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Pesquisadores do Instituto Max Planck de Ecologia Química em Jena, juntamente com seus colegas das Universidades de Estocolmo e Tóquio, relatam em um novo estudo na PNAS que as larvas da borboleta branca do repolho usam duas enzimas intestinais para desarmar efetivamente a bomba de óleo de mostarda, o principal sistema de defesa química de suas plantas hospedeiras. As borboletas brancas do repolho parecem ser capazes de atingir os vários glucosinolatos, compostos de defesa do repolho e plantas relacionadas, e torná-los inofensivos por um uso bem ajustado de suas enzimas de desintoxicação. Usando técnicas de edição do genoma, os pesquisadores conseguiram demonstrar a função das enzimas individuais e confirmar sua eficácia.
Plantas crucíferas, como repolho, colza, raiz-forte ou mostarda, têm uma estratégia especial de defesa contra herbívoros chamada de “bomba de óleo de mostarda”. Eles armazenam glucosinolatos como substâncias defensivas que reagem com as enzimas mirosinase quando as lagartas se alimentam, ou seja, quando o tecido da planta é danificado. As mirosinases clivam os glucosinolatos e, como resultado, são produzidos óleos de mostarda tóxicos. O sabor pungente de mostarda e raiz-forte é o resultado da bomba de óleo de mostarda.
Pesquisadores liderados por Yu Okamura e Heiko Vogel, do Instituto Max Planck de Ecologia Química em Jena, na Alemanha, estudaram agora com mais detalhes a desativação da bomba de óleo de mostarda pela borboleta branca do repolho, uma importante praga dos repolhos. Trabalhos anteriores identificaram duas enzimas de lagarta que desempenham um papel central na desintoxicação e os genes que as codificam: a enzima NSP (proteína especificadora de nitrilo), que manipula a potencial bomba de óleo de mostarda para produzir nitrilas não tóxicas em vez de óleos de mostarda tóxicos e a enzima MA (principal alérgeno), que também foi considerada importante para a sobrevivência das lagartas da mosca-branca do repolho em plantas crucíferas. o NSP e MA os genes são genes irmãos e cada um evoluiu de uma proteína intestinal de função desconhecida encontrada em muitas espécies de borboletas. Ambas as enzimas são encontradas exclusivamente em borboletas brancas de repolho e outras espécies da família Pieridae (borboleta branca) cujas plantas hospedeiras contêm glucosinolatos. “Perguntamo-nos se ambas as enzimas são importantes para a desintoxicação de glucosinolatos e aptidão do inseto. Afinal, estudos anteriores mostraram que espécies de borboletas relacionadas que não se alimentam mais de plantas contendo glucosinolatos perderam as enzimas durante a evolução. Isso indica que é aparentemente caro para os insetos manterem a atividade enzimática na ausência dessas defesas vegetais. Também queríamos saber se a função das duas enzimas difere dependendo da composição dos glucosinolatos em diferentes plantas crucíferas”, resume Heiko Vogel as questões iniciais do estudo.
Crucial para testar a função do NSP e MA genes foi a técnica de edição do genoma CRISPR-Cas9, que permitiu aos pesquisadores usar lagartas sem o NSP gene, o MA gene, ou ambos, em seus experimentos. Essas lagartas também careciam das enzimas apropriadas para desintoxicar os glucosinolatos. Posteriormente, plantas com diferentes níveis de glucosinolatos foram utilizadas em ensaios de alimentação para verificar o desenvolvimento das lagartas. Lagartas sem apenas uma das duas enzimas ainda conseguiam sobreviver em plantas com altas concentrações das substâncias de defesa, mesmo com crescimento restrito. No entanto, lagartas em que ambos os genes foram eliminados não foram mais capazes de crescer e sobreviver em suas plantas hospedeiras naturais. “Esses resultados foram uma surpresa porque, especialmente, o papel da enzima MA na interação entre as borboletas brancas do repolho e as plantas hospedeiras não era claro anteriormente”, disse o primeiro autor Yu Okamura.
Assim, para as lagartas da borboleta branca do repolho, ambas as enzimas, NSP e MA, são importantes para desarmar a bomba de óleo de mostarda de suas plantas hospedeiras. Como NSP e MA diferem em sua capacidade de desintoxicação para diferentes glucosinolatos, as lagartas podem ajustar a ativação do NSP e MA genes dependendo do perfil de glucosinolato de suas plantas hospedeiras. Quando as lagartas carecem de uma das enzimas, elas crescem mais lentamente, mas o grau de restrição do crescimento depende dos glicosinolatos presentes nas plantas hospedeiras. “Usando uma panóplia de mecanismos de detecção, regulação e desintoxicação, as borboletas brancas do repolho adaptam com precisão como desarmam diferentes bombas de óleo de mostarda do espectro de suas plantas hospedeiras, exibindo uma sensibilidade aos perfis de glucosinolato da planta e à sua ativação”, diz Heiko Vogel.
Usando técnicas de edição do genoma, o estudo mostra que tanto NSP e MA permitem que as lagartas da borboleta branca do repolho respondam de forma altamente flexível às bombas de óleo de mostarda, o que é crítico para permitir que os insetos se adaptem a uma variedade mais ampla de plantas crucíferas. “Acreditamos que nosso trabalho enfatiza a importância do surgimento de tais genes para insetos herbívoros na corrida armamentista com as defesas químicas de suas plantas hospedeiras. A competição entre insetos e suas plantas hospedeiras envolve mais do que a mera presença de defesas químicas e mecanismos de desintoxicação A regulação e ativação de enzimas de desintoxicação também representam componentes-chave de interações complexas e explicam o sucesso evolutivo desses insetos-praga”, resume Yu Okamura.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Instituto Max Planck de Ecologia Química. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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