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Espécies individuais de famílias de plantas muito diferentes produzem compostos de defesa especiais derivados do indol, chamados benzoxazinóides. No entanto, a via biossintética destes compostos era até agora conhecida apenas para gramíneas como o milho. Uma equipe do Instituto Max Planck de Ecologia Química conseguiu agora mostrar, ao estudar duas espécies de plantas distantemente relacionadas, a urtiga dourada e a planta zebra, que enzimas completamente diferentes são responsáveis pela formação desses compostos de defesa especiais. Conseqüentemente, as plantas desenvolveram a via biossintética para os mesmos compostos várias vezes de forma independente.
As plantas de milho formam compostos especiais derivados do indol, os chamados benzoxazinóides. São considerados ecologicamente importantes porque atuam contra uma ampla gama de herbívoros e reduzem sua alimentação. Os benzoxazinóides também exibem propriedades antimicrobianas e acredita-se que estejam envolvidos na mediação das interações planta-planta. Sua biossíntese em milho é conhecida desde a década de 1990. Entretanto, a sua via biossintética foi descrita em várias gramíneas, mas os benzoxazinóides também foram encontrados noutras espécies de plantas. A sua distribuição é peculiar: embora os metabolitos especializados ocorram frequentemente em espécies de plantas específicas evolutivamente relacionadas, os benzoxazinóides mostram o comportamento oposto e ocorrem esporadicamente em muitas famílias de plantas distantemente relacionadas. Várias tentativas para elucidar esta via metabólica, não apenas no milho, mas também em espécies distantemente relacionadas, não tiveram sucesso. Assim, o objetivo de pesquisa do grupo de Tobias Köllner no Departamento de Biossíntese de Produtos Naturais do Instituto Max Planck de Ecologia Química era claro: “Queríamos descobrir se a capacidade de formar benzoxazinóides evoluiu independentemente em diferentes espécies”.
A equipe usou duas espécies de plantas eudicotiledôneas distantemente relacionadas que produzem benzoxazinóides para os estudos: a urtiga dourada Lamium galebodolonque é encontrada em florestas esparsas e bordas de florestas em solos ricos em nutrientes na Europa, e a planta zebra Aphelandra squarrosa, uma planta de casa popular. Para ambas as espécies, os investigadores criaram conjuntos de dados dos compostos e genes expressos em diferentes tecidos e compararam-nos com espécies estreitamente relacionadas que não produzem benzoxazinóides. “Esta abordagem permitiu-nos identificar genes candidatos que podem estar envolvidos na formação destes compostos. Caracterizámos ainda os genes candidatos expressando-os no tabaco para descobrir se estão realmente envolvidos na produção de benzoxazinóides”, afirma Matilde Florean, primeiro autor do estudo, descrevendo sua abordagem metodológica.
Os investigadores conseguiram mostrar que a via metabólica dos benzoxazinóides evoluiu de forma independente no milho e nas duas espécies sob investigação. Tobias Köllner continua: “Descobrimos que, em contraste com o milho, onde uma série de enzimas do citocromo P450 intimamente relacionadas realizam etapas específicas da via metabólica, foram recrutadas diferentes classes de enzimas, bem como famílias de enzimas não relacionadas do citocromo P450”. Em particular, a descoberta de que a urtiga dourada e a planta zebra utilizam uma monooxigenase contendo flavina de dupla função, em vez de duas enzimas diferentes do citocromo P450, como nas gramíneas, foi completamente inesperada. No geral, a equipe de pesquisa ficou surpresa ao encontrar uma diversidade tão grande de enzimas realizando as mesmas reações.
“Com este trabalho, mostramos como o metabolismo das plantas pode ser flexível. Mostramos que as plantas podem inventar independentemente estratégias muito diferentes para produzir os mesmos compostos químicos, e isso aconteceu pelo menos três vezes na história evolutiva dos benzoxazinóides” Sarah O. ‘Connor, diretor do Departamento de Biossíntese de Produtos Naturais, resume os resultados da pesquisa. No futuro, a equipa espera elucidar a biossíntese destes compostos em ainda mais famílias de plantas.
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