Um estudo conduzido por um pesquisador da Universidade Estadual da Carolina do Norte identificou genes envolvidos no desenvolvimento de células pétreas – células rígidas que podem impedir que um inseto mordaz coma galhos brotando da árvore perene Sitka spruce. O ataque do inseto prejudicou o crescimento desses gigantes da floresta.
As novas descobertas podem ajudar os pesquisadores a criar árvores Sitka spruce geneticamente melhoradas resistentes ao gorgulho do abeto (Pissodes strobi).
“Queríamos aprender sobre a base genética para a resistência natural a pragas que certos abetos Sitka desenvolveram para evitar que os insetos se alimentem da planta”, disse Justin Whitehill, professor assistente de genética de árvores de Natal na Carolina do Norte e primeiro autor do estudo. Whitehill iniciou o estudo como pesquisador de pós-doutorado na Universidade de British Columbia, onde os experimentos de laboratório foram concluídos.
“A característica que estudamos no abeto Sitka é uma defesa física conhecida como células de pedra, que são encontradas em quase todas as espécies de plantas”, disse Whitehill. “Eles são responsáveis pela textura arenosa que você sente ao comer uma pêra. O desenvolvimento das células de pedra é muito complexo, envolvendo milhares de genes. Identificamos parte da genética envolvida nas principais etapas iniciais do desenvolvimento dessas células”.
O abeto Sitka é uma grande árvore conífera que cresce na costa oeste da Califórnia ao Alasca. Embora a árvore tenha sido substituída por outras espécies de produtos madeireiros na América do Norte devido à suscetibilidade ao gorgulho, ainda é uma espécie madeireira proeminente na Europa. Muitas árvores cultivadas na Costa Oeste para produtos florestais derivaram de uma população em rápido crescimento que cresceu em uma ilha e nunca foi exposta ao gorgulho, o que as deixou extremamente suscetíveis, disse Whitehill.
No entanto, um grupo de abetos Sitka resistentes foi descoberto no Canadá que desenvolve células de pedra, um tipo de célula rígida que só cresce em menos de uma polegada do topo dos galhos em brotamento – a mesma área onde o gorgulho se alimenta.
“As células de pedra retardam a progressão do inseto e dão tempo para a resina encontrada na casca das árvores revestir o inseto e torná-lo muito pegajoso para se alimentar mais”, disse Whitehill. “As células de pedra bloqueiam esses insetos enquanto tentam comer a planta e os retardam o suficiente para evitar que causem danos significativos à árvore”.
Em seu estudo recente, os pesquisadores descobriram cerca de 1.300 genes que foram expressos em níveis mais elevados em células de pedra. Eles também identificaram um gene-chave que funciona como um “interruptor mestre” e é responsável por ativar milhares de outros genes conhecidos por controlar o desenvolvimento de células de paredes espessas em outras plantas.
“Este artigo apresenta um roteiro dos genes envolvidos no desenvolvimento de células de pedra”, disse Whitehill. “Estamos mostrando que é fortemente controlado pela genética envolvida nas paredes celulares secundárias”.
A chave para o estudo dos pesquisadores foi uma ferramenta de microdissecção que usa um laser para cortar fatias extremamente pequenas de tecido em seções finas. Os pesquisadores conseguiram cortar pequenas seções dos brotos de ramos de abeto Sitka em crescimento ativo para estudar genes expressos especificamente em células de pedra durante sua formação.
Whitehill disse que recebeu financiamento para trazer uma versão atualizada dessa tecnologia para o estado da Carolina do Norte. Agora, os pesquisadores estão usando a microdissecção a laser para estudar genes na árvore Fraser – uma das principais árvores de Natal dos Estados Unidos, cultivada no oeste da Carolina do Norte. Eles estão usando essa tecnologia para investigar características importantes que podem aumentar a viabilidade, fragrância e resistência a pragas do abeto Fraser, uma árvore com um tamanho de genoma cinco vezes maior que o humano.
“Estamos usando essa abordagem agora para procurar genes envolvidos na resistência a patógenos e pragas, e para entender interações ecológicas complexas no nível genético”, disse Whitehill.
O artigo “Características transcriptômicas do desenvolvimento de células pétreas em abeto Sitka resistente e suscetível ao gorgulho” foi publicado on-line em Novo fitologista. Os co-autores incluíram Macaire MS Yuen, Angela Chiang (atual gerente de laboratório do programa de genética de árvores de Natal do estado de NC e pesquisadora associada), Carol E. Ritland e Jörg Bohlmann. O trabalho foi apoiado por fundos do Programa de Bolsas de Descoberta do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá (NSERC) e do Projeto Genome Canada, Genome British Columbia e Genome Quebec SpruceUp (243FOR).