Um mecanismo de manipulação recém-descoberto, usado por bactérias parasitas para retardar o envelhecimento das plantas, pode oferecer novas maneiras de proteger culturas alimentares ameaçadas de doenças.
Por John Innes Center publicado por Phys.
Os parasitas manipulam os organismos dos quais vivem para atender às suas necessidades, às vezes de maneiras drásticas. Quando sob o feitiço de um parasita, algumas plantas passam por mudanças tão extensas que são descritas como “zumbis”. Eles param de se reproduzir e servem apenas como habitat e hospedeiro para os patógenos parasitas.
Até agora, houve pouco entendimento de como isso acontece em um nível molecular e mecanicista.
Uma pesquisa do grupo Hogenhout no John Innes Center e colaboradores publicados na Cell identificou uma molécula de manipulação produzida pela bactéria fitoplasma (Phytoplasma) para sequestrar o desenvolvimento da planta . Quando dentro de uma planta, a proteína faz com que os principais reguladores de crescimento sejam quebrados, desencadeando um crescimento anormal.
As bactérias do fitoplasma pertencem a um grupo de micróbios que são notórios por sua capacidade de reprogramar o desenvolvimento de suas plantas hospedeiras. Este grupo de bactérias é frequentemente responsável pelas ‘vassouras de bruxa‘ vistas nas árvores, onde um número excessivo de ramos crescem próximos uns dos outros.
Esses crescimentos densos são o resultado de a planta ficar presa em um estado vegetativo de “zumbi”, incapaz de se reproduzir e, portanto, progride para um status de ‘jovem para sempre’.
A bactéria do fitoplasma também pode causar doenças devastadoras nas plantações, como o Aster Yellows, que causa perdas significativas na produção de grãos e folhas, como alface, cenoura e cereais.
A professora Saskia Hogenhout, autora correspondente do estudo, disse: “Os fitoplasmas são um exemplo espetacular de como o alcance dos genes pode se estender além dos organismos para impactar os ambientes circundantes.
“Nossas descobertas lançaram uma nova luz sobre um mecanismo molecular por trás deste fenótipo estendido de uma forma que poderia ajudar a resolver um grande problema para a produção de alimentos. Destacamos uma estratégia promissora para plantas de engenharia para atingir um nível de resistência durável das culturas aos fitoplasmas.”
As novas descobertas mostram como a proteína bacteriana conhecida como SAP05 manipula as plantas , aproveitando algumas das próprias máquinas moleculares do hospedeiro.
Esse mecanismo, chamado de proteassoma, geralmente decompõe proteínas que não são mais necessárias nas células vegetais. SAP05 sequestra este processo, fazendo com que as proteínas vegetais que são importantes na regulação do crescimento e desenvolvimento, sejam efetivamente jogadas em um centro de reciclagem molecular.
Sem essas proteínas, o desenvolvimento da planta é reprogramado para favorecer as bactérias, desencadeando o crescimento de múltiplos brotos e tecidos vegetativos e interrompendo o envelhecimento da planta.
Por meio de experimentos genéticos e bioquímicos na planta modelo Arabidopsis thaliana, a equipe descobriu em detalhes o papel do SAP05.
Curiosamente, SAP05 se liga diretamente às proteínas de desenvolvimento da planta e ao proteassoma. A ligação direta é uma forma recém-descoberta de degradar proteínas. Normalmente, proteínas que são degradadas pelo proteassoma são previamente marcadas com uma molécula chamada ubiquitina, mas não é o caso aqui.
As proteínas de desenvolvimento de plantas que são direcionadas pelo SAP05 são semelhantes às proteínas também encontradas em animais. A equipe estava curiosa para ver se SAP05, portanto, também afeta os insetos que carregam a bactéria de planta para planta. Eles descobriram que a estrutura dessas proteínas hospedeiras em animais difere o suficiente para que não interajam com SAP05, e portanto não afeta os insetos.
No entanto, esta investigação permitiu à equipe localizar apenas dois aminoácidos na unidade de proteassoma que são necessários para interagir com SAP05. A pesquisa mostrou que, se as proteínas vegetais forem trocadas para ter os dois aminoácidos encontrados na proteína do inseto, elas não serão mais degradadas pelo SAP05, evitando o crescimento anormal da ‘vassoura de bruxa’.
Essa descoberta oferece a possibilidade de ajustar apenas esses dois aminoácidos em plantações, por exemplo, usando tecnologias de edição de genes, para fornecer resiliência durável a fitoplasmas e aos efeitos do SAP05.
Mais informações: Parasitic modulation of host development by ubiquitin-independent protein degradation, Cell: www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01012-6. DOI: 10.1016/j.cell.2021.08.029
