A produção de alimentos enfrenta desafios constantes, sendo as doenças das plantas uma das maiores ameaças à agricultura sustentável. Nesse contexto, pesquisadores do INCT Citros realizam estudos para compreender a relação entre microrganismos e plantas de laranja, buscando entender as causas das doenças que afetam essas culturas.

O Trabalho realizado pela equipe do Dr. Marcos Antônio Machado e Dr. Heros José Máximo fez importantes avanços no entendimento da gomose dos citros uma doença que ataca das plantas jovens aos pomares em produção e provoca danos irreversíveis, como o apodrecimento do tronco e degradação de raízes.

O Problema da gomose dos citros

A gomose dos citros é uma preocupação constante para os produtores de laranja, essa doença é causada por Phytophthora parasitica – um microrganismo semelhante a fungos, mas que não é fungo. Essa doença causa lesões e apodrecimento de raízes e partes mais baixas da planta, o que leva a perdas expressivas na produção e até a morte da planta.

Apesar de Phytophthora parasitica apresentar características morfológicas e de crescimento semelhantes aos fungos, ele é classificado como um oomiceto devido a diferenças fundamentais em sua biologia e genética. Por exemplo, os oomicetos, como P. parasitica, possuem parede celular composta principalmente por celulose, ao contrário dos fungos, que têm parede celular de quitina. Nesse sentido assemelham-se mais a plantas do que a fungos. – Dr. Marcos Machado – Centro de Citricultura Sylvio Moreira.

Além disso, pomares afetados por esse microrganismo demandam maiores investimentos no manejo e controle da doença, impactando diretamente a economia do setor citrícola. O patógeno encontra-se normalmente no solo e se dispersa através da água de chuva e irrigação, penetrando em lesões nas raízes e troncos.

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As pesquisas do INCT Citros têm mostrado que a capacidade desse patógeno de infectar plantas está relacionada a presença de genes capazes de enganar a defesa da planta, facilitando a infecção.

A pesquisa sobre as proteínas PpCRN7 e PpCRN20

A literatura sobre oomicetos mostra que a presença de proteínas, conhecidas como “Crinkler” (CRN), é essencial para a patogenicidade de Phytophthora spp. Essas proteínas têm a capacidade de interferir no sistema de defesa das plantas, facilitando a infecção e colonização dos tecidos vegetais pelo patógeno.

Com base nessas informações, a equipe do Dr. Marcos Machado optou por estudar o funcionamento dessas proteínas em plantas de citros infectadas por Phytophthora parasitica.

Objetivos da Pesquisa:

• Identificar proteínas CRN no genoma de P. parasitica.
• Avaliar a atividade desses genes durante a interação com duas espécies de citros, Citrus sunki (altamente suscetível à doença) e Poncirus trifoliata (resistente).
• Avaliar se alguma dessas proteínas causa lesão ou impede a formação de lesão em folhas de uma planta modelo, Nicotiana benthamiana.

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As plantas top models

A equipe utilizou ferramentas de bioinformática para identificar a sequência genética responsável por produzir proteínas CRN. Dessa forma – por meio do sequenciamento genético – os pesquisadores encontraram 80 genes. A partir destes, 20 foram selecionados para serem estudados durante a interação de P. parasitica com as duas espécies de citros. Experimentos com essas proteínas em uma planta modelo mostraram a relevância de duas delas para o desenvolvimento da doença.

Nomeadas de PpCRN7 e PpCRN20, essas proteínas enganam o sistema de defesa da planta, facilitando a infecção.

Nós vimos que a proteína PpCRN7 é responsável por ‘ligar’ e a PpCRN20 por ‘desligar’ um mecanismo de defesa da planta que leva à morte celular do tecido vegetal infectado por P. parasitica. A planta faz isso para tentar impedir que o microrganismo se espalhe pelo resto do tecido vegetal vivo. No entanto, esse oomiceto se alimenta tanto de tecido vegetal morto quanto vivo, com isso P. parasitica ‘brinca’ com a defesa da planta para seu próprio benefício, dependendo do seu ciclo reprodutivo. Dr. Heros Máximo – Centro de Citricultura Sylvio Moreira.

Possíveis impactos para agricultura

As descobertas sobre PpCRN7 e PpCRN20 abrem portas para o desenvolvimento de novas tecnologias para o controle da doença causada por P. parasitica, com importantes implicações para o manejo da gomose dos citros. Por exemplo, por meio da biotecnologia, é possível desenvolver produtos que atuem especificamente nessas proteínas, “desligando-as” e impedindo que o microrganismo infecte a planta. A edição gênica também pode aumentar a resistência das plantas a P. parasitica, permitindo o desenvolvimento de novas variedades de citros.

Benefícios a longo prazo contra a gomose

O trabalho desenvolvido pela equipe do Dr. Marcos Machado mostra como a pesquisa básica pode levar a importantes inovações com impacto significativo na redução das perdas econômicas causadas por microrganismos, uma vez que essa estratégia pode ser aplicada a outras culturas, promovendo uma agricultura mais sustentável e resiliente.

Os avanços no estudo das proteínas PpCRN7 e PpCRN20 de Phytophthora parasitica representam um marco na citricultura. Ao entender como essas proteínas modulam a resposta das plantas à infecção, os pesquisadores do INCT Citros estão construindo o caminho para novas estratégias de manejo de doenças, contribuindo para a sustentabilidade e eficiência da produção agrícola. A continuidade dessas pesquisas é necessária para desenvolver soluções inovadoras que beneficiem não apenas a citricultura, mas toda a produção de alimentos.

Fonte:

Maximo, H. J. et al. PpCRN7 and PpCRN20 of Phythophthora parasitica regulate plant cell death leading to enhancement of host susceptibility, 2019.

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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.

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A busca por soluções que permitam a continuidade da produção de frutas, mesmo em face de desafios climáticos, como a seca, tem impulsionado avanços significativos na agricultura. Na citricultura, pesquisadores do INCT Citros descobriram um gene que pode acelerar a adaptação de plantas de laranja e tangerina a ambientes propensos a falta de água.

Adaptar plantas por meio de pesquisas e melhoramento genético, oferece uma perspectiva otimista para os citricultores. Ao cultivar variedades de citros que resistem melhor à escassez de água, abre-se a possibilidade de manter uma produção frutas estável, mesmo em regiões suscetíveis a períodos prolongados de seca.

O trabalho desenvolvido pelo grupo de pesquisa do Dr. Marcio Costa, já publicado em revista científica, aproxima os pesquisadores do desenvolvimento de variedades de laranja e tangerina tolerantes à seca.

Mas como os pesquisadores chegaram a esses genes?

Todos os organismos vivos possuem milhares de genes, que são sequências de DNA com funções específicas, responsáveis pela estrutura e funcionamento das células vegetais e animais. Dentro dessa vasta gama de genes, há aqueles que compartilham regiões e funções similares, sendo possível agrupá-los em “famílias”.

Plantas “estressadas” alteram o funcionamento de seus genes

Já se sabia que um conjunto de genes, conhecidos como fatores de transcrição do tipo Nuclear (NF-Y), desempenha papéis cruciais no desenvolvimento e na resposta a estresses bióticos e abióticos em diversas plantas. A regulação desses genes pela planta, determinando quando ativá-los ou desativá-los, possibilita que ela se adapte e se desenvolva em ambientes e condições distintas.

Chamamos de estresse biótico e abiótico, situações causadas por organismos vivos (bióticos) e fatores ambientais (abióticos) que de alguma forma atrapalhem o bom desenvolvimento das plantas. Nesse sentido, a falta de água é considerada um estresse abiótico. Dr. Marcio Costa – Universidade Estadual de Santa Cruz.

O grupo de pesquisa do Dr. Marcio Costa optou, então, por investigar a família de genes NF-Y em plantas de citros, uma abordagem que ainda não havia sido explorada por outros pesquisadores.

Nossa estratégia envolveu a realização de uma análise computacional (bioinformática) para identificar os genes NF-Y nos genomas de laranja (Citrus sinensis) e tangerina (Citrus clementina). Com essas identificações, conseguimos estudar o funcionamento da família de genes NF-Y nessas plantas cítricas. Dr. Marcio Costa – Universidade Estadual de Santa Cruz.

Será que em citros os genes NF-Y são regulados em repostas a falta de água?

Também com base nos dados de bioinformática, o grupo de pesquisa constatou que ocorria, de fato, a ativação e desativação de alguns genes NF-Y em plantas de citros sob estresses bióticos e abióticos. Alguns genes eram ativados exclusivamente nas raízes, enquanto outros nas folhas. A partir disso, foram capazes de selecionar genes específicos dessa família.

No entanto, um gene em particular chamou a atenção dos pesquisadores. Denominado CsNF-YA5, esse gene foi o único ativado exclusivamente em resposta à falta de água nas raízes. Embora outros genes dessa família também fossem expressos em condições de estresse hídrico, eles eram ativados em diversas situações, como quando a planta sofria ataques de microrganismos, por exemplo.

O gene que ajuda na produção de frutas com menos água?

Para garantir a função dos genes NF-Y na produção de frutas cítricas, os pesquisadores conduziram diversos experimentos, incluindo um no qual mantiveram dois grupos de plantas de citros (A e B), com dois anos de idade, em um ambiente controlado (casa de vegetação).

O grupo A foi submetido a uma menor quantidade de água (situação de estresse), enquanto o grupo B recebeu uma quantidade ideal de água (controle). Por meio da biotecnologia, os pesquisadores puderam analisar como os genes NF-Y eram regulados (ativados ou desativados) pela planta.

O principal resultado encontrado confirmou a ativação do gene CsNF-YA5 nas raízes das plantas. De forma interessante, esse mesmo gene foi desativado nas folhas da planta, indicando sua importância no tecido radicular das plantas de citros.

Nossos dados sugerem que o gene CsNFY-A5 pode ser um candidato chave na regulação de processos importantes, como o crescimento de raízes e a fotossíntese, em resposta ao estresse de seca. Dr. Marcio Costa – Universidade Estadual de Santa Cruz.

Utilizando ferramentas biotecnológicas e plantas modelo de tabaco (Nicotiana tabacum), os pesquisadores conseguiram realizar a transformação genética do tabaco, induzindo essas plantas a produzirem quantidades elevadas da proteína produzida pelo gene CsNFY-A5. Esse procedimento permitiu uma compreensão mais aprofundada da função desse gene.

Nossa conclusão é que o gene CsNF-YA5 desempenha um papel crucial nos mecanismos bioquímicos e fisiológicos de adaptação à seca, contribuindo para a manutenção do crescimento e produtividade das plantas em ambientes com déficits moderados de água no solo. Dr. Marcio Costa – Universidade Estadual de Santa Cruz.

A pesquisa melhora a produção de frutas que chega até você

Investir em plantas de citros tolerantes à seca vai além de uma medida adaptativa; é um passo estratégico em direção à sustentabilidade e segurança alimentar. À medida que enfrentamos desafios climáticos crescentes, cultivar citros resilientes torna-se essencial para garantir uma produção de frutas estável, nutritivas e saborosas.

O trabalho do INCT Citros, desenvolvido pelo grupo de pesquisa do Dr. Marcio Costa, coloca a citricultura mais próxima dessas plantas tolerantes à seca.

Referência

Pereira S L S. Genome-wide characterization and expression analysis of citrus NUCLEAR FACTOR-Y (NF-Y) transcription factors identified a novel NF-YA gene involved in drought-stress response and tolerance. PLoS ONE, 2018.

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A citricultura enfrenta grandes desafios fitossanitários, devido, principalmente, à ausência de cultivares de laranjas doces resistentes a bactérias causadoras de doenças, entre elas o cancro cítrico, causado pela bactéria Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc). Buscando criar soluções eficazes, pesquisadores do INCT Citros estão utilizando ferramentas biotecnológicas para desenvolver plantas transgênicas resistentes ao cancro cítrico.

Há pelo menos 65 anos, o cancro cítrico tem sido uma fonte constante de problemas para os citricultores paulistas

A bactéria X. citri foi identificada pela primeira vez no Estado de São Paulo em 1957, na região de Presidente Prudente, e desde então tem se disseminado pelo país, principalmente dentro de SP.

O cancro cítrico, dependendo do seu grau de severidade, causa desfolha, depreciação e queda prematura dos frutos. Como resultado, existe uma diminuição na produção e dificuldade de comercialização dos frutos. O controle e prevenção do cancro cítrico é realizado com a aplicação de produtos à base de cobre e, em casos mais graves, com a erradicação das plantas contaminadas.

Plantas Transgênicas: Uma Solução Inovadora para o Cancro Cítrico

A biotecnologia se destaca como uma ferramenta eficaz para acelerar o processo de criação de novas cultivares, e o desenvolvimento de plantas transgênicas resistentes ao cancro cítrico surgem como uma oportunidade promissora para introduzir novas cultivares de laranjas doces como soluções para o controle desta doença em um período mais curto.

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O que são plantas transgênicas?

O termo transgênico foi adotado para descrever organismos que receberam genes de outra espécie por meio da biotecnologia – técnicas moleculares utilizadas por pesquisadores para isolar, copiar e transferir sequências específicas de DNA.

Dessa forma, plantas transgênicas são aquelas que incorporam em seu genoma sequências de DNA (genes) de uma espécie não compatível sexualmente. Essa espécie pode ser uma planta, um microrganismo, um animal ou qualquer organismo vivo. Esse processo de modificação genética visa conferir às plantas características específicas, tais como resistência a doenças, como é o caso do cancro cítrico.

Essa abordagem inovadora apresenta a vantagem de acelerar o desenvolvimento de cultivares mais robustas e adaptadas, representando uma estratégia eficiente para enfrentar os desafios na citricultura.

Pesquisa do INCT Citros no desenvolvimento de plantas transgênicas resistentes ao Cancro cítrico

O grupo de pesquisa liderado pelo Dr. Francisco Mourão, pesquisador da equipe de pesquisa da plataforma de genômica funcional e melhoramento assistido do INCT Citros, conseguiu desenvolver, por meio da biotecnologia, plantas transgênicas de laranja doce cv. Hamlin (Citrus sinensis L. Osbeck). A pesquisa contou com a colaboração de pesquisadores do Instituto Biológico e da Embrapa. São dois “tipos” de abordagens:

• Plantas transgênicas com o gene d4e1
• Plantas transgênicas com o gene csd1

O gene d4e1 é um peptídeo sintético e apresenta atividades antimicrobianas já comprovadas e, o gene csd1, produz um superóxido dismutase de cobre e zincoque é uma enzima antioxidante com atividade comprovada para resistência a estresses bióticos e abióticos. Dr. Francisco Mourão – Universidade de São Paulo, ESALQ.

Desafiando as plantas transgênicas frente a bactéria causadora do cancro cítrico

Após a confirmação da presença dos genes d4e1 ou csd1 em plantas de laranja doce, os pesquisadores embarcaram em uma outra fase do estudo: a avaliação do funcionamento desses genes nas plantas e a verificação de sua eficácia em fortalecer a defesa contra a bactéria causadora do cancro cítrico.

Quando trabalhamos com transformação genética é comum termos mais de uma planta transgênica para cada gene. Por exemplo, em nosso trabalho conseguimos 13 plantas de laranja com o gene csd1, chamamos cada uma dessas plantas de “evento transgênico”. Realizamos diversos experimentos a fim de identificar o evento em que o gene “funciona melhor”. Explica Dr. Matheus Luís Docema, pesquisador que estudou, em sua tese de doutorado, a resposta dessas plantas transgênicas à infecção por essa doença.

A validação do papel desses genes na resistência à bactéria é essencial para garantir o sucesso da abordagem transgênica no desenvolvimento de cultivares mais robustas e resilientes.

Para selecionar o melhor evento, é preciso colocar a planta para “brigar” com a bactéria. Uma das formas de se conseguir isso é:

Primeiramente a bactéria é crescida em um meio de cultura, em seguida, é diluída em uma solução de inóculo para uma concentração conhecida. Dessa forma, os pesquisadores conseguem inocular sempre a mesma concentração de bactérias em diferentes plantas.

A pesquisa realizada levou em consideração duas estratégias de inoculação:

• “Spray”, na qual a solução de inóculo é pulverizada na superfície das folhas de laranjeiras
• “Ferida”, na qual a “micro agulhas” são imersas na solução de inóculo e então utilizadas para fazer micro furos na superfície das folhas.

Para chegar em resultados confiáveis e replicáveis, os pesquisadores trabalharam com 12 repetições, sendo cada repetição representada por uma única planta, tanto para os eventos transgênicos quanto para os grupos de controle (plantas não transgênicas). Esse arranjo experimental foi repetido três vezes.

Com isso, foi realizado um estudo comparativo e bastante aprofundado entre plantas transgênicas e plantas não transgênicas. Os pesquisadores conseguiram então, avaliar a presença e ausência de bactérias e sintomas nas plantas, assim como a intensidade nas respostas moleculares de defesa das plantas.

A presença dos genes d4e1 ou csd1 faz com que plantas de laranja doce resistam ao cancro cítrico

Em geral, os pesquisadores confirmaram que a incidência e severidade do cancro cítrico em plantas transgênicas de laranja foram reduzidas. Tanto em eventos com o gene d4e1 como em eventos com o gene csd1, quando comparadas às plantas não transgênicas.

Nessas plantas, a bactéria proliferou com menos severidade, resultando em baixas progressões da doença nas laranjeiras transgênicas. As análises anatômicas e o atraso nos sintomas visuais em alguns eventos transgênicos sugerem uma diminuição considerável na gravidade da doença.

Nós também identificamos que a resistência encontrada em plantas de laranja com o gene csd1 é devido a uma maior atividade de enzimas antioxidantes. Além disso, encontramos maior deposição de calose, aumento no tamanho das células (hipertrofia) e aumento no número de células (hiperplasia), especialmente, nas proximidades dos estômatos. Respostas que desempenham um papel crucial na defesa contra patógenos. Dr. Matheus Luís Docema – Universidade de São Paulo, ESALQ.

Com essa publicação científica, o projeto INCT Citros, liderado pela equipe do Dr. Francisco Mourão, apresenta duas novas abordagens para o controle do cancro cítrico em laranjas doces. Os resultados dessa pesquisa abrem portas para o desenvolvimento potencial de cultivares de laranjeiras mais resistentes ao cancro cítrico, contribuindo significativamente para a sustentabilidade da produção citrícola.

No entanto, é importante ressaltar que mais estudos, incluindo testes de campo, são necessários para validar plenamente a eficácia dessas estratégias inovadoras. O trabalho desses pesquisadores representa um passo promissor rumo a um futuro mais resiliente para as plantações de citros em todo o mundo.

Referências

Docema, M. L., et at. Transgenic ‘Hamlin’ sweet orange expressing csd1 or d4e1 genes exhibits decreased susceptibility to citrus canker disease, 2022.

Defesa Agropecuária de São Paulo. Presença do Cancro Cítrico em São Paulo completa 65 anos. Disponível em: https://www.defesa.agricultura.sp.gov.br/informativo/defesa-agrosp-no-016-novembro20/presenca-do-cancro-citrico-em-sao-paulo-completa-65-anos/#:~:text=O%20cancro%20c%C3%ADtrico%20surgiu%20no,no%20Estado%20de%20S%C3%A3o%20Paulo. Acesso em: 15/11/2023.

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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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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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