Insecticide resistance is one of the main challenges in pest management programs. The fall armyworm, Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae), is a polyphagous pest with a high risk of resistance evolution to insecticides. Resistance of S. frugiperda to spinetoram has been reported, however, information about the molecular basis of spinetoram resistance and the possible fitness costs associated with it is not elucidated. The use of multi-omics approaches has provided insights into resistance mechanisms and adaptation processes. Thus, to support the insecticide resistance management programs and understand the spinetoram resistance in S. frugiperda, this study aimed to: i) characterize the molecular basis of spinetoram resistance in S. frugiperda employing the bulk segregant analysis combined with DNA and RNA sequencing, ii) assess the fitness costs of spinetoram resistance in S. frugiperda by comparing several biological parameters and constructing fertility life tables for resistant, susceptible, and heterozygous strains feeding on plants of corn, soybean, and cotton plants, iii) characterize and quantify the proteins of spinetoram-resistant and susceptible strains of S. frugiperda when fed on corn, soybean and cotton plants using liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS), and iv) identify the metabolites associated with spinetoram resistance in S. frugiperda using metabolomics-based gas chromatography mass spectrometry (GC-MS). The genome mapping analysis led to the identification of the deletion of three nucleotides in the subunit α6 of the nicotinic acetylcholine receptor (nAChR α6), and the transcriptome analysis showed up-regulation of some cytochrome P450, ABC transporters and cuticle proteins genes that could be involved in spinetoram resistance. Based on life history traits, there are fitness costs associated with spinetoram resistance in S. frugiperda when the larvae feed on soybean and cottons plants, but not on corn plants. The proteomics study showed that the host plants are significant factors in shaping the protein expression of spinetoram-resistant and susceptible strains, with majority of the differentially expressed proteins between these two strains being specific to each host plant. Enrichment analysis showed that the differential expressed proteins were related to metabolic, cellular, developmental, and biological regulation processes. A total of 86 metabolites were detected using GC-MS based metabolomics, of which 20 metabolites were differentially abundant between the spinetoram-resistant and susceptible strains. The differential metabolites were mainly amino acids, carbohydrates, dicarboxylic acids and fatty acids and they were enriched in pathways related to cysteine and methionine metabolism, linoleic acid metabolism and aminoacyl-tRNA biosynthesis. The use of multi-omics approaches allowed a comprehensive and integrated understanding of the molecular mechanisms underlying insecticide and host plant adaptation in S. frugiperda, providing a holistic perspective on these two adaptive processes.

A resistência a inseticidas é um dos principais desafios em programas de manejo de pragas. A lagarta-do-cartucho, Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae), é uma praga polífaga com alto risco de evolução de resistência a inseticidas. A resistência de S. frugiperda ao spinetoram já foi reportada, no entanto, informações sobre as bases moleculares da resistência ao spinetoram e os possíveis custos adaptativos associados a ela não foram elucidados. O uso de abordagens multi-ômicas tem fornecido informações sobre os mecanismos de resistência e processos de adaptação. Assim, para apoiar os programas de manejo de resistência a inseticidas e compreender a resistência S. frugiperda a spinetoram, este estudo teve como objetivos: i) caracterizar as bases moleculares da resistência de S. frugiperda a spinetoram utilizando o método de bulk segregant analysis combinada com sequenciamento de DNA e RNA, ii) avaliar o custo adaptativo associado à resistência de S. frugiperda a spinetoram comparando vários parâmetros biológicos e por meio de tabelas de vida de fertilidade das linhagens resistentes, suscetíveis e heterozigotas quando alimentadas com plantas de milho, soja e algodão, iii) caracterizar e quantificar as proteínas das linhagens de S. frugiperda resistente e suscetível a spinetoram quando alimentadas com plantas de milho, soja e algodão mediante uso de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massa (LC-MS), e iv) identificar os metabólitos associados à resistência de S. frugiperda a spinetoram por meio da metabolômica baseada em cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa (GC-MS). A análise de mapeamento genômico possibilitou a identificação de uma deleção de três nucleotídeos na subunidade α6 do receptor nicotínico de acetilcolina (nAChR α6), e a análise do transcritoma demonstrou a superexpressão de genes do citocromo P450, transportadores ABC e proteínas cuticulares que podem estar envolvidos na resistência a spinetoram. Com base nos paramêtros biológicos, há custo adaptativo associado à resistência de S. frugiperda a spinetoram quando as lagartas se alimentam de plantas de soja e algodão, ao passo que não foi observado custo adaptativo em plantas de milho. O estudo de proteômica demonstrou que as plantas hospedeiras são fatores significativos na expressão proteica das linhagens resistente e suscetível de S. frugiperda a spinetoram, sendo que a maioria das proteínas diferencialmente expressas entre essas duas linhagens é específica para cada planta hospedeira. A análise de enriquecimento demonstrou que as proteínas diferencialmente expressas estão relacionadas a processos metabólicos, celulares, de desenvolvimento e regulação biológica. Um total de 86 metabólitos foram detectados por meio da metabolômica baseada em GC-MS, dos quais 20 metabólitos foram diferencialmente abundantes entre as linhagens resistente e suscetível a spinetoram. Os metabólitos diferenciais foram principalmente aminoácidos, carboidratos, ácidos dicarboxílicos e ácidos graxos e foram enriquecidos em vias relacionadas ao metabolismo de cisteína e metionina, metabolismo do ácido linoléico e biossíntese de aminoacil-tRNA. O uso de abordagens multi-ômicas permitiu um entendimento amplo e integrado dos mecanismos moleculares associados à inseticidas e à adaptação a plantas hospedeiras em S. frugiperda, fornecendo uma perspectiva holística desses dois processos adaptativos.