Ajudando plantas a combater patógenos, aprimorando seus sistemas imunológicos

Ajudando plantas a combater patógenos, aprimorando seus sistemas imunológicos

A civilização, como é conhecido hoje não poderia ter evoluído, nem pode sobreviver sem um abastecimento alimentar adequado. - Norman Borlaug

A maioria das pessoas nunca ouviu falar Norman Borlaug. Ele é, até agora, o único cientista agrícola a ganhar o Prêmio Nobel da Paz. Seu trabalho no desenvolvimento de safras de cereais de alto rendimento e resistentes a doenças economizou mais de um bilhão (sim, bilhãopessoas de inanição.

Embora ele tenha pronunciado essas palavras quase 50 anos atrás, sua mensagem não poderia ser mais relevante hoje. Nós vivemos em um mundo que se espera que exceda nove bilhões de pessoas em cerca de 2050e, atualmente, alguns 800 milhão de pessoas não tem comida suficiente para viver uma vida saudável e ativa.

Os projectos Food and Agriculture Organization das Nações Unidas que precisamos aumentar a produção de alimentos em pelo menos 70% para acomodar esse aumento no crescimento populacional. Esta é uma tarefa difícil, ainda mais difícil pelo fato de que quase 20% da safra mundial é perdido para doenças de plantas. Uma das maneiras mais eficientes de combater essas doenças é através do controle químico - a aplicação de pesticidas. No entanto, os agentes patogênicos podem rapidamente desenvolver resistência aos pesticidas, o que pode exigir um uso cada vez maior para manter a produção. Há também preocupações ambientais e de saúde associados à aplicação de produtos químicos potencialmente tóxicos nos campos.

A demanda é urgente de métodos mais seguros e sustentáveis ​​de protecção das culturas. É aí que nós, os patologistas planta, passo. Um patologista de plantas especializado em saúde da planta da mesma forma um médico especializado em saúde humana, e nós trabalhamos incansavelmente para proteger nosso abastecimento alimentar.

Uma nova área de pesquisa na guerra contra patógenos concentra-se em melhorar o sistema imunológico natural da planta. Se uma planta pode combater uma infecção por conta própria, podemos reduzir a quantidade de pesticidas necessários. Da mesma forma que as crianças são vacinadas para proteger contra futuras doenças, os patologistas de plantas estão usando a mesma metodologia para “imunizar” plantas contra patógenos, com o objetivo de fortalecer suas defesas imunológicas contra invasores. Este método de preparação do sistema imunológico das plantas pode ser uma maneira segura e eficaz de salvar parte da colheita global atualmente perdida por doenças.

plantas sob stress1Um especialista em mandioca inspeciona uma cultura doente no nordeste da Tailândia. CIAT, CC BY-SA

Entendendo o sistema imunológico da planta

As plantas são naturalmente expostas a uma variedade de micróbios patogênicos, como bactérias, fungos e vírus. Em contraste com os seres humanos, que têm a capacidade de evadir fisicamente as infecções, as plantas são imóveis. Portanto, todas as células da fábrica devem se defender contra ataques. As plantas têm um sistema imunológico de várias camadas que as ajuda a combater esses microrganismos. Funciona de maneira muito semelhante ao sistema imunológico humano.

As plantas detectam patógenos reconhecendo padrões microbianos. Essas são características únicas do tipo de micróbio (pense em flagelo bacteriano) que a planta evoluiu para reconhecer como “não-eu”. Podemos igualar essa capacidade ao reconhecimento de antígenos pelo corpo humano, que induz uma resposta imune. Infelizmente, os patógenos evoluem continuamente para evitar o reconhecimento, tipicamente protegendo ou disfarçando esses padrões. Essa habilidade permite que eles colonizem as células de uma planta antes que ela possa montar uma resposta imune efetiva.

Defesa priming é como vacinação

Um dos nossos principais objetivos de pesquisa é aproveitar esses padrões para sistema imunológico das plantas, Criando maior proteção contra micróbios patogênicos, em vez de métodos de controle químico tradicionais.

O princípio de "preparação de defesaÉ muito semelhante à forma como desenvolvemos vacinas para tratar doenças humanas. Uma vacina funciona agindo como um impostor de patógenos. Ele engana o sistema imunológico a pensar que está sendo atacado, o que estimula respostas de defesa, como a produção de anticorpos. Isso cria uma memória de defesa, permitindo que o sistema imunológico se lembre de um determinado patógeno se o corpo o encontrar no futuro. Pode então responder de forma rápida e robusta, graças à sua memória preparada a partir da vacina.

Podemos aplicar esse mesmo princípio a um relacionamento fitopatogênico. Por exemplo, uma vez que identificamos o padrão de interesse de um patógeno, trabalhamos para isolá-lo e purificá-lo. Este passo é como fabricar a vacina. Podemos então inocular a planta com o padrão purificado - por exemplo, injetando-a no caule ou folhas com uma seringa. O objetivo é estimular a resposta imune natural da planta, resultando em uma resposta de defesa mais rápida e / ou mais forte na próxima vez em que a planta encontrar esse patógeno.

Estamos basicamente garantindo que as plantas estão preparadas para a batalha antes dos ataques inimigos. Plantas primer exibir tolerância a infecção, o que é frequentemente caracterizada por menos sintomas e populações de patógenos reduzidas dentro da fábrica. Embora as plantas condicionadas ainda não foram aplicadas numa base de larga escala na agricultura comercial, os cientistas estão realizando ativamente a pesquisa sobre o uso de priming de defesa em estufa e campo configurações para proteção contra bactérias, vírus e fungos.

Minha própria pesquisa se concentra principalmente no uso de priming de defesa para proteção contra um patógeno bacteriano chamado Xylella fastidiosa que afeta as indústrias multibilionárias de vinho, mesa e uva passa. Causa a doença de Pierce, que custa ao estado da Califórnia mais de US $ 100 milhões por ano em despesas com perdas de colheitas e esforços para tratá-las. Atualmente, não há cura para as doenças causadas por esse patógeno vegetal, mas nosso objetivo é utilizar o priming de defesa para vencê-lo.

plantas sob stress2As plantas ficam doentes também! Fungo de ferrugem da haste no trigo. Yue Jin, Serviço de Pesquisa Agrícola

Potencial na agricultura comercial

Em contraste com o sistema imunológico humano, no qual as respostas de defesa são específicas de um determinado germe, os efeitos do priming em plantas são de amplo espectro, protegendo a planta contra uma ampla gama de doenças e pragas de insetos.

Outro grande benefício da defesa primária é que há pouca ou nenhuma redução na aptidão da planta - as plantas ainda crescem e se reproduzem normalmente. Esta é uma vantagem crítica na agricultura comercial, onde o sucesso depende de altos rendimentos.

Além disso, o estado inicial é durável e pode ser mantido por muito tempo após o estímulo inicial. Pesquisas atuais também mostraram que as plantas podem transmitir essa memória de defesa para sua progênie, proteção multigeracional sem qualquer modificação genética.

Mais pesquisas são necessárias para melhorar nossa compreensão dos mecanismos moleculares por trás desse fenômeno, mas a preparação para defesa provavelmente será uma ferramenta valiosa e promissora no futuro da agricultura sustentável.

Sobre o autorA Conversação

jeannette rapicavoliJeannette Rapicavoli é doutoranda em Fitopatologia da Universidade da Califórnia, em Riverside. A minha investigação centra-se sobre a base molecular das interações patógeno-hospedeiro da planta de bactérias patogênicas que residem no xilema, ou tecido de condução de água do sistema vascular da planta. Especificamente, eu trabalho com um agente patogénico que provoca doenças graves em videira e cítricos, entre outras economicamente importantes hospedeiros vegetais. Atualmente, a pesquisa destacou o papel dos polissacarídeos da superfície das células bacterianas como indutores do sistema imune inato planta.

Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação. Leia o artigo original.

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