Adicionalmente, os padrões de expressão das Hsps diferencialmente expressas variaram entre as populações HN e JS em resposta a diferentes temperaturas elevadas. Notavelmente, os níveis de transcrição de Hsp70s foram mais altos na população HN em comparação com a população JS, enquanto o nível de expressão de genes que codificam pequenas proteínas de choque térmico foi maior na população JS. Esses achados têm valor científico significativo na compreensão do mecanismo subjacente de adaptação à temperatura em L. trifolii e fornecem uma nova perspectiva sobre a distribuição desta praga invasora. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Characterization of genes encoding heat shock proteins reveals a differential response to temperature in two geographic populations of Liriomyza trifolii (Diptera: Agromyzidae): Liriomyza trifolii is a significant, invasive pest that damages horticultural crops and vegetables. The distribution of L. trifolii is influenced by temperature, and prior research has demonstrated that variations in thermal adaptability differ among geographic populations of the insect. Heat shock proteins (Hsps) are involved in adaptation to temperatures; however, the underlying molecular mechanism for thermal adaption in different L. trifolii populations remains unclear. This study examines the temperature adaptability of two L. trifolii populations from Hainan (HN) and Jiangsu (JS) provinces. The results indicate that the HN population has a higher survival rate and a higher critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) than the JS population under high temperature stress. Transcriptome data at 42 °C revealed that the JS population has more differentially expressed genes (DEGs) than the HN population, while the HN population has more upregulated DEGs. The two populations were similar in functional annotation of DEGs, and a large number of Hsps were upregulated. However, the HN population had larger numbers and higher expression levels of Hsps during heat stress as compared to the JS population. Additionally, the expression patterns of differentially expressed Hsps varied between the HN and JS populations in response to different elevated temperatures. Notably, the transcription levels of Hsp70s were higher in the HN population as compared to the JS population, while the expression level of genes encoding small heat shock proteins was higher in the JS population. These findings have significant scientific value in understanding the underlying mechanism of temperature adaption in L. trifolii and provide a fresh perspective on the distribution of this invasive pest. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento climático, particularmente os eventos de temperatura extrema, representa uma grande ameaça à sobrevivência e diversidade de insetos. Portanto, compreender as respostas dos insetos a altas temperaturas é cada vez mais importante para prever sua resiliência e distribuição sob mudanças climáticas. Neste estudo, analisamos 4.417 artigos da Web of Science Core Collection usando VOSviewer, CiteSpace e o pacote Bibliometrix R. Os resultados mostram que desde 2012, o número de publicações sobre respostas de insetos a altas temperaturas tem aumentado ano a ano a uma taxa média de crescimento anual de 3,5%, refletindo o crescente interesse de pesquisa neste campo. Em segundo lugar, a resposta dos insetos a altas temperaturas é um campo de pesquisa multidisciplinar. A revista PLoS One tem a maior quantidade de artigos publicados, possuindo as maiores citações totais e índice H globalmente. Hoffmann AA e Du YZ são os autores mais produtivos. Além disso, a análise de palavras-chave revelou foco de pesquisa em respostas moleculares como expressão gênica e proteínas de choque térmico. A análise de agrupamento de acoplamento bibliográfico identificou 15 principais temas de pesquisa, os resultados demonstram que o campo evoluiu da descrição de características fisiológicas para a dissecção de mecanismos bioquímicos e reprodutivos subjacentes à tolerância térmica, visando descobrir respostas biológicas e estratégias adaptativas sob estresse térmico. Para resumir, este estudo fornece uma visão geral das tendências atuais de pesquisa e prioridades emergentes na biologia do estresse térmico em insetos. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Research progress and trends of insect high-temperature stress: insights from bibliometric analysis: Climate warming, particularly extreme temperature events, poses a major threat to insect survival and diversity. Thus, understanding insect responses to high temperatures is increasingly important for predicting their resilience and distribution under climate change. In this study, we analyzed 4,417 articles from the Web of Science Core Collection using VOSviewer, CiteSpace, and the Bibliometrix R package. The results show that since 2012, the number of publications on insect responses to high temperatures has been increasing year by year at an average annual growth rate of 3.5%, reflecting the increasing research interest in this field. Secondly, the response of insects to high temperatures is a multidisciplinary research field. The PLoS One journal has the largest quantity of published articles, boasting the highest total citations and H-index globally. Hoffmann AA and Du YZ are the most productive authors. Furthermore, keyword analysis revealed research focus on molecular responses such as gene expression and heat-shock proteins. Cluster analysis of bibliographic coupling identified 15 major research themes, results demonstrate that the field evolved from describing physiological traits to dissecting biochemical and reproductive mechanisms underlying thermal tolerance, aiming to uncover biological responses and adaptive strategies under heat stress. To summarize, this study provides an overview of current research trends and emerging priorities in insect heat stress biology. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global afeta direta e indiretamente a biologia e ecologia de insetos aquáticos. Os quironomídeos são ubíquos na Terra e são adequados para análise sistemática do efeito do aquecimento em insetos. Aqui, medimos a taxa de sobrevivência de larvas de quarto ínstar de sete espécies de Chironomus em diferentes temperaturas. A temperatura média para sobrevivência após exposição de 1 hora em larvas de Chironomus sulfurosus foi a mais alta (43 °C) entre as sete espécies de Chironomus. Além disso, 14,5% das larvas de C. sulfurosus sobreviveram a 40 °C desde o primeiro até o quarto ínstar por 14 dias, enquanto larvas das outras três espécies com tolerância térmica relativamente alta no teste de exposição de 1 hora não conseguiram. Estes resultados indicam que apenas as larvas de C. sulfurosus são tolerantes a 40 °C. Examinamos os níveis de expressão de genes específicos codificando quatro proteínas de choque térmico e uma proteína de choque térmico cognata em larvas de C. sulfurosus em várias temperaturas usando PCR quantitativo em tempo real. Os níveis de expressão dos genes para hsc70, hsp67, hsp60, hsp27 e hsp23 foram maiores a 40 °C do que a 35 °C, temperatura na qual 97% das larvas sobreviveram por 14 dias. Portanto, em conjunto com a presente análise filogenética, a tolerância térmica de C. sulfurosus está associada com a regulação positiva dos genes hsp e hsc, o que pode fundamentar um mecanismo de resposta do organismo a altas temperaturas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of larvae of seven Chironomus species and up-regulation of heat shock protein-coding genes in Chironomus sulfurosus: Global warming directly and indirectly affects the biology and ecology of aquatic insects. Chironomids are ubiquitous on the earth and are suitable for systematic analysis of the warming effect on insects. Here, we measured the survival rate for the fourth-instar larvae of seven Chironomus species at different temperatures. The mid-temperature for survival after 1-h temperature exposure to Chironomus sulfurosus larvae was the highest (43 °C) among seven Chironomus species. In addition, 14.5% of C. sulfurosus larvae survived at 40 °C from the first to the fourth instar for 14 days, whereas larvae of the other three species with relatively high thermal tolerance in the 1-h exposure test could not. These results indicate that only C. sulfurosus larvae are tolerant of 40 °C. We examined the expression levels of specific genes encoding four heat shock proteins and one heat shock protein cognate in C. sulfurosus larvae at various temperatures using quantitative real-time PCR. The expression levels of genes for hsc70, hsp67, hsp60, hsp27, and hsp23 genes were higher at 40 °C than those at 35 °C, at which 97% of larvae survived for 14 days. Therefore, in conjunction with the present phylogenetic analysis, the thermal tolerance of C. sulfurosus is associated with the up-regulated hsp and hsc genes, which may underlie a mechanism for the organism’s response to high temperatures. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As mudanças climáticas globais intensificaram as flutuações de temperatura, impactando significativamente as populações de insetos. A tolerância térmica emergiu como um determinante crítico da distribuição das espécies e do potencial de invasão. Liriomyza trifolii, uma praga invasora economicamente importante, tem se expandido rapidamente nas regiões costeiras do sudeste da China, deslocando gradualmente suas congêneres L. sativae e L. huidobrensis. Esta vantagem competitiva está intimamente associada às suas estratégias superiores de adaptação térmica. Aqui, primeiro examinamos a dominância competitiva mediada por temperatura de L. trifolii, depois elucidamos sistematicamente os mecanismos fisiológicos, bioquímicos e moleculares subjacentes à sua tolerância térmica, revelando suas estratégias de sobrevivência sob temperaturas extremas. Notavelmente, L. trifolii exibe uma temperatura limiar de desenvolvimento mais baixa e maior constante térmica, estendendo seu período de dano, enquanto seu ponto de super-resfriamento significativamente mais baixo confere capacidade excepcional de sobrevivência ao inverno. Fisiologicamente, o endurecimento rápido ao frio (RCH) melhora a tolerância ao frio através do acúmulo de glicerol e aumento da insaturação de ácidos graxos, enquanto a aclimatação ao calor melhora a termotolerância através de um trade-off entre processos de desenvolvimento e investimento reprodutivo. Análises moleculares demonstram que L. trifolii combina as características indutíveis de baixa temperatura de L. huidobrensis com as vantagens responsivas de alta temperatura de L. sativae nos padrões de expressão de proteínas de choque térmico (Hsp). Estudos transcriptômicos identificam ainda expressões diferenciais de genes relacionados ao metabolismo lipídico e chaperonas como chave para a adaptação térmica. As limitações atuais da pesquisa incluem a compreensão incompleta das redes regulatórias de genes não-Hsp e discrepâncias entre adaptação laboratorial e de campo. Estudos futuros devem integrar abordagens multi-ômicas com modelagem ecológica para prever a expansão de L. trifolii sob cenários de mudanças climáticas e desenvolver estratégias verdes de controle baseadas em temperatura. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal Adaptation in Liriomyza trifolii (Diptera: Agromyzidae): From Interspecific Competition to Mechanisms: Global climate change has intensified temperature fluctuations, significantly impacting insect populations. Thermal tolerance has emerged as a critical determinant of species distribution and invasion potential. Liriomyza trifolii, an economically important invasive pest, has been rapidly expanding in southeastern coastal regions of China, gradually displacing its congeners L. sativae and L. huidobrensis. This competitive advantage is closely associated with its superior thermal adaptation strategies. Here, we first examine the temperature-mediated competitive dominance of L. trifolii, then systematically elucidate the physiological, biochemical, and molecular mechanisms underlying its temperature tolerance, revealing its survival strategies under extreme temperatures. Notably, L. trifolii exhibits a lower developmental threshold temperature and higher thermal constant, extending its damage period, while its significantly lower supercooling point confers exceptional overwintering capacity. Physiologically, rapid cold hardening (RCH) enhances cold tolerance through glycerol accumulation and increased fatty acid unsaturation, while heat acclimation improves thermotolerance via a trade-off between developmental processes and reproductive investment. Molecular analyses demonstrate that L. trifolii combines the low-temperature inducible characteristics of L. huidobrensis with the high-temperature responsive advantages of L. sativae in heat shock protein (Hsp) expression patterns. Transcriptomic studies further identify differential expressions of lipid metabolism and chaperone-related genes as key to thermal adaptation. Current research limitations include incomplete understanding of non-Hsp gene regulatory networks and laboratory–field adaptation discrepancies. Future studies should integrate multi-omics approaches with ecological modeling to predict L. trifolii’s expansion under climate change scenarios and develop temperature-based green control strategies. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A cochonilha-do-mamoeiro, Paracoccus marginatus, uma praga invasora significativa em regiões tropicais e subtropicais, exibe uma capacidade notável de suportar estresse por altas temperaturas. Para elucidar a base molecular dessa termotolerância, investigamos o papel dos genes da proteína de choque térmico 90 (Hsp90) nesta espécie. As sequências completas de cDNA de três genes Hsp90—PmHsp90-1, PmHsp90-2 e PmTRAP1—foram clonadas, submetidas à análise bioinformática, e seus perfis de expressão sob estresse térmico foram detectados. A supressão mediada por RNAi de PmTRAP1 foi conduzida para avaliar a sobrevivência em condições de temperatura extremamente alta. Os quadros de leitura aberta (ORFs) de PmHsp90-1, PmHsp90-2 e PmTRAP1 possuem 2175 pb, 2178 pb e 2085 pb de comprimento, codificando proteínas compreendendo 724, 725 e 694 aminoácidos, respectivamente. Análises filogenéticas e estruturais confirmaram que PmHsp90-1 e PmHsp90-2 são isoformas citosólicas, cada uma contendo um motivo MEEVD característico na região C-terminal, enquanto PmTRAP1 foi identificada como a isoforma mitocondrial. Todos os três genes foram significativamente regulados positivamente sob estresse térmico. O knockdown mediado por RNAi de PmTRAP1 reduziu marcadamente a taxa de sobrevivência de P. marginatus sob temperatura extremamente alta. Esses achados demonstram que PmTRAP1 é essencial para a tolerância ao calor na cochonilha-do-mamoeiro. Este estudo fornece insights cruciais sobre os mecanismos moleculares de adaptação térmica em insetos e identifica PmTRAP1 como um alvo potencial para pesquisas futuras sobre o manejo das respostas dos insetos ao estresse ambiental. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The Mitochondrial Hsp90 Homolog PmTRAP1 Mediates Thermal Tolerance in the Papaya Mealybug, Paracoccus marginatus: The papaya mealybug, Paracoccus marginatus, a significant invasive pest in tropical and subtropical regions, exhibits a notable capacity to withstand high-temperature stress. To elucidate the molecular basis of this thermotolerance, we investigated the role of heat shock protein 90 (Hsp90) genes in this species. The full-length cDNA sequences of three Hsp90 genes—PmHsp90-1, PmHsp90-2, and PmTRAP1—were cloned, subjected to bioinformatic analysis, and their expression profiles under heat stress were detected. RNAi-mediated suppression of PmTRAP1 was conducted to evaluate survival under extreme high-temperature conditions. The open reading frames (ORFs) of PmHsp90-1, PmHsp90-2, and PmTRAP1 are 2175 bp, 2178 bp, and 2085 bp in length, encoding proteins comprising 724, 725, and 694 amino acids, respectively. Phylogenetic and structural analyses confirmed that PmHsp90-1 and PmHsp90-2 are cytosolic isoforms, each containing a characteristic C-terminal MEEVD motif, while PmTRAP1 was identified as the mitochondrial isoform. All three genes were significantly upregulated under heat stress. RNAi-mediated knockdown of PmTRAP1 markedly reduced the survival rate of P. marginatus under extreme high temperature. These findings demonstrate that PmTRAP1 is essential for heat tolerance in the papaya mealybug. This study provides crucial insights into the molecular mechanisms of thermal adaptation in insects and identifies PmTRAP1 as a potential target for future research on managing insect responses to environmental stress. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.