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Genômica

Três novas rotas de ataque à praga

Artigo publicado na Nature compara os genomas das Xanthomonas citri e campestri e mostra como evitar o cancro cítrico, que torna os laranjais improdutivos

FUNDECITRUSLaranjeira infectada: a Xanthomonas citri se propaga pela parte externa de frutos e folhasFUNDECITRUS

Quase um ano e meio depois de concluir o seqüenciamento que desvendou a identidade genética da bactéria Xanthomonas citri, uma praga dos laranjais, pesquisadores da rede de laboratórios ONSA – formada para o seqüenciamento de outra inimiga dos laranjais, a Xylella fastidiosa – conseguem mais duas conquistas. Primeiro, apontam caminhos para o combate à X. citri a partir da análise de apenas 100 de seus milhares de genes, o que terá impacto sobre todas as pesquisas de patógenos agrícolas, já que o estudo da citri foi feito pela comparação com sua prima Xanthomonas campestri . E esta tem uma característica muito favorável: infecta a Arabidopsis thaliana, planta-modelo para estudos genéticos, cujo genoma foi seqüenciado recentemente.

A outra conquista, depois do seqüenciamento da citri e juntamente com as sugestões para seu combate, é o seqüenciamento da campestri. O conhecimento gerado não beneficiará somente a citricultura. Poderá estender-se às principais plantas que alimentam o ser humano, já que o gênero Xanthomonas é constituído por 20 espécies que atacam 392 vegetais, entre eles feijão, arroz, mandioca, algodão, milho, cana, trigo e soja.

O seqënciamento comparativo das duas bactérias, feito por 69 pesquisadores de 11 dos laboratórios da rede ONSA, ganhou as páginas da edição de 23 de maio da revista Nature. O reconhecimento científico reafirma a liderança nacional na pesquisa de patógenos agrícolas: dos quatro patógenos já seqüenciados no mundo, três o foram no Brasil. “Com os genomas das duas Xanthomonas concluídos, temos um modelo perfeito para estudar a relação bactéria-planta, identificando exatamente os genes envolvidos nessa interação. Isso servirá de base para entender outras pragas agrícolas”, explica Jesus Aparecido Ferro, da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da Universidade Estadual Paulista (FCAV-Unesp), em Jaboticabal. Ferro divide com Ana Cláudia Rasera da Silva, do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP), a coordenação do projeto Genoma Xanthomonas, dentro do Programa Genoma FAPESP.

O trabalho desenvolve com profundidade três rotas de ataque consideradas mais promissoras. Uma partiu do gene PTHA, que se sabia relacionado à proliferação anormal de células que a X. citri provoca. O artigo comprova que a X. campestri não tem esse gene, mas identificou nessa bactéria um grande número de enzimas degradadoras da parede celular das plantas (as poligaractoranases), o que explica a massiva degradação de tecido que o patógeno causa. Vários genes são prováveis codificadores dessas enzimas e os pesquisadores preparam um projeto de genoma para provar essa relação. Esperam que isso abra caminho para o desenvolvimento de substâncias que bloqueiem as enzimas, imprescindíveis para a bactéria digerir a planta.

A segunda rota surgiu da busca do que determina que cada espécie de Xanthomonas só ataque certas plantas. A chave dessa especialização são os genes de avirulência das bactérias – eles codificam proteínas capazes de acionar o sistema de defesa de alguns vegetais, mas não de outros. Só há infecção quando os genes de avirulência de uma bactéria enganam os genes de resistência da planta. É uma interação precisa, que restringe bem o número de hospedeiros de cada Xanthomonas. Os genes de avirulência não são necessariamente os mesmos que causam a patogenicidade, mas, no caso da X. citri, há uma coincidência. O PTHA, que causa proliferação celular anormal, também é gene de avirulência. A transferência desse gene para outra espécie de Xanthomonas tornou a bactéria incapaz de infectar seu hospedeiro habitual, o arroz, porque o PTHA disparou as defesas da planta.

Além do PTHA, o estudo identificou, como resultado da ação de genes de avirulência, uma série de proteínas da superfície da bactéria relacionadas à síntese do antígeno-O. Acredita-se que esse antígeno engane o sistema de defesa. “O gene de resistência fica na superfície da planta e o antígeno-O, na superfície da bactéria, numa interação similar à que ocorre nos animais entre antígeno e anticorpo”, diz Ana Cláudia. A infecção ocorre se a planta não reconhece um antígeno-O como estranho. Na Xanthomonas citri foram identificadas cerca de dez enzimas que resultam num antígeno-O específico.

“Queremos estudar mais as enzimas e os genes que as sintetizam porque acreditamos que, se bloquearmos sua síntese com alguma substância, a planta provavelmente passaria a reagir contra a bactéria, tornando-se resistente”, comenta Ana Cláudia. Essa substância seria aplicada no pomar e poderia funcionar como uma espécie de vacina. Embora atuasse sobre a bactéria e não sobre a planta diretamente, o tratamento tornaria os laranjais resistentes ao cancro por desmascarar o agressor para o sistema de defesa.

A terceira via de ataque enfoca os mecanismos de proliferação da citri. A campestri é sistêmica – espalha-se por dentro e causa o apodrecimento dos tecidos -, enquanto a citri conquista áreas na parte externa, na qual se dissemina por ação do vento. A comparação dos genomas permitiu identificar especificidades metabólicas das bactérias relacionadas às partes da planta onde cada uma vive.

Diferenças
O físico Ronaldo Bento Quaggio descobriu que a campestri assimila nitrogênio de nitratos e nitritos do solo e, em quantidade menor, da seiva do xilema (sistema circulatório da planta), no qual a bactéria vive. Já a citri, que vive no espaço intercelular, não tem essa capacidade: consegue nitrogênio quebrando proteínas em peptídeos, que são absorvidos com a ajuda de um transportador, o PPA, que joga os peptídeos para dentro da bactéria. Uma forma de combater o cancro cítrico seria um inibidor que impedisse a bactéria de sintetizar esse PPA: a X. citri ficaria incapaz de obter seu alimento e simplesmente morreria de inanição.

Tanto a Xanthomonas quanto a Arabidopsis, a planta-modelo nos estudos nessa área, são de fácil manipulação genética. Segundo os pesquisadores, é simples inibir ou inserir genes no DNA (ácido desoxirribonucléico, portador do código genético presente em cada célula) desses organismos para comprovar a função de cada gene. A pesquisa centrou-se na comparação do genoma da X. citri com o da X. campestri pela combinação de dois fatores contraditórios: a proximidade genética das duas bactérias e o fato de terem hábitos bem distintos. Enquanto acitri se propaga pela parte externa, causando um tipo de cancro (câncer) em folhas e frutos, a campestri provoca a chamada podridão negra das crucíferas, algo como uma lepra, que se instala e alastra pelo sistema circulatório de couves, repolhos, Arabidopsis e similares.

O raciocínio que inspirou a comparação foi simples: se duas bactérias tão próximas geneticamente têm mecanismos de proliferação e efeitos tão diversos, bastaria buscar as diferenças de seus DNAs para encontrar os genes responsáveis pela proliferação e patogenicidade de cada uma. A comparação prometia ser esclarecedora, e foi. Em cada Xanthomona foram identificados os genes vitais que as capacitam a digerir os respectivos hospedeiros. O trabalho sugere, como forma eficaz de combater as pragas, desenvolver uma substância que iniba esses genes, matando as bactérias por inanição. A equipe acredita ainda ter descoberto os genes bacterianos responsáveis por ludibriar o sistema de defesa das plantas. Inibi-los poderia tornar as plantas resistentes à doença.

Outro caminho, ainda pouco explorado, liga-se à quantidade inusitada de genes de quimiotaxia achados na Xanthomonas. São genes que determinam a atração por certas substâncias químicas – no caso, a serina, aminoácido abundante nas folhas durante a fotossíntese. “Esses genes podem estar relacionados à capacidade de a bactéria penetrar na planta”, diz Ana Cláudia. “Se essa hipótese for comprovada, podemos investigar a melhor forma de inibir esses genes.” O estudo abre perspectivas para vários projetos de genoma que, segundo Ferro, prometem evoluir muito mais rápido que os da Xylella, primeiro ser vivo seqüenciado no Brasil, causadora da praga do amarelinho.

“Com a Xylella “, acrescenta Ferro, “tivemos de superar três obstáculos, que não existem na Xanthomonas : a lentidão de crescimento da bactéria, o longo tempo que a infecção leva para instalar-se no hospedeiro e o fato de os métodos de manipulação genética convencionais não funcionarem com a Xylella“. Já a Xanthomonas, além de crescer depressa, tem um hospedeiro alternativo (Arabidopsis ) que também desenvolve rapidamente a doença e um DNA facilmente manipulável.

Os genomas das duas Xanthomonas foram confrontados com o da Xylella fastidiosa, seu parente mais próximo – estima-se que os gêneros Xanthomonas e Xylella tenham se separado evolutivamente há 160 milhões de anos. A comparação mostrou que os cerca de 200 genes da X. campestris que não se encontram na X. citri são a porção de seu genoma mais semelhante ao da Xylella: poderiam estar relacionados à especificidade do hospedeiro, já que ambas atacam cítricos.

O estudo evidencia a importância da genômica comparativa. O plano inicial não era seqüenciar toda a campestri, de importância econômica bem menor que a citri. “Mas logo percebemos que, apesar de muito parecidos, os dois genomas tinham grandes pedaços de DNA circular encaixados em locais diferentes, o que tornava a comparação impossível sem seqüenciar tudo”, conta Ana Cláudia. O trabalho cresceu e fez da Xanthomonas o primeiro projeto brasileiro de genoma a exceder o prazo.

Olhar ampliado
Foram seqüenciados os 4.322 genes da X. citri, com seus 5,1 milhões de nucleotídeos, e os 4.079 genes da X. campestri . Na citri, os pesquisadores acreditam conhecer a função de 2.700 genes, dos quais uns 300 são possíveis alvos para o desenvolvimento de formas de combate à bactéria e 100 – entre eles os genes relacionados à adesão e à citotoxicidade das duas bactérias – já foram explorados na Nature. O próximo passo é confrontar os genes da citri com os da Xanthomonas que também provocam cancro, mas em outras espécies vegetais.

Correção: sobre o seqüenciamento genético das bactérias Xanthomonas citri e Xanthomonas campestri , foi omitida involuntariamente a participação do Fundo Paulista de Defesa da Citricultura (Fundecitrus), como parceria da FAPESP no financiamento do projeto.

O Projeto
Genoma Xanthomonas; Modalidade Projeto do Programa Genoma FAPESP; Coordenadores Jesus Aparecido Ferro – Unesp de Jaboticabal; e Fernando de Castro Reinach e Ana Cláudia Rasera da Silva – USP; Investimento US$ 2.210.328,17

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