Durante mais de três décadas, os cientistas questionaram-se como genes de resistência específicos poderiam espalhar-se rapidamente entre diversas populações de agentes patogénicos de culturas, como os agentes causais da brusone do arroz e da ferrugem do colmo do trigo. Agora, uma equipe de cientistas internacionais liderada por pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Davis, determinou como esses genes de avirulência (AVR) saltam entre espécies de fungos pegando carona em elementos móveis, respondendo a uma questão de longa data que tem intrigado os fitopatologistas há décadas.

O estudo foi publicado na revista Nature Communications.

“Nossa equipe descobriu que alguns genes AVR fazem parte de um grupo discreto de elementos móveis que podem se mover rapidamente pelos genomas, não apenas dentro das espécies, mas também entre diferentes espécies de fungos”, disse o principal autor do estudo, Menglong Chen, pós-doutorado no Departamento. de Fitopatologia da UC Davis. "Chamamos esses elementos móveis de Elementos de Movimento Rápido Associados à Virulência (RMEAVs)."

Os patógenos de plantas são microrganismos, incluindo fungos, bactérias e oomicetos, que podem causar doenças nas plantas. Muitos patógenos vegetais importantes contêm genes que codificam proteínas AVR. Os genes AVR desempenham um papel importante no desencadeamento da resposta imunológica de uma planta e na causa de doenças. As proteínas AVR são reconhecidas pelas proteínas correspondentes de resistência a doenças na planta hospedeira, levando a uma reação de defesa que pode limitar ou prevenir a infecção. Como tal, os genes AVR têm sido utilizados há décadas em esforços de melhoramento de plantas para desenvolver variedades resistentes.

"Para que o melhoramento de resistência seja bem-sucedido, os genes de resistência utilizados precisam ser duráveis, o que significa que podem fornecer resistência eficaz durante um longo período de tempo", disse o co-autor Brent Threlfall, cientista assistente do projeto no Departamento de Fitopatologia da Universidade. Universidade da Califórnia em Davis. “No entanto, o surgimento rápido e frequente de novas cepas de patógenos capazes de superar essas resistências frustrou esses esforços”.

As cepas de patógenos emergentes, muitas vezes chamadas de cepas “virulentas”, contêm versões novas ou mutadas de genes AVR. A capacidade de mudança desses genes AVR significa que eles podem escapar da detecção pelo sistema imunológico da planta e causar doenças em plantas anteriormente resistentes.

Os pesquisadores usaram uma variedade de abordagens, incluindo genômica comparativa, bioinformática, biologia molecular e estudos funcionais para compreender a misteriosa disseminação dos genes AVR entre diferentes espécies de fungos. Eles se concentraram em dois dos patógenos fúngicos mais destrutivos dos cereais em todo o mundo, Magnaporthe oryzae, o agente causal da brusone do arroz, e Zymoseptoria tritici, o agente causal da mancha Septoria tritici no trigo.

Os cientistas conseguiram mostrar que os RMEAVs são replicons autônomos que se replicam e se espalham usando a maquinaria de replicação e transcrição do fungo hospedeiro. Eles também descobriram que os RMEAVs podem atuar como elementos egoístas, o que significa que não proporcionam nenhum benefício direto ao fungo, mas ainda assim podem se espalhar com sucesso por uma população.

“Compreender os mecanismos por trás da rápida disseminação dos genes AVR entre diferentes espécies de fungos é fundamental para o desenvolvimento de estratégias para melhorar a durabilidade dos genes de resistência nas culturas”, disse o autor sênior do estudo, Jian-Min Yuan, professor do Departamento de Patologia Vegetal da UC. Davis. “Nossas descobertas fornecem novas pistas sobre como alguns patógenos podem se adaptar rapidamente e superar a resistência das plantas, ajudando-nos a estar um passo à frente na batalha contra doenças devastadoras das plantas”.