O Greening dos citros tem sido considerada a pior doença na produção de laranjas, tangerinas, mexericas e outros citros. Diante desse desafio, a pesquisa voltada para o desenvolvimento de soluções tecnológicas abrange uma ampla gama de estratégias.

Desde avanços no melhoramento genético das plantas até abordagens focadas no controle da bactéria responsável pela doença e do inseto transmissor que propaga a bactéria de uma planta para outra, os cientistas exploram diversas frentes para mitigar os impactos do Greening e preservar a saúde dos pomares.

Pesquisadores do INCT Citros encontraram gene que pode ajudar no controle do greening

Um estudo realizado pelo grupo de pesquisa do Dr. Marcos Machado comprovou o envolvimento do gene DCEF32, presente no inseto transmissor (Diaphorina citri), na aquisição da bactéria causadora do greening dos citros.

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Publicado na renomada revista Scientific Reports da Nature, um dos veículos mais respeitados no meio científico, o estudo revelou que ao “desligar” esse gene no inseto, surgem dificuldades significativas em seu processo de alimentação no floema das plantas, local onde a bactéria responsável pelo Greening se aloja.

Nossa descoberta abre caminhos promissores, sugerindo que ao atuar sobre o gene DCEF32, podemos potencialmente reduzir as taxas de transmissão da doença, oferecendo uma perspectiva valiosa para o controle eficaz do greening dos citros. Dr. Marcos Machado – Centro de Citricultura Sylvio Moreira.

Como os pesquisadores chegaram no gene DCEF32?

Um dos grandes desafios no controle do greening é devido a sua alta taxa de dispersão. O inseto, Diaphorina citri, consegue espalhar a doença rapidamente pelos pomares de regiões próximas e a doença que chegou no Brasil em 2004, hoje, está presente em todas as regiões citrícolas paulistas e pomares de Minas Gerais e Paraná.

Desvendar os mecanismos pelos quais o inseto adquire e transmite a bactéria causadora do greening é um dos objetivos do INCT Citros. A compreensão desses processos torna-se crucial, pois oferece a base necessária para o desenvolvimento de estratégias eficazes de controle da transmissão da doença.

Assim, a pesquisadora Dra. Inaiara Pacheco, membro do grupo de pesquisa liderado pelo Dr. Marcos Machado, escolheu direcionar sua investigação para os “genes candidatos a efetores” presentes na saliva do inseto.

Os efetores são genes responsáveis pela produção de proteínas com a capacidade de alterar o comportamento de organismos vivos, frequentemente associados a doenças. Esses genes apresentam características distintas em suas sequências de DNA, possibilitando sua identificação por meio de programas de bioinformática. Dra. Inaiara Pacheco – Universidade da Califórnia, Riverside.

Com isso, a pesquisadora conseguiu selecionar 20 genes candidatos a efetores. A partir dessa seleção começou o estudo individual de cada gene onde foi possível distinguir quais genes eram mais ativos na fase adulta e na cabeça do inseto.

Para estar relacionado com a transmissão da bactéria o efetor precisaria ser ativado na saliva do inseto enquanto ele se alimentava, por isso avaliamos esses genes na cabeça de insetos adultos. Essa abordagem possibilitou reduzirmos de 20 genes candidatos para 6. Dra. Inaiara Pacheco – Universidade da Califórnia, Riverside.

O experimento que colocou o DCEF32 em destaque e possibilita uma nova tecnologia para controle do greening dos citros

Uma técnica de biotecnologia chamada RNA interferente (RNAi) foi utilizada para desligar cada um dos seis genes selecionados e avaliar qual era o comportamento do inseto com relação a aquisição da bactéria causadora do greening.

Em resumo, os experimentos eram conduzidos da seguinte forma:

• Foi produzido uma sequência de RNA específica para cada um dos genes, chamada de dsRNA. O dsRNA é a molécula que desliga o gene.
• O dsRNA era inserido na alimentação do inseto adulto por cinco dias.
• O inseto era transferido para se alimentar em plantas de citros.

Nossos resultados mostraram que quando o gene DCEF32 era desligado o inseto apresentava dificuldade na alimentação. Quando em plantas, o inseto ainda apresentava dificuldade em perfurar o tecido vegetal até o floema, principal local de colonização da bactéria em plantas. Dra. Inaiara Pacheco – Universidade da Califórnia, Riverside.

Sendo a alimentação do inseto o principal veículo de aquisição e transmissão da bactéria causadora do greening, os resultadas dessa pesquisa colocam o gene DCEF32 como alvo para desenvolvimento de tecnologias que possam impedir o seu funcionamento.

Uma possibilidade é o desenvolvimento de um defensivo agrícola que ao invés de uma molécula química apresenta-se sequências de dsRNA específico para o gene DCEF32. Para isso, é necessário a formulação de um produto que seja eficiente em “entregar” o dsRNA ao inseto. Dr. Marcos Machado – Centro de Citricultura Sylvio Moreira.

Referência

Pacheco, I. S., et al. Gene silencing of Diaphorina citri candidate effectors promotes changes in feeding behaviors. Science Reports, 2020.

Conteúdo desenvolvido por: Descascando a Ciência

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A pesquisa liderada pelo grupo da Dra. Alessandra Alves de Souza, pesquisadora do Centro de Citricultura Sylvio Moreira, e com participação do Dr. Reinaldo Rodrigues de Souza Neto, financiamento do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT), traz inovação ao transformar um mecanismo de defesa bacteriana em uma tecnologia na agricultura. O trabalho envolve a criação de plantas transgênicas de laranja doce que escondem uma toxina bacteriana em seu genoma, proporcionando uma abordagem alternativa à utilização de agrotóxicos tradicionais.

Fica com a gente e vamos juntos entender como a pesquisa básica pode fornecer ferramentas para desenvolvimento de novas tecnologias.

Bactérias produzem toxinas contra suas próprias células

Existe um mecanismo genético em bactérias chamado sistema toxina-antitoxina (TA). O interesse dos pesquisadores nesse mecanismo é porque ele está envolvido em importantes processos celulares como por exemplo: crescimento, morte e até mesmo resistência a antibióticos.

São muitos os sistemas TA encontrados em bactérias, e cada um deles possui características específicas que contribuem para a adaptação e sobrevivência desses microrganismos em diferentes ambientes.

Nos chamou a atenção o fato de duas bactérias causadoras de doenças em citros terem um genoma muito semelhantes, mas possuírem sistemas TA diferentes. Enquanto Xylella fastidiosa possui o sistema TA mqsRA, Xanthomonas citri não o possui. Dra. Alessandra Alves de Souza – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

O sistema mencionado pela Dra. Alessandra é composto por duas proteínas, a MqsR que, quando presente em concentrações elevadas, é tóxica para a bactéria e a MqsA que neutraliza a atividade tóxica. Quando a MqsA está presente em quantidades adequadas, a MqsR é mantida sob controle e não afeta negativamente a bactéria.

Você pode estar se perguntando: por que a bactéria produz algo que é tóxico para ela?

Quando a bactéria está vivendo em condições normais a antitoxina MqsA é produzida e mantém a toxina MqsR sob controle.

No entanto, quando a bactéria se sente ameaçada, como quando é exposta a um antibiótico ou bactericida, ela diminui a produção de MqsA. Isso faz com que a toxina MqsR comece a agir, inibindo alguns processos celulares. Isso pode parecer estranho, mas, na verdade, é uma estratégia de sobrevivência inteligente da bactéria.

A paralisação temporária do crescimento bacteriano permite que a bactéria sobreviva até que as condições do ambiente se tornem favoráveis novamente. É como se a bactéria entrasse em um modo de hibernação até que o perigo tenha passado.

Esse comportamento é chamado de “persistência”. Pesquisas do nosso grupo já demonstraram que o sistema TA mqsRA está envolvido no processo de tolerância da bactéria X. fastidiosa contra bactericidas a base de cobre – muito utilizado na citricultura. Dr. Reinaldo R. de Souza Neto – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Compreendendo esse mecanismo os cientistas viram uma oportunidade: utilizar a toxina MqsR como um inibidor de crescimento contra X. citri e possivelmente outras bactérias que não possuíssem a antitoxina.

Num primeiro momento precisávamos confirmar nossa hipótese de que a toxina MqsR teria o efeito esperado no controle de X. citri. Para isso, avaliamos em laboratório o efeito da toxina pura contra a bactéria. Os resultados mostraram que mesmo concentrações baixas da proteína eram eficientes em reduzir o crescimento da bactéria e isso acontecia em poucas horas. Dra. Alessandra Alves de Souza – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Diversos experimentos foram conduzidos para validar o funcionamento da toxina e antitoxina nas bactérias. Com um conhecimento completo desse mecanismo, os pesquisadores avançaram para o desenvolvimento da nova tecnologia.

Ataque de cavalo de troia: uma nova tecnologia na agricultura

Certamente você já ouviu a expressão cavalo de troia, frequentemente usada para se referir a algo que parece benéfico por fora, mas, que na realidade esconde algo. A tecnologia agrícola desenvolvida pelo grupo de pesquisa da Dra. Alessandra tem suas semelhanças com um cavalo de troia.

Os pesquisadores conseguiram criar uma planta transgênica de laranja doce (Citrus sinensis) que contém, em seu genoma, a sequência genética (gene) responsável pela produção da toxina MqsR.

Em termos simples, esta planta transgênica é praticamente idêntica a qualquer outra laranja doce, exceto por um pequeno fragmento de DNA que faz com que ela produza a toxina naturalmente.

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Primeira laranja transgênica Bt é brasileira

O que é notável é que a bactéria X. citri pode infectar essa planta transgênica, mas não consegue se desenvolver nela, evitando assim a ocorrência da doença.

Essa abordagem, que utiliza o sistema TA em plantas transgênicas, representa uma estratégia inovadora e uma alternativa ao desenvolvimento de agrotóxicos tradicionais. Podemos considerar a tecnologia apresentada neste artigo como um protótipo do que poderia se tornar uma nova geração de plantas transgênicas. Dr. Reinaldo R. de Souza Neto – Centro de Citricultura Sylvio Moreira (IAC).

Referência

Souza-Neto, R. R. et al.MqsR toxin as a biotechnological tool for plant pathogen bacterial control. Nature Scientific Reports, 2022.

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Você já parou para pensar como as plantas conseguem sobreviver em meio a tantos desafios do campo e da natureza? Elas não podem fugir ou se esconder, mas têm mecanismos de defesa incríveis para se protegerem de microrganismos, insetos, excesso de Sol, frio e outros “estresses”.

Para os cientistas agrícolas isso não é novidade. No entanto, pesquisadores brasileiros conseguiram descobrir, em plantas de laranja, novos mecanismos de defesa. O que é muito importante para o desenvolvimento de novas tecnologias agrícolas destinadas aos produtores rurais. Esse é um dos projetos vinculado ao programa Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia e Inovação -INCTs.

Descobertas como essa também são importantes para consumidores conscientes. É a partir dela que conseguimos produzir alimentos utilizando menos recursos financeiros e ambientais. Para entender isso melhor, fique com a gente.

Doenças reduzem a produção de alimentos

Como você pode ver nessa reportagem: Estimativa para safra (2023/2024) da laranja aponta queda de 1,5% na produção,  doenças e fatores climáticos são alguns dos principais fatores que podem diminuir a produção de laranjas.

Nesse sentido, para evitar grandes perdas, cientistas buscam por novas estratégias para proteção das plantas. Esse é o caso do grupo de pesquisa dos pesquisadores Dr. Henrique Ferreira e Dr. Leonardo Saldanha (UNESP/Rio Claro).

O desafio das doenças bacterianas

O cancro cítrico é uma das problemáticas da citricultura – doença caracterizada pelo aparecimento de lesões em frutos, folhas e ramos de plantas de citros. Essa doença é causada pela bactéria Xanthomonas citri subsp. citri (X. citri), não existe cura e faz com que a produção de laranjas seja menor.

Para solucionar esse problema, os pesquisadores optaram por investigar quais vias metabólicas eram “ativadas” e quais metabólitos eram produzidos pela planta quando infectada pela bactéria.

Um pouquinho de como aconteceu a pesquisa

O principal experimento acontecia da seguinte forma: folhas de plantas sadias de laranja doce (Citrus sinensis L. Osb.) eram infectadas com X. citri ou água. Dessa forma, era possível comparar as duas situações e ver quais eram as substâncias químicas exclusivas produzidas pela planta infectada pela bactéria.

Essas diferenças eram avaliadas em diferentes tempos, 0h, 6h, 12h, 24h e 48h após a infecção. Com isso, foi possível identificar diferentes mecanismos de defesa da planta contra a bactéria.

“Na busca pela resposta à infecção, enfrentamos a dificuldade de lidar com um grande número de amostras, mas superamos esse desafio ao utilizar equipamentos precisos e técnicas computacionais avançadas.”  Dr. Henrique Ferreira – Pesquisador UNESP/Rio Claro

Para chegar a um resultado os experimentos eram repetidos muitas vezes, ou seja, centenas de folhas foram infectadas com a bactéria, outras centenas de folhas foram infectadas com água e assim os pesquisadores conseguiram identificar um padrão de resposta e aumentar a confiabilidade do que estava sendo visto.

“A pesquisa demandou cerca de 2 anos para ser concluída, com uma importante colaboração de pesquisadores estrangeiros. Além dos experimentos feitos aqui, foram 7 meses dedicados à realização de experimentos no exterior.” Dr. Leonardo Saldanha – UNESP/Rio Claro

Mecanismo de defesa e substâncias químicas protetoras

Técnicas específicas e equipamentos ultrassensíveis foram utilizados para identificar as substâncias químicas que eram produzidas pela planta, quando infectada por X. citri. Com isso, os pesquisadores identificaram ácidos graxos já conhecidos por atuar na defesa contra patógenos e novos metabólitos que nunca haviam sido associados a um papel de defesa contra microrganismos patogênicos. Substâncias químicas derivadas de triptamina fazem parte dessa descoberta.

“A utilização de triptaminas e outros compostos como princípio ativo em agrodefensivos foliares pode ser uma promissora alternativa, visando proteger as plantas de doenças.” Dr. Leonardo Saldanha – Pesquisador UNESP/Rio Claro

A pesquisa desenvolvida pelo grupo do Dr. Henrique Ferreira foi a primeira a descrever propriedades antimicrobianas de moléculas derivadas de triptamina e associá-las ao mecanismo de defesa de plantas.

Com isso, surgem diversas possibilidades com o melhoramento genético de citros visando maior expressão de genes relacionados a produção de triptamina; o uso dessa molécula e seus derivados na formulação de novos agrotóxicos. Além disso, deve ser avaliado o potencial dessa substância química em combater outras doenças.

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Mecanismo de defesa e o poder da ciência básica

Esse trabalho também deixa claro o poder da ciência básica – um tipo de pesquisa que busca expandir o conhecimento sobre os princípios fundamentais da natureza, sem focar diretamente em aplicações práticas imediatas. É um tipo de pesquisa voltado para a compreensão do que já acontece na natureza e para aprofundar o conhecimento científico em si.

Já é sabido que plantas se defendem contra microrganismos, mas o trabalho realizado pelos cientistas brasileiros trouxe avanços significativos no entendimento dos mecanismos de defesa das plantas de laranja contra a bactéria X. citri.

Não será de imediato, mas essa descoberta irá beneficiar os produtores rurais, permitindo o desenvolvimento de novas tecnologias agrícolas, e toda a sociedade, ao possibilitar a produção de alimentos de forma mais eficiente e sustentável.

“A partir desses resultados, é possível considerar o aprimoramento genético de variedades de citros, visando reduzir a suscetibilidade ao cancro cítrico e melhorar a resistência das plantas.” Dr. Henrique Ferreira – Pesquisador UNESP/Rio Claro.

Compreender como as plantas combatem doenças é fundamental para garantir a segurança alimentar e a sustentabilidade no setor agrícola. O trabalho do grupo de pesquisa do Dr. Henrique Ferreira representa um importante passo nesse sentido, abrindo portas para futuras pesquisas e inovações na proteção das plantas e na produção de alimentos.

Referência

Saldanha, L. L., et al. Metabolomic- and Molecular Networking-Based Exploration of the Chemical Responses Induced in Citrus sinensis Leaves Inoculated with Xanthomonas citri. J. Agric. Food Chem. 2022. Disponível em: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c05156.

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