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Os mecanismos de defesa que as plantas usam para reconhecer e responder a uma praga comum – a lagarta – surgiu de um único gene que evoluiu ao longo de milhões de anos, de acordo com um relatório publicado hoje na eLife.
O estudo descobriu que algumas plantas, como a soja, perderam esse gene protetor ao longo do tempo e sugere que o cultivo de plantas ou a engenharia genética para reintroduzir o gene poderia proteger contra a quebra da safra.
O estado de saúde de uma planta depende do sistema imunológico que ela herda. Nas plantas, isso significa herdar certos tipos de receptores de reconhecimento de padrão que podem reconhecer patógenos distintos e peptídeos derivados de herbívoros e desencadear uma resposta imune apropriada.
“Herdar os tipos certos de receptores de reconhecimento de padrões pode permitir que as plantas reconheçam ameaças e lidem com doenças e pragas”, explica o principal autor Simon Snoeck, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Biologia da Universidade de Washington, EUA. “Embora conheçamos muitas moléculas derivadas de pragas que ativam respostas imunes em plantas, nosso conhecimento de como as plantas desenvolveram a capacidade de detectar novas ameaças é limitado.”
Para resolver essa lacuna, a equipe definiu os principais eventos evolutivos que permitiram que as plantas respondessem a uma ameaça comum – a lagarta. Já se sabia que as espécies de um grupo de leguminosas – incluindo feijão mungo e feijão-fradinho – são capazes de responder de forma única a peptídeos produzidos na boca das lagartas enquanto mastigam as folhas das plantas. Então, eles analisaram os genomas desse grupo de plantas em profundidade para ver se um receptor de reconhecimento de padrão comum chamado Inceptin Receptor (INR) havia mudado ao longo de milhões de anos, ganhando ou perdendo a capacidade de reconhecer lagartas.
Eles descobriram que um único gene receptor de 28 milhões de anos corresponde perfeitamente à resposta imune da planta aos peptídeos da lagarta. Eles também descobriram que entre os descendentes dos ancestrais das plantas mais antigas que primeiro desenvolveram o gene do receptor, algumas espécies que não podiam responder aos peptídeos da lagarta haviam perdido o gene.
Para entender como esse gene antigo adquiriu a capacidade de reconhecer novos peptídeos dos patógenos atuais, a equipe empregou uma técnica chamada reconstrução de sequência ancestral, na qual combinaram informações de todos os genes receptores modernos para prever a sequência original de 28 milhões de anos. Este receptor ancestral foi capaz de responder aos peptídeos da lagarta. No entanto, uma versão um pouco mais antiga com 16 alterações na sequência do receptor não conseguiu.
Esta história genética, juntamente com modelos de computador que mostram como as estruturas antigas e atuais do receptor podem ter diferido, fornecem pistas de como o receptor evoluiu. Isso sugere que houve uma inserção chave de um novo gene no genoma da planta ancestral há mais de 32 milhões de anos, seguida por uma rápida evolução de diversas formas do novo receptor. Uma dessas formas adquiriu a capacidade de responder aos peptídeos da lagarta, e essa nova capacidade agora é compartilhada por dezenas de espécies de leguminosas descendentes.
“Identificamos o surgimento e a perda secundária de um traço chave de imunidade durante a evolução da planta”, conclui o autor sênior Adam Steinbrenner, professor assistente do Departamento de Biologia da Universidade de Washington. “No futuro, esperamos aprender mais sobre processos no nível do genoma que geram uma nova diversidade de receptores e identificam receptores imunológicos ainda desconhecidos dentro de grupos de plantas. À medida que dados genômicos crescentes se tornam disponíveis, essas abordagens identificarão receptores ‘ausentes’ que são úteis características para reintroduzir nas plantas para ajudar a proteger as colheitas.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos por eLife. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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