Um fungo está ameaçando o abastecimento mundial de alimentos

Cientistas descobriram uma nova arma potencial contra um fungo devastador que ameaça o arroz, o trigo e a cevada em todo o mundo. 

Por John Innes Centre com infomrações de Science Daily.

Cientistas descobriram uma nova e promissora maneira de proteger algumas das culturas alimentares mais importantes do mundo de um fungo destrutivo que ameaça a segurança alimentar global. Ao modificar as defesas imunológicas naturais das plantas, os pesquisadores desenvolveram uma abordagem experimental que poderá, eventualmente, ajudar o trigo, o arroz e a cevada a resistirem a infecções fúngicas com mais eficácia.

A equipe internacional de pesquisa, liderada por cientistas do John Innes Centre, no Reino Unido, investigou um grupo recém-descoberto de receptores imunológicos em plantas. Eles identificaram como essas proteínas reconhecem patógenos invasores e demonstraram que podem ser modificadas para detectar múltiplas ameaças fúngicas. As descobertas podem abrir caminho para culturas com resistência a doenças mais forte e duradoura.

“Descobrimos algo que pode levar a uma possível intervenção naquela que é a pior doença fúngica dos cereais”, disse o professor Mark Banfield, líder de um grupo de pesquisa no John Innes Centre e um dos autores do estudo, que contou com a colaboração de pesquisadores da Universidade de Kobe, no Japão.

Um fungo devastador ameaça o abastecimento global de alimentos.

O alvo da pesquisa é o Magnaporthe oryzae, o fungo responsável pela brusone. Ele causa a doença fúngica mais grave que afeta o arroz cultivado e também se tornou uma grande ameaça para o trigo e a cevada em partes da Ásia e da África.

Os danos são enormes. A cada ano, a brusone do arroz destrói arroz suficiente para alimentar aproximadamente 60 milhões de pessoas. À medida que o fungo se espalha para mais regiões agrícolas, o desenvolvimento de métodos eficazes para proteger as plantações torna-se cada vez mais importante para a segurança alimentar global.

O fungo infecta as plantas por meio de uma estratégia biológica sofisticada. Ele introduz moléculas especializadas, conhecidas como efetoras, nas células das folhas e caules. Essas moléculas interferem nas funções normais da planta, permitindo que o patógeno estabeleça uma infecção e promova a doença.

As plantas, no entanto, desenvolveram seus próprios sistemas de defesa. Receptores imunológicos especializados podem reconhecer essas moléculas estranhas e desencadear uma resposta protetora. Um mecanismo importante envolve induzir a morte das células infectadas em uma área controlada e localizada, ajudando a impedir que o patógeno se espalhe por toda a planta.

Cientistas descobrem uma defesa imunológica oculta em plantas.

Por mais de três décadas, grande parte da pesquisa sobre imunidade vegetal tem se concentrado em proteínas chamadas receptores de ligação a nucleotídeos e ricos em leucina (NLRs). Esses receptores têm desempenhado um papel central na compreensão de como as culturas reconhecem e se defendem contra a brusone e outras infecções.

Mais recentemente, cientistas começaram a investigar outro grupo de proteínas imunológicas encontradas em cereais, conhecidas como proteínas quinase em tandem (TKPs). Embora os pesquisadores ainda estejam aprendendo como esses receptores funcionam, eles parecem oferecer oportunidades adicionais para fortalecer as defesas das plantas.

Estudos anteriores revelaram que algumas TKPs contêm uma região especializada chamada domínio Associado a Metais Pesados ​​(HMA). Regiões semelhantes também são encontradas em certos receptores NLR, onde ajudam a reconhecer efetores patogênicos e a iniciar respostas imunes.

Essa característica em comum chamou a atenção de Banfield e seus colegas porque sugeria que os cientistas poderiam ser capazes de redesenhar os receptores para reconhecer ameaças fúngicas adicionais.

“Isso despertou nosso interesse”, disse o Professor Banfield. “Se pudermos modificar esses domínios HMA integrados para obter novas propriedades, alterando os aminoácidos das proteínas nos pontos de ligação dos efetores, poderemos alcançar o que chamamos de novas especificidades de reconhecimento – e, potencialmente, uma nova linha de frente para a defesa das plantas contra doenças.”

Transformando moléculas de ataque fúngico em alvos

No estudo, publicado na revista Science Advances , os pesquisadores examinaram precisamente como os domínios HMA interagem com as moléculas liberadas pelo fungo da brusone.

Utilizando técnicas biofísicas e cristalografia, um método que permite aos cientistas determinar a estrutura tridimensional detalhada das moléculas, a equipe obteve uma visão de alta resolução de como esses receptores vegetais se ligam aos efetores fúngicos.

Os resultados revelaram que os domínios HMA podem funcionar como isca biológica. Ao se ligarem a moléculas que o fungo utiliza durante a infecção, essas regiões ajudam as plantas a reconhecer a presença de um patógeno invasor e a ativar suas defesas.

Munidos dessas informações estruturais, os pesquisadores modificaram os receptores imunológicos TKP para que pudessem reconhecer dois efetores fúngicos diferentes associados a infecções em trigo e cevada.

Essa capacidade de detectar múltiplos alvos, conhecida como dupla especificidade, é incomum em receptores imunológicos naturais. Demonstrar que ela pode ser introduzida por meio de engenharia de proteínas sugere uma maneira promissora de expandir o leque de ameaças que os sistemas imunológicos das culturas agrícolas podem reconhecer.

As descobertas também fornecem uma base para investigar outras TKPs recentemente identificadas em diferentes culturas de cereais. Os cientistas poderão, eventualmente, desenvolver receptores imunológicos personalizados que detectem vários efetores fúngicos simultaneamente, potencialmente tornando as plantas mais resistentes à infecção por patógenos.

Engenharia de culturas com maior resistência a doenças

Embora os resultados sejam encorajadores, a tecnologia ainda se encontra em um estágio experimental inicial.

Os pesquisadores realizaram seus testes iniciais usando protoplastos, células individuais de trigo que servem como um modelo simplificado para estudar como os tecidos vegetais respondem. O próximo passo é determinar se os receptores modificados podem fornecer proteção eficaz em plantas inteiras cultivadas em condições controladas de estufa.

“Nosso estudo indica que essa nova classe de proteínas de resistência é passível de modificação por engenharia genética. Agora sabemos que as ferramentas que usamos anteriormente para modificar receptores NLR também podem funcionar com essa nova classe”, disse o Dr. Daniel Yu, primeiro autor do estudo.

Compreender exatamente como os efetores fúngicos se ligam aos receptores imunológicos das plantas também pode ajudar os pesquisadores a aproveitar outras tecnologias. O melhoramento genético de precisão e a inteligência artificial podem fornecer maneiras adicionais de redesenhar os domínios HMA, permitindo que eles reconheçam moléculas de patógenos que antes escapavam à detecção.

Uma possibilidade particularmente promissora envolve a combinação de diferentes tipos de receptores imunológicos na mesma cultura.

Como os NLRs e os TKPs parecem ativar as defesas das plantas por meio de mecanismos diferentes, o uso conjunto deles poderia criar várias camadas de proteção. Isso poderia dificultar o desenvolvimento de mecanismos pelos fungos para contornar o sistema imunológico da planta.

“Acreditamos que essas duas classes de receptores imunológicos, NLRs e TKPs, provavelmente são ativadas de maneiras diferentes”, disse o Professor Banfield. “Isso oferece o potencial para uma imunidade mais robusta no campo, porque você não está colocando todos os ovos na mesma cesta. Mais adiante, poderemos usar técnicas para combinar genes que codificam TKPs e NLRs contra a mesma doença, criando uma cultura super-resistente. Eles terão maneiras diferentes de ativar a imunidade, então provavelmente será mais difícil para um patógeno evoluir e se tornar imune”, acrescentou.

Uma ameaça crescente ao trigo, arroz e cevada

A necessidade de uma melhor proteção está se tornando cada vez mais urgente, visto que a brusone continua a ameaçar as principais culturas alimentares.

A brusone do trigo foi identificada pela primeira vez no Brasil durante a década de 1980 e, desde então, se espalhou para partes da Ásia e da África. Embora a doença não tenha sido detectada no Reino Unido, as mudanças climáticas podem eventualmente criar condições que permitam que ela ameace a produção de cereais no norte da Europa.

Para os agricultores, o surgimento da brusone em novas regiões representa um sério desafio, principalmente porque o fungo pode ameaçar culturas essenciais para alimentar grandes populações.

Ao revelar como uma classe de receptores imunológicos de plantas, até então pouco explorada, pode ser modificada para reconhecer múltiplas ameaças fúngicas, os pesquisadores identificaram uma possível nova estratégia para proteger as colheitas futuras.

Serão necessários mais testes para determinar se essas defesas modificadas funcionam efetivamente em plantas inteiras e em condições agrícolas. Se bem-sucedida, a combinação de diferentes receptores imunológicos poderá, eventualmente, ajudar os cientistas a desenvolver culturas com proteção mais resistente contra uma das doenças fúngicas mais destrutivas da agricultura.

Fonte da história:
Materiais fornecidos pelo John Innes Centre . Nota: O conteúdo pode ser editado em termos de estilo e extensão.

Referência do periódico :
Daniel S. Yu, Rafał Zdrzałek, Emi Katayama, Hitomi Akiyama, Lucy Daykin, Nathan J. Williams, Iwan Goodridge, Soichiro Asuke, Mark J. Banfield. Engenharia de receptores imunes de cinase tandem em plantas expande os perfis de reconhecimento de efetores . Science Advances , 2026; 12 (39) DOI: 10.1126/sciadv.aef2426