Será que esta inovação biotecnológica conseguirá travar a marcha destrutiva de um «assassino de cereais»?
«Descobrimos algo que poderá conduzir a uma possível intervenção contra aquela que é a pior doença fúngica dos cereais»
Uma colaboração de investigação liderada pelo Reino Unido deu um passo significativo no esforço global para proteger as culturas de cereais do devastador fungo causador da ferrugem.
Os investigadores do John Innes Centre exploraram uma classe de recetores de defesa vegetal recentemente descoberta, demonstrando, a nível molecular, como estes funcionam para limitar os ataques do fungo causador da ferrugem e como podem ser modificados geneticamente para conferir uma imunidade mais ampla e duradoura ao trigo, à cevada e ao arroz.
«Descobrimos algo que poderá conduzir a uma potencial intervenção contra aquela que é a pior doença fúngica dos cereais», afirmou o professor Mark Banfield, líder de grupo no John Innes Centre e um dos autores do estudo, realizado em colaboração com investigadores da Universidade de Kobe, no Japão.
O fungo da ferrugem, Magnaporthe oryzae, é a doença mais grave do arroz cultivado e espalhou-se para o trigo e a cevada em partes da Ásia e de África, o que significa que soluções inovadoras para a prevenir são essenciais para a segurança alimentar global.
Para infetar as plantas, agentes patogénicos como o Magnaporthe oryzae inserem efetores nas células das folhas e dos caules para manipular o hospedeiro e promover a doença.
As plantas possuem recetores que reconhecem os efetores como moléculas estranhas e desencadeiam uma resposta imunitária que inicia a morte celular localizada, a fim de limitar a propagação intracelular do agente patogénico por toda a planta.
Há mais de 30 anos que um conjunto considerável de investigação se tem centrado numa classe de recetores imunitários denominados «recetores de ligação a nucleótidos e ricos em leucina» (NLRs), que têm estado na vanguarda da nossa compreensão da resposta imunitária das plantas à ferrugem e a outras doenças.
Nos últimos anos, os estudos têm-se centrado cada vez mais numa nova classe de recetores imunitários intracelulares descobertos nos cereais, denominados proteínas quinases em tandem (TKPs).
Investigação anterior demonstrou que as TKPs podem conter um domínio integrado associado a metais pesados (HMA), uma característica também observada em alguns recetores NLR e que se revelou importante para o reconhecimento de efetores e para a ativação de uma resposta imunitária.
«Isto despertou o nosso interesse», afirmou o professor Banfield. «Se conseguirmos modificar geneticamente estes domínios HMA integrados para lhes conferir novas propriedades, através de alterações nos aminoácidos das proteínas nos pontos onde os efetores se ligam, poderemos obter o que designamos por novas especificidades de reconhecimento — e, potencialmente, uma nova linha da frente para a defesa das plantas contra as doenças.»
Neste estudo, publicado na revista *Science Advances*, o grupo utilizou análises biofísicas e cristalografia para revelar, em alta resolução, a interação estrutural entre os domínios HMA e os efetores do patógeno da ferrugem.
Demonstraram como os domínios HMA desempenham um papel crítico nos TKP, atuando como iscos biológicos para atrair os efetores do patógeno.
Utilizando esse conhecimento estrutural, conseguiram modificar geneticamente os recetores imunitários TKP de forma a que apresentassem dupla especificidade – ligando-se a efetores associados à infeção tanto do trigo como da cevada, algo que não acontece frequentemente na natureza.
Ao demonstrar que os TKPs eram passíveis de abordagens de bioengenharia, o estudo abre caminho para mais investigação sobre muitos TKPs recentemente descobertos em diversas culturas de cereais, com o potencial de criar, de forma personalizada, novos recetores de resistência a doenças que respondam a múltiplos efetores simultaneamente.
Estas experiências de prova de princípio utilizaram protoplastos, células individuais de trigo, como substitutos do tecido vegetal completo. A próxima etapa para este grupo consiste em transpor estas descobertas dos ensaios com substitutos para plantas em estufa.
«O nosso estudo indica que esta nova classe de proteínas de resistência é passível de ser utilizada para fins de engenharia. Sabemos agora que as ferramentas que utilizámos anteriormente na engenharia de recetores NLR também podem funcionar com esta nova classe», afirmou o Dr. Daniel Yu, primeiro autor do estudo.
A compreensão fundamental da ligação efetor-receptor pode ser reforçada por outras tecnologias, tais como o melhoramento genético de precisão e abordagens de IA — que podem ajudar a introduzir, através da bioengenharia, uma nova especificidade nos domínios HMA.
«Pensamos que estas duas classes de recetores imunitários, os NLRs e os TKPs, são provavelmente ativadas de formas diferentes», afirmou o professor Banfield. «Isso oferece o potencial para uma imunidade mais robusta no campo, porque não se está a apostar tudo numa única cartada. Mais adiante, poderemos ser capazes de utilizar técnicas para combinar genes que codificam TKPs e NLRs contra a mesma doença, criando uma cultura super-resistente. Estes terão formas diferentes de ativar a imunidade, pelo que será provavelmente mais difícil para um agente patogénico desenvolver resistência», acrescentou.
Todos os anos, a ferrugem destrói uma quantidade de arroz suficiente para alimentar 60 milhões de pessoas. No trigo, o fungo da ferrugem foi descoberto pela primeira vez no Brasil na década de 1980 e, desde então, espalhou-se pela Ásia e África. Ainda não está presente no Reino Unido, mas as alterações climáticas significam que poderá, eventualmente, representar uma ameaça à produção de cereais no norte da Europa.
A engenharia de recetores imunitários de quinase em tandem nas plantas alarga os perfis de reconhecimento dos efetores, publicado na revista «Science Advances»
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Outras notícias do departamento ciência
