Solo salgado sensibiliza as plantas a um modo não convencional de toxicidade bacteriana
Coleção de cultura de bactérias associadas às raízes. Crédito:Stéphane Haquard Um estudo colaborativo entre pesquisadores do Instituto Max Planck de Pesquisa de Melhoramento de Plantas e do Instituto Fraunhofer de Biologia Molecular e Ecologia Aplicada mostrou como um único metabólito pode tornar as bactérias tóxicas para as plantas sob condições de alto teor de sal.
Suas descobertas, publicadas na Nature Communications pode ter implicações importantes para a agricultura e a fitossanidade nas alterações climáticas.
As alterações climáticas, e especificamente o aumento das temperaturas, irão colocar uma grande pressão sobre o crescimento das plantas e terão quase certamente impacto na produção vegetal. Uma consequência óbvia de um clima mais quente é que as plantas no campo necessitarão de mais irrigação. Com mais rega, no entanto, também surge mais salinidade, pois, desta forma, os sais nutrientes acumulam-se nos solos agrícolas.
As alterações climáticas também afectarão a saúde das plantas através do que fazem às comunidades compostas por numerosos microrganismos que vivem em associação íntima com as plantas hospedeiras. Estas comunidades tornam as plantas mais resistentes a condições estressantes e mais resistentes a micróbios patogênicos.
Assim, a inoculação com comunidades bacterianas definidas como probióticos é uma estratégia atraente para salvaguardar a saúde das plantas. Contudo, para garantir que estes inóculos sejam eficazes, é necessário compreender como as bactérias e as plantas interagem sob diferentes condições.
A partir de experimentos anteriores, o co-autor Stéphane Hacquard, que trabalha no Instituto Max Planck para Pesquisa de Melhoramento de Plantas em Colônia, Alemanha, e seus colegas sabiam que aproximadamente 95% das bactérias encontradas na microbiota vegetal são neutras ou benéficas em um interações individuais com plantas de agrião.
Um pequeno número, no entanto, é prejudicial quando cultivado juntamente com plantas em condições de laboratório, entre eles Pseudomonas brassicacearum R401, uma bactéria Gram-negativa encontrada no solo que é um membro dominante da microbiota vegetal.
Surpreendentemente, porém, quando esta bactéria foi cultivada juntamente com plantas em condições naturais do solo, nenhuma doença foi observada. Isto sugere que a bactéria requer condições específicas para causar doenças nas plantas cultivadas no solo.
Alguns relatórios anteriores mostraram que o estresse salino pode facilitar a infecção bacteriana das plantas. Na verdade, quando os cientistas aplicaram sal, descobriram que o crescimento das plantas era afetado negativamente na presença da estirpe R401.
Muitas bactérias Gram-negativas causam virulência ao injetar proteínas causadoras de doenças diretamente no citoplasma da célula hospedeira. No entanto, a inspeção do genoma R401 não revelou quaisquer genes que codifiquem este aparelho de injeção. Além disso, muitas bactérias patogênicas crescem demais em suas plantas hospedeiras e implantam estratégias para atenuar as respostas imunológicas das plantas. Novamente, o R401 não estava fazendo nenhuma dessas coisas.
Para entender como a cepa R401 causa doenças em plantas cultivadas no solo que enfrentam estresse salino, Hacquard e seu grupo se uniram ao grupo de produtos naturais de Till Schäberle na Universidade Justus-Liebig e ao Instituto Fraunhofer de Biologia Molecular e Ecologia Aplicada em Giessen. .
Juntos, os pesquisadores identificaram genes que apresentavam semelhança com genes de bactérias relacionadas que codificam metabólitos fitotóxicos. Eles isolaram o metabólito previsto, que denominaram brassicapeptina, e mutaram um dos genes centrais necessários para sua síntese. Esta mutação foi suficiente para transformar o R401 em uma bactéria benéfica para as plantas.
Surpreendentemente, uma vez que tiveram o composto em mãos, os cientistas puderam mostrar que a brassicapeptina é por si só suficiente para causar doenças nas plantas em conjunto com condições de sal elevado. Além disso, a brassicapeptina não era apenas tóxica para as plantas de agrião, mas também para os tomateiros que sofriam de estresse salino, bem como para outros micróbios.
Os pesquisadores puderam mostrar que a molécula, composta por uma cauda de ácido graxo ligada a aminoácidos, pode formar poros nas membranas das plantas. Isso poderia explicar por que a toxicidade da molécula se torna aparente quando as plantas enfrentam estresse salino.
Schäberle está entusiasmado com as possibilidades que este estudo oferece para melhorar a saúde das culturas. "É importante aprendermos mais sobre como os produtos naturais produzidos por micróbios influenciam a fisiologia das plantas. Isso nos permitirá projetar produtos biológicos eficazes para a proteção das culturas."
Hacquard achou notável que “uma única molécula bacteriana possa ao mesmo tempo sensibilizar as plantas ao estresse osmótico, promover a capacidade bacteriana de colonizar raízes e impedir o crescimento de competidores bacterianos e fúngicos”.
