Cientistas do Instituto Max Planck de Pesquisa em Melhoramento de Plantas e da Universidade de Colônia, na Alemanha, juntamente com colegas da China, desvendaram como o trigo se protege de um patógeno mortal. Suas descobertas, publicadas na revista Nature , poderia ser aproveitado para tornar importantes espécies de culturas mais resistentes a doenças.
Como alimento básico para 40% da população mundial, é difícil exagerar a importância do trigo para a segurança alimentar.

A resiliência das culturas em um clima em mudança e a resistência a doenças infecciosas serão os fatores limitantes para a estabilidade alimentar futura. No caso do trigo, um dos patógenos economicamente mais significativos é a ferrugem do caule, um fungo vicioso que pode ter efeitos devastadores sobre os rendimentos.

Embora a ferrugem do caule esteja infectando o trigo desde os tempos pré-cristãos, através dos esforços de melhoristas e fitopatologistas foi possível prevenir quaisquer epidemias significativas nas principais áreas de cultivo de trigo do mundo nos últimos 50 anos do século 20. /sup> século. Infelizmente, esse quadro róseo foi destruído em 1998, com o surgimento de uma nova variante altamente virulenta da ferrugem do caule do trigo em Uganda.

O Ug99, como é conhecido, pode atacar até 80% das variedades de trigo do mundo, resultando, em alguns casos, na perda total da produtividade dos campos infectados. Ao procurar fornecer às culturas resistência contra patógenos de plantas novos e emergentes, os cientistas e criadores de plantas geralmente vasculham variedades selvagens de algumas de nossas culturas básicas em busca de genes que possam fornecer imunidade eficaz. O surgimento do Ug99 deu um impulso especial a esses esforços e levou à identificação do Sr35, um gene que protege contra o Ug99 quando introduzido no trigo para pão.

Agora, cientistas liderados por Jijie Chai e Paul Schulze-Lefert da Universidade de Colônia e do Instituto Max Planck para Pesquisa de Melhoramento de Plantas em Colônia, Alemanha, e Yuhang Chen da Academia Chinesa de Ciências, China, decodificaram a estrutura do Sr35 proteína do trigo. Isso permitiu que eles explicassem como o Sr35 protege o trigo Einkorn contra o Ug99.

Sr35 é um exemplo de um receptor de repetição rica em leucina de ligação a nucleotídeos (NLR) dentro de células vegetais que detecta a presença de patógenos invasores. A ativação de NLR é desencadeada pelo reconhecimento de "efetores" de patógenos, pequenas proteínas que são entregues às células vegetais por microrganismos invasores para enfraquecer a planta. Cada NLR normalmente se liga a um tipo de efetor.

Quando o Sr35 é ativado, cinco receptores se reúnem em um grande complexo de proteínas, que os pesquisadores chamam de "resisossomo Sr35". Tais resistossomos têm a capacidade de atuar como canais na membrana da célula vegetal. Essa atividade do canal desencadeia poderosas respostas imunes que culminam no suicídio de células vegetais no local da infecção como uma espécie de auto-sacrifício para proteger o resto da planta.

Neste estudo, os pesquisadores conseguiram pela primeira vez resolver a estrutura e descrever a função imunológica de um resistossomo de uma espécie de plantação.

Os cientistas começaram sintetizando tanto o Sr35 quanto seu efetor Ug99 correspondente em células de insetos, uma estratégia que lhes permitiu isolar e purificar grandes quantidades de resistossomos Sr35, e usaram a microscopia eletrônica criogênica, uma técnica na qual as amostras são congeladas a temperaturas criogênicas permitindo a determinação de estruturas biomoleculares em resolução atômica.

Alexander Förderer, que liderou o estudo, diz:"Na estrutura do Sr35, podemos identificar as partes da proteína que são importantes para o reconhecimento do efetor Ug99. Com esse insight, espero que possamos gerar novos NLRs que possam ser aplicados no campo para proteger as variedades de trigo de elite contra o Ug99 e assim contribuir para a segurança alimentar global."

Armados com seu conhecimento da estrutura do resistossomo Sr35, Alexander Förderer e seus co-autores Ertong Li e Aaron W. Lawson decidiram determinar se eles poderiam agora redirecionar os receptores não funcionais de variedades de elite suscetíveis de cevada e trigo para reconhecer o Ug99 efetor. Eles se depararam com duas proteínas que, embora semelhantes a Sr35, não reconhecem Ug99. Quando eles trocaram os elementos do Sr35 conhecidos por entrar em contato com o efetor Ug99, os cientistas puderam transformar essas proteínas em receptores para o efetor Ug99.

De acordo com Paul Schulze-Lefert, "Este estudo também ilustra como a natureza usou um princípio de design comum para construir receptores imunológicos. Ao mesmo tempo, esses receptores evoluíram de tal forma que mantiveram a flexibilidade para gerar novas variantes de receptores que pode fornecer imunidade a outros patógenos microbianos, como vírus, bactérias ou nematóides."

Jijie Chai ressalta que os insights obtidos neste estudo "abre a oportunidade de melhorar a resistência das culturas ao projetar proteínas de resistência de plantas que reconhecem uma variedade de diferentes efetores de patógenos". + Explorar mais

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