Um grupo de cientistas da Holanda, Brasil e Estados Unidos, com a participação da Embrapa Meio Ambiente (SP), descobriu que as plantas, quando atacadas por patógenos nas raízes, são capazes de interagir com fungos e bactérias do solo para se proteger de doenças em uma escala muito mais complexa e ampla do que já era conhecida pela ciência. A exploração desses mecanismos abre possibilidades para o controle de doenças e pragas agrícolas, incluindo a descoberta de novas moléculas. Estudos desse tipo pavimentam o caminho para uma agricultura mais sustentável, diminuindo a necessidade do uso de químicos no controle de doenças.

O artigo descreve como a flora microbiana que vive dentro das raízes defende naturalmente as plantas contra a invasão de patógenos causadores de doenças, uma descoberta inédita.

Em 2011, a equipe já havia publicado outro artigo, no qual descreveu o modo como as plantas controlam o recrutamento de bactérias benéficas na rizosfera, que é o solo mais próximo das raízes, e as usam para se proteger de doenças.

A terceira linha de defesa

No novo trabalho, os cientistas quiseram ampliar a compreensão da complexa interação entre a planta e seu microbioma. Com esse objetivo, eles investigaram os patógenos que alcançam o interior das raízes. Para isso, os microrganismos têm de transpassar a rizosfera (a primeira linha de defesa) e o tecido da planta (segunda linha de defesa). Nesse trabalho, os pesquisadores descobriram uma terceira linha de defesa contra a infecção: uma modulação do microbioma que vive dentro das raízes.

O método empregado usou a abordagem metagenômica e de inferência de redes complexas para guiar a construção de um consórcio de bactérias Chitinophaga e Flavobacterium, introduzido nas raízes para neutralizar a doença. Posteriormente, o grupo usou a técnica CRISPR para confirmar o grupo de genes NRPS-PKS como responsável pela supressão da doença no interior da planta.

Na prática, resultados destacaram que o microbioma endofítico das raízes abriga uma variedade de características funcionais ainda pouco conhecidas que, em conjunto, podem proteger a planta de dentro para fora.

O pesquisador da Embrapa Rodrigo Mendes, um dos autores do artigo, conta que esse estudo representa um marco na pesquisa de microbiomas de plantas. “Há muito tempo conhecemos a importância dos microrganismos endofíticos para a promoção do crescimento e da saúde das plantas, mas ainda sabemos muito pouco sobre a diversidade genômica e funcional do microbioma endófito e suas interações com a planta e patógenos. Seguindo os passos do fungo ao infectar a planta, dissecamos o processo e usamos técnicas moleculares avançadas para elucidar os mecanismos que governam a defesa da planta”, revela.

A descoberta das bactérias defensoras

A investigação focou no potencial funcional do microbioma da raiz na proteção das plantas contra infecções de fungos. Utilizando técnicas avançadas de diferentes abordagens (como inferência de rede e metagenômica), os cientistas identificaram consórcios de bactérias encontrados em solos desfavoráveis (supressivos) ao desenvolvimento do fungo Rhizoctonia solani, causador de doenças em diversas plantas como arroz, trigo e beterraba sacarina. As técnicas foram empregadas também para identificar agrupamentos de genes funcionais de microrganismos que habitam esses solos.

Os cientistas analisaram mudas de beterraba cultivadas em solo supressivo à R. solani para identifficar os microrganismos associados à supressão de doenças, caracterizando grupos de genes biossintéticos (BGCs). O passo seguinte foi reconstruir o consórcio sintético de microrganismos endofíticos e, finalmente, direcionar as mutações para testar o papel de BGCs específicos na resposta à doença.

Os experimentos mostraram que, sob invasão de patógenos, bactérias dos gêneros Chitinophagaceae e Flavobacteriaceae se enriqueceram na endosfera da planta e atacaram o fungo. Elas mostraram atividades enzimáticas aprimoradas que provocaram a degradação da parede celular dos fungos. Ainda não se sabe onde esses dois gêneros bacterianos estão localizados no tecido radicular e como eles interagem no nível molecular na endosfera.

“Os resultados desse estudo destacam a riqueza de gêneros microbianos ainda desconhecidos e suas características funcionais no microbioma endofítico da raiz, questões que estimulam a continuidade e o aprofundamento dos estudos”, declara Mendes.