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Genes do trigo ajudam a combater epidemia de fungos
Enquanto agricultores ao redor do mundo monitoram apreensivamente a marcha de um fungo laranja mortal em suas plantações de trigo, dois grupos de pesquisa reportaram progresso na batalha contra a calamidade letal: a clonagem de dois genes de combate ao fungo.
Ambos os genes têm defesas contra uma ampla variedade de fungos de "ferrugem," como diversos tipos de ferrugem-linear Puccinia striiformis e ferrugem-da-folha P. triticina.
Os genes são encontrados em um trigo silvestre e podem ser cultivados em variedades comerciais - mas isso exige um processo árduo que poderia levar anos para ser concluído. Saber quais são esses genes e precisamente onde eles estão localizados no genoma poderia acelerar de forma significativa as coisas, dizem cultivadores.
Os resultados são boas notícias para patologistas botânicos que correm para se armarem contra a epidemia de ferrugem-do-colmo (P. graminis), causada recentemente pelo surgimento de um fungo chamado Ug99. A epidemia foi isolada pela primeira vez na Uganda e desde então se espalhou em direção ao leste, para o Irã. De lá, patologistas acreditam que as correntes de vento levaram esporos do Ug99 para a Índia, e então para a China.
Enquanto isso, novos tipos de ferrugem-linear que conseguem superar as defesas das variedades comerciais iniciaram uma epidemia separada nos Estados Unidos. "É incrível ainda estarmos combatendo isso, e estarmos perdendo a batalha," disse o líder de um dos estudos, Jorge Dubcovsky, geneticista botânico da Universidade da Califórnia, Davis.
Quebrando o ciclo
Um problema é que os cultivadores tradicionalmente dependem de genes de resistência a doenças que são muito eficazes, mas apenas contra uma gama limitada de fungos de ferrugem. Essas defesas combatem uma molécula específica produzida pelos fungos, mas eles acabam conseguindo desenvolver uma maneira de modificar a molécula ou sobreviver sem ela.
Cada vez mais, cultivadores estão recorrendo a uma classe de genes de defesa com maior espectro de resistência. Um desses genes, chamado Lr34, tem combatido a ferrugem-da-folha e a ferrugem-linear em alguns trigos cultivados no último século.
"Ele já mostrou ser durável," disse James Kolmer, patologista botânico do Departamento de Agricultura dos EUA em Saint Paul, Minnesota. "Ele foi exposto a muitas ferrugens de diversos ambientes por um longo período de tempo e nós não vimos nenhum sinal de seleção virulenta contra esse gene."
O Lr34 também se tornou um componente chave de programas de cultivo de trigo que objetivam distribuir novas variedades da planta em países em desenvolvimento. Mas apesar de sua história venerável, pesquisadores não haviam conseguido isolar o gene ou descobrir como ele fornecia resistência a doenças de fungos.
Nesta semana na Science, Beat Keller, da Universidade de Zurique, Suíça; Evans Lagudah, da Organização de Pesquisa Industrial e Científica da Commonwealth, em Canberra, Austrália; e seus colegas reportaram o tão esperado isolamento do Lr34. O gene codifica uma proteína similar aos transportadores moleculares que foram relacionados à resistência a drogas.
A equipe acredita que as proteínas trabalham transportando metabolitos que impedem o crescimento de fungos no local infectado. Além disso, expressão do Lr34 pode acelerar um pouco o envelhecimento das folhas, dando ao fungo - que necessita de um hospedeiro vivo - menos tempo para estabelecer uma infecção, segundo pesquisadores.
Esquema de pirâmide
Dubcovsky descobriu o segundo gene de combate a fungos há vários anos, como resultado de um trabalho sobre um trigo silvestre que produz uma quantidade extraordinariamente elevada de conteúdo protéico. Durante testes com o trigo, ele notou que a planta era mais resistente a infecções de ferrugem em comparação a linhagens com conteúdo normal de proteína.
O gene responsável pelo conteúdo protéico mais elevado foi encontrado próximo a um gene chamado Yr36, que aumentava as defesas contra todos os tipos conhecidos de ferrugem-linear.
Dubcovsky e seus colegas agora reportam que o Yr36 codifica uma proteína que pode ativar um processo protéico de alerta em resposta a lipídeos, talvez produzidos pelo próprio fungo, ou pela planta logo após ser infectada.
Mas sozinhos, o Yr36 e o Lr34 não conseguem proteger integralmente o trigo de infecções. Em um estudo, o trigo infectado que carregava apenas o Lr34 teve ferrugem-linear em 60% de suas folhas superiores, afirma Dubcovsky.
No trigo com apenas o gene Yr36, 90% das folhas foram cobertas de ferrugem. Mas em plantas com ambos os genes, apenas 5% de suas folhas pegaram o fungo. Dubcovsky já cultivou linhagens de trigo com ambos os genes e começou a distribuí-las aos agricultores.
Um efeito sinérgico similar entre genes também pode ser útil no combate ao Ug99, diz Lagudah. Embora o Lr34 por si só não dê às plantas resistência ao fungo, pesquisadores descobriram que o gene pode aumentar a resistência de algumas variedades. Lagudah diz que os cultivadores estão trabalhando nessa descoberta na esperança de gerar variedades de trigo resistentes ao Ug99.
Todas essas abordagens provavelmente vão utilizar métodos tradicionais de cultivo, e a relutância pública em relação a plantas transgênicas provavelmente irá manter as abordagens transgênicas fora de cogitação por algum tempo.
Em 2004, a Monsanto, uma empresa agrícola com sede em Saint Louis, Missouri, anunciou que abandonaria o desenvolvimento de linhagens de trigo transgênicas resistentes a agrotóxicos, após agricultores americanos terem expressado preocupações, temendo não conseguir exportar a produção para outros países. "A opção de transgênicos está aberta," disse Keller, "mas não acredito que iremos ver essa aplicação tão cedo."
Nature
Enquanto agricultores ao redor do mundo monitoram apreensivamente a marcha de um fungo laranja mortal em suas plantações de trigo, dois grupos de pesquisa reportaram progresso na batalha contra a calamidade letal: a clonagem de dois genes de combate ao fungo.
Ambos os genes têm defesas contra uma ampla variedade de fungos de "ferrugem," como diversos tipos de ferrugem-linear Puccinia striiformis e ferrugem-da-folha P. triticina.
Os genes são encontrados em um trigo silvestre e podem ser cultivados em variedades comerciais - mas isso exige um processo árduo que poderia levar anos para ser concluído. Saber quais são esses genes e precisamente onde eles estão localizados no genoma poderia acelerar de forma significativa as coisas, dizem cultivadores.
Os resultados são boas notícias para patologistas botânicos que correm para se armarem contra a epidemia de ferrugem-do-colmo (P. graminis), causada recentemente pelo surgimento de um fungo chamado Ug99. A epidemia foi isolada pela primeira vez na Uganda e desde então se espalhou em direção ao leste, para o Irã. De lá, patologistas acreditam que as correntes de vento levaram esporos do Ug99 para a Índia, e então para a China.
Enquanto isso, novos tipos de ferrugem-linear que conseguem superar as defesas das variedades comerciais iniciaram uma epidemia separada nos Estados Unidos. "É incrível ainda estarmos combatendo isso, e estarmos perdendo a batalha," disse o líder de um dos estudos, Jorge Dubcovsky, geneticista botânico da Universidade da Califórnia, Davis.
Quebrando o ciclo
Um problema é que os cultivadores tradicionalmente dependem de genes de resistência a doenças que são muito eficazes, mas apenas contra uma gama limitada de fungos de ferrugem. Essas defesas combatem uma molécula específica produzida pelos fungos, mas eles acabam conseguindo desenvolver uma maneira de modificar a molécula ou sobreviver sem ela.
Cada vez mais, cultivadores estão recorrendo a uma classe de genes de defesa com maior espectro de resistência. Um desses genes, chamado Lr34, tem combatido a ferrugem-da-folha e a ferrugem-linear em alguns trigos cultivados no último século.
"Ele já mostrou ser durável," disse James Kolmer, patologista botânico do Departamento de Agricultura dos EUA em Saint Paul, Minnesota. "Ele foi exposto a muitas ferrugens de diversos ambientes por um longo período de tempo e nós não vimos nenhum sinal de seleção virulenta contra esse gene."
O Lr34 também se tornou um componente chave de programas de cultivo de trigo que objetivam distribuir novas variedades da planta em países em desenvolvimento. Mas apesar de sua história venerável, pesquisadores não haviam conseguido isolar o gene ou descobrir como ele fornecia resistência a doenças de fungos.
Nesta semana na Science, Beat Keller, da Universidade de Zurique, Suíça; Evans Lagudah, da Organização de Pesquisa Industrial e Científica da Commonwealth, em Canberra, Austrália; e seus colegas reportaram o tão esperado isolamento do Lr34. O gene codifica uma proteína similar aos transportadores moleculares que foram relacionados à resistência a drogas.
A equipe acredita que as proteínas trabalham transportando metabolitos que impedem o crescimento de fungos no local infectado. Além disso, expressão do Lr34 pode acelerar um pouco o envelhecimento das folhas, dando ao fungo - que necessita de um hospedeiro vivo - menos tempo para estabelecer uma infecção, segundo pesquisadores.
Esquema de pirâmide
Dubcovsky descobriu o segundo gene de combate a fungos há vários anos, como resultado de um trabalho sobre um trigo silvestre que produz uma quantidade extraordinariamente elevada de conteúdo protéico. Durante testes com o trigo, ele notou que a planta era mais resistente a infecções de ferrugem em comparação a linhagens com conteúdo normal de proteína.
O gene responsável pelo conteúdo protéico mais elevado foi encontrado próximo a um gene chamado Yr36, que aumentava as defesas contra todos os tipos conhecidos de ferrugem-linear.
Dubcovsky e seus colegas agora reportam que o Yr36 codifica uma proteína que pode ativar um processo protéico de alerta em resposta a lipídeos, talvez produzidos pelo próprio fungo, ou pela planta logo após ser infectada.
Mas sozinhos, o Yr36 e o Lr34 não conseguem proteger integralmente o trigo de infecções. Em um estudo, o trigo infectado que carregava apenas o Lr34 teve ferrugem-linear em 60% de suas folhas superiores, afirma Dubcovsky.
No trigo com apenas o gene Yr36, 90% das folhas foram cobertas de ferrugem. Mas em plantas com ambos os genes, apenas 5% de suas folhas pegaram o fungo. Dubcovsky já cultivou linhagens de trigo com ambos os genes e começou a distribuí-las aos agricultores.
Um efeito sinérgico similar entre genes também pode ser útil no combate ao Ug99, diz Lagudah. Embora o Lr34 por si só não dê às plantas resistência ao fungo, pesquisadores descobriram que o gene pode aumentar a resistência de algumas variedades. Lagudah diz que os cultivadores estão trabalhando nessa descoberta na esperança de gerar variedades de trigo resistentes ao Ug99.
Todas essas abordagens provavelmente vão utilizar métodos tradicionais de cultivo, e a relutância pública em relação a plantas transgênicas provavelmente irá manter as abordagens transgênicas fora de cogitação por algum tempo.
Em 2004, a Monsanto, uma empresa agrícola com sede em Saint Louis, Missouri, anunciou que abandonaria o desenvolvimento de linhagens de trigo transgênicas resistentes a agrotóxicos, após agricultores americanos terem expressado preocupações, temendo não conseguir exportar a produção para outros países. "A opção de transgênicos está aberta," disse Keller, "mas não acredito que iremos ver essa aplicação tão cedo."
Nature