Infecções microbianas são o sonho de uma planta parasita

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Infecções microbianas são o sonho de uma planta parasita
 
Flores de erva-bruxa gigante (Striga hermonthica), uma planta parasitária que ataca culturas como arroz e milho.
Imagem: Adobe Stock.
R (D'Os esearchers nono Japão descobriram uma ligação entre as respostas defensivas nas plantas e a bela, mas
devastadora, a alga bruxa. Publicado emNatureza, o novo estudo mostra que plantas parasitas e não parasitas
podem detectar e reagir a uma classe de compostos orgânicos chamados quinonas. Enquanto as plantas parasitas
sentem as quinonas em sua presa e a usam para invadir, as quinonas desencadeiam respostas defensivas em
plantas não parasitas que podem protegê-las de bactérias e outros micróbios.
Os tópicos: 
 
Os tópicos:
Todas as variedades do parasita da bruxa (genus Striga) sentem o quinona DMBQ em outras plantas, como milho,
cana-de-açúcar e sorgo, e depois constroem órgãos semelhantes a apêndices que eles usam para invadir o
hospedeiro. Uma vez que invadem, roubam água e nutrientes, afetando o crescimento e a produção das culturas. As
perdas anuais em todo o mundo para os parasitas da Striga são bem mais de um bilhão de dólares. Ken Shirasu e
seu grupo na CSRS querem encontrar maneiras de prevenir esses tipos de perdas, desenvolvendo tratamentos
eficazes ou culturas resistentes a Striga. Para fazer isso, eles precisam entender todos os eventos moleculares que
acontecem nas plantas parasitas em resposta às quinonas. Mas primeiro diz Shirasu, “precisávamos responder a
uma pergunta mais básica: o que as quinonas estão fazendo em plantas não parasitas em primeiro lugar?”
Surpreendentemente, ninguém nunca tinha testado se as plantas não parasitas respondem às quinonas. A resposta
é que eles fazem.
Imagem de cálcio de uma raiz
de arabidopsis de silmótipo
selvagem em resposta à
exposição à quinona DMBQ.
Os pesquisadores descobriram que a planta de pesquisa comumente usada Arabidopsis respondeu às quinonas
produzindo um sinal de cálcio. Eles então examinaram 50.000 mudas mutagenizadas e encontraram 11 mutantes
em que esta resposta estava ausente. Esta é uma técnica comum usada para encontrar genes responsáveis por
cadeias biológicas de eventos. Neste caso, todos os 11 mutantes mostraram mutações no mesmo gene, que os
pesquisadores chamaram de CARD1 (CA nnot R espond para D MBQ).
Em seguida, os pesquisadores perguntaram o que acontece depois que uma planta não-parasitária detecta DMBQ.
Uma análise genética mostrou que a cadeia biológica de eventos após a ativação das quinonas da proteína CARD1
envolve respostas a feridas e estresse. A equipe então testou a hipótese de que a sinalização de quinona está
relacionada a respostas imunes. Eles descobriram que, em comparação com plantas de tipos silvestres, os mutantes
card1 eram mais facilmente infectados pelas bactérias Pseudomonas syringae – uma bactéria comum que afeta a
Arabidopsis e muitas outras plantas, como tomates. Uma resposta imune típica nas plantas é o fechamento dos
poros nas folhas para evitar a entrada de patógenos. Uma análise mais profunda mostrou que esses poros
estomatais não conseguiram fechar nas plantas mutantes porque as plantas não podiam responder às quinonas.
Isso provavelmente levou ao aumento da susceptibilidade à infecção. Outro teste mostrou que as plantas pré-
tratadas com DMBQ aumentaram a resistência à infecção bacteriana através da via de sinalização CARD1. Assim,
produzir quinonas para se defender contra bactérias deixa plantas vulneráveis ao ataque de Striga.
Satisfeito que a proteína CARD1 é essencial para respostas imunológicas às quinonas em plantas não parasitas, a
equipe se perguntou se a sinalização de quinona em plantas parasitas estava relacionada a um gene semelhante.
Eles procuraram e encontraram proteínas semelhantes a CARD1 no modelo parasitária Phtheirospermum
japonicum, que foram expressas nas raízes e também envolvidas no aumento de cálcio induzida por DMBQ.
DMBQ induz CARD1 - defesas
dependentes. Temperatura da superfície
das folhas 3 horas após a exposição ao
DMBQ. A temperatura da superfície foi
menor nos mutantes card1 (imagens de
calor superior) do que em plantas de tipo
selvagem (imagens de calor inferior).
Temperatura mais alta indica poros fechados
(estomata) nas folhas, uma defesa típica
que impede os invasores de entrar na
planta.
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Assim, a compreensão da sinalização da planta de quinona deve fornecer alvos para combater plantas parasitas,
bem como descartar outros alvos. Como Shirasu explica, “nossa pesquisa atual mostra que, se simplesmente
atacarmos as quinonas, provavelmente terá o efeito colateral indesejado de tornar as culturas mais suscetíveis à
infecção bacteriana. Outra abordagem poderia ser criar culturas que não produzem quinonas, mas ainda podem
iniciar as respostas a jusante que fornecem proteção contra a infecção microbiana, talvez com tratamento.
Um dos próximos passos é descobrir como exatamente a produção de quinona é desencadeada em plantas não
parasitas e se a cadeia de eventos pode ser iniciada a jusante quando as quinonas estão faltando.
Todas as variedades do parasita da bruxa (genus Striga) sentem o quinona DMBQ em outras plantas, como milho,
cana-de-açúcar e sorgo, e depois constroem órgãos semelhantes a apêndices que eles usam para invadir o
hospedeiro. Uma vez que invadem, roubam água e nutrientes, afetando o crescimento e a produção das culturas. As
perdas anuais em todo o mundo para os parasitas da Striga são bem mais de um bilhão de dólares. Ken Shirasu e
seu grupo na CSRS querem encontrar maneiras de prevenir esses tipos de perdas, desenvolvendo tratamentos
eficazes ou culturas resistentes a Striga. Para fazer isso, eles precisam entender todos os eventos moleculares que
acontecem nas plantas parasitas em resposta às quinonas. Mas primeiro diz Shirasu, “precisávamos responder a
uma pergunta mais básica: o que as quinonas estão fazendo em plantas não parasitas em primeiro lugar?”
Surpreendentemente, ninguém nunca tinha testado se as plantas não parasitas respondem às quinonas. A resposta
é que eles fazem.
Imagem de cálcio de uma raiz
de arabidopsis de silte em
resposta à exposição à quinona
DMBQ.
Os pesquisadores descobriram que a planta de pesquisa comumente usada Arabidopsis respondeu às quinonas
produzindo um sinal de cálcio. Eles então examinaram 50.000 mudas mutagenizadas e encontraram 11 mutantes
em que esta resposta estava ausente. Esta é uma técnica comum usada para encontrar genes responsáveis por
cadeias biológicas de eventos. Neste caso, todos os 11 mutantes mostraram mutações no mesmo gene, que os
pesquisadores chamaram de CARD1 (CA nnot R espond para D MBQ).
Em seguida, os pesquisadores perguntaram o que acontece depois que uma planta não-parasitária detecta DMBQ.
Uma análise genética mostrou que a cadeia biológica de eventos após a ativação das quinonas da proteína CARD1
envolve respostas a feridas e estresse. A equipe então testou a hipótese de que a sinalização de quinona está
relacionada a respostas imunes. Eles descobriram que, em comparação com plantas de tipos silvestres, os mutantes
card1 eram mais facilmente infectados pelas bactérias Pseudomonas syringae – uma bactéria comum que afeta a
Arabidopsis e muitas outras plantas, como tomates. Uma resposta imune típica nas plantas é o fechamento dos
poros nas folhas para evitar a entrada de patógenos. Uma análise mais profunda mostrou que esses poros
estomatais não conseguiram fechar nas plantas mutantes porque as plantas não podiam responder às quinonas.
Isso provavelmente levou ao aumento da susceptibilidade à infecção. Outro teste mostrou que as plantas pré-tratar
com DMBQ aumentaram a resistência à infecção bacteriana através da via de sinalização CARD1. Assim, produzir
quinonas para se defender contra bactérias deixa plantas vulneráveis ao ataque de Striga.
Satisfeito que a proteína CARD1 é essencial para respostas imunológicas às quinonas em plantas não parasitas, a
equipe se perguntou se a sinalização de quinona em plantas parasitas estava relacionada a um gene semelhante.Eles procuraram e encontraram proteínas semelhantes a CARD1 no modelo parasitária Phtheirospermum
japonicum, que foram expressas nas raízes e também envolvidas no aumento de cálcio induzida por DMBQ.
DMBQ induz CARD1 - defesas dependentes. Temperatura da superfície das folhas 3 horas após a exposição ao DMBQ. A temperatura da
indica poros fechados (estomata) nas folhas, uma defesa típica que impede os invasores de entrar na planta.
Assim, a compreensão da sinalização da planta de quinona deve fornecer alvos para combater plantas parasitas,
bem como descartar outros alvos. Como Shirasu explica, “nossa pesquisa atual mostra que, se simplesmente
atacarmos as quinonas, provavelmente terá o efeito colateral indesejado de tornar as culturas mais suscetíveis à
infecção bacteriana. Outra abordagem poderia ser criar culturas que não produzem quinonas, mas ainda podem
iniciar as respostas a jusante que fornecem proteção contra a infecção microbiana, talvez com tratamento.
Um dos próximos passos é descobrir como exatamente a produção de quinona é desencadeada em plantas não
parasitas e se a cadeia de eventos pode ser iniciada a jusante quando as quinonas estão faltando.
Mais leitura
Shirasu et al (2020) Percepção de quinona em plantas via quinases semelhantes a receptores repetidos ricos
em leucinas. A natureza. DOI: 10.1038/s41586-020-2655-4.
Mais leitura
Shirasu et al (2020) Percepção de quinona em plantas via quinases semelhantes a receptores repetidos ricos
em leucinas. A natureza. DOI: 10.1038/s41586-020-2655-4.
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2655-4
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2655-4
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