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Uma equipe de pesquisa do Instituto Max Planck de Ecologia Química em Jena, na Alemanha, mostra em um novo estudo como os besouros das folhas podem usar com sucesso fontes de alimentos novas e anteriormente indigestas no curso da evolução. Os insetos adquiriram enzimas de microrganismos por meio de transferência horizontal de genes que lhes permitiu degradar pectinas, componentes sólidos da parede celular vegetal. Como os produtos de degradação resultantes da digestão da pectina não são per se cruciais para o crescimento e desenvolvimento dos besouros, os pesquisadores concluem que os besouros rompem a parede celular para acessar o citoplasma rico em proteínas das células vegetais, de que precisam para sua nutrição.
Descobertas fósseis de danos causados pela alimentação de insetos em plantas são evidências de que os insetos usam plantas como fonte de alimento há mais de 400 milhões de anos. Pesquisadores liderados por Roy Kirsch e Yannick Pauchet, do Departamento de Simbiose de Insetos, estão investigando como os insetos herbívoros são capazes de quebrar os componentes difíceis de digerir de seus alimentos vegetais. Em trabalhos anteriores, eles já haviam mostrado que as enzimas de degradação da pectina são comuns em espécies de besouros herbívoros. Eles também foram capazes de demonstrar que essas enzimas de besouros eram invariavelmente de origem microbiana. A questão do presente estudo foi, portanto, quão importante essas enzimas são para a nutrição e aptidão do inseto, neste caso o besouro da folha de mostarda Phaedon cochleariae.
“Nosso objetivo foi entender melhor como os insetos herbívoros lidam com a parede celular da planta, que compõe a maior parte de sua dieta. A pectina é a matriz que incorpora fibras de celulose e hemicelulose dentro da parede celular da planta e é o principal constituinte da célula- conectando as lamelas médias. Conseqüentemente, a pectina deve ser digerida primeiro para que as enzimas celulase e hemicelulase possam acessar seus substratos e as células vegetais sejam finalmente liberadas de sua parede celular protetora. chave para a digestão eficiente da dieta de um besouro de folha”, diz o primeiro autor Roy Kirsch.
Para estudar o papel das pectinases, os pesquisadores geraram linhagens de besouros nas quais essas enzimas não estavam presentes. Isso inicialmente acabou sendo mais difícil do que o esperado.” “Nem mesmo uma redução drástica da atividade da pectinase por meio de experimentos de RNAi knockdown em larvas de besouros da folha foi suficiente para inibir efetivamente a digestão da pectina. Só conseguimos eliminar completamente os genes que codificam a pectinase nos besouros das folhas aplicando a edição do genoma CRISPR/Cas9”, diz o líder do estudo Yannick Pauchet, destacando a importância da “tesoura genética”, uma tecnologia para a qual Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna recebeu o Prêmio Nobel de Química de 2020.
As larvas “mutantes nulos de pectinase” geradas dessa maneira revelaram ter baixa capacidade de sobrevivência. Uma outra questão agora era se os produtos de degradação da digestão da pectina melhorariam a taxa de sobrevivência desses besouros quando aplicados oralmente às larvas de besouros. No entanto, como os experimentos de alimentação mostraram, esse não foi o caso. “Por um lado, esse resultado foi uma surpresa para nós. Mas, por outro lado, foi um indicador importante de que os besouros das folhas não digerem pectina para usar seus produtos de degradação para seu próprio metabolismo, mas sim destroem a pectina, e provavelmente outros polissacarídeos da parede celular vegetal, para acessar o citoplasma rico em proteínas das células vegetais”, Roy Kirsch resume os resultados.
Pesquisas nos últimos anos, inclusive do grupo de projeto de Yannick Pauchet, mostraram que a aquisição de enzimas microbianas via transferência horizontal de genes contribuiu para a abundância de espécies de besouros-das-folhas, mas também de representantes de outras famílias de insetos, como gorgulhos, besouros-da-casca e besouros-pau insetos. A apropriação de enzimas de outros organismos microbianos é como um atalho evolutivo; em qualquer caso, criou as condições para os insetos abrirem as plantas ricas em pectina como fonte de alimento em primeiro lugar. “Talvez haja alguma ironia no fato de que as pectinases provavelmente evoluíram primeiro nas plantas para adaptar dinamicamente a estrutura da pectina às mudanças nas necessidades da planta. Essas enzimas foram então adquiridas por micróbios patogênicos de plantas, que por sua vez as doaram para insetos herbívoros. Planta estratégias de adaptação aparentemente sempre envolvem riscos e efeitos colaterais”, diz Roy Kirsch.
No entanto, também existem espécies de besouros das folhas que abrigam bactérias simbióticas que produzem pectinases para seus hospedeiros. Os chamados experimentos “knockin”, nos quais um gene de pectinase é introduzido no genoma do besouro usando CRISPR-Cas9, agora estão planejados para mostrar como essa nova característica do besouro afeta não apenas as interações entre plantas e insetos, mas também as interações entre insetos e seus parceiros bacterianos. Estudos futuros também se concentrarão em outras enzimas que não degradam a pectina, mas outros componentes da parede celular da planta. O trabalho de Roy Kirsch, Yannick Pauchet e sua equipe mostra que, para um inseto sobreviver em uma planta hospedeira, não é apenas a adaptação às defesas da planta, como toxinas e inibidores de alimentação e outros metabólitos secundários, que é crucial. Os cientistas se concentram no metabolismo primário, que foi negligenciado na pesquisa sobre interações planta-inseto até agora. “A capacidade de um inseto de digerir esses metabólitos primários é igualmente importante para o sucesso evolutivo de insetos herbívoros”, diz Yannick Pauchet.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Instituto Max Planck de Ecologia Química. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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