Fungos simbióticos e patogênicos que interagem com plantas são parentes distantes e não compartilham muitas semelhanças genéticas. Comparando fungos patogênicos de plantas e fungos simbióticos de plantas, cientistas do Laboratório Sainsbury da Universidade de Cambridge (SLCU) descobriram que esses parentes remotos estão usando um grupo semelhante de proteínas para manipular e viver dentro das plantas.
A equipe de pesquisa de Sebastian Schornack está trabalhando para identificar e caracterizar novos efetores de micorriza arbuscular (AM) – proteínas secretadas por fungos AM simbióticos para facilitar a colonização das raízes das plantas. Como parte disso, eles também estão investigando se fungos patogênicos e simbióticos estão usando estratégias semelhantes ou diferentes.
Usando o programa de computador AlphaFold2 AI que prevê estruturas de proteínas, a equipe é a primeira a comparar proteínas secretadas de fungos simbióticos e patogênicos. Eles descobriram que os fungos simbióticos codificam a mesma família de proteínas que os fungos patogênicos usam para interagir e colonizar as plantas. As conclusões foram publicadas hoje na Novo fitologista.
“Existe uma enorme diversidade no código genético de proteínas efetoras em micróbios intimamente relacionados, por isso é ainda mais difícil comparar proteínas sequências entre patógenos e simbiontes que estão mais distantemente relacionados”, disse o Dr. Albin Teulet, primeiro autor da pesquisa. “Em vez disso, aproveitamos o desenvolvimento recente do AlphaFold2 para fazer uma comparação entre as estruturas de proteínas secretadas de um fungo fungo patogênico. Isso levou à descoberta de que existe um grupo de proteínas estruturalmente muito semelhantes anteriormente conhecidas de patógenos que também estão presentes – muitas vezes em maior número – codificadas nos genomas de fungos simbióticos”.
As relações planta-fungo têm um efeito dramático na saúde das plantas em ecossistemas naturais e na agricultura – tanto positivos quanto negativos. Os fungos AM são a associação simbiótica mais comum de plantas com micróbios, colonizando as raízes das plantas para promover a absorção de nutrientes, aumentar o crescimento das plantas e até mesmo ajudar a afastar patógenos. Enquanto fungos patogênicos, como cepas de Fusarium oxysporum, são alguns dos patógenos mais devastadores do mundo, com uma ampla variedade de hospedeiros e atualmente ameaçam acabar com as plantações de banana e dendê Cavendish. Fusarium também emprestou seu nome ao grupo de proteínas que a equipe encontrou: Fusarium oxysporum lycopersici proteínas de domínio duplo (FOLDs).
Os pesquisadores classificaram todas as proteínas secretadas pelo fungo simbiótico AM Rhizophagus irregularis e identificou uma grande família de efetores do tipo FOLD (MycFOLDs) com alta similaridade estrutural com as proteínas FOLD produzidas pelo Fusarium oxysporum patógeno.
Os efetores FOLD são encontrados apenas nos genomas de fungos que formam associações com plantas vivas. Isso sugere que essas proteínas sustentam mecanismos universais que permitem que patógenos e fungos simbióticos vivam dentro das plantas.
Schornack disse que descobrir que fungos simbióticos e patogênicos de plantas estavam usando algumas das mesmas ferramentas forneceu uma nova perspectiva sobre nossa compreensão dos simbiontes fúngicos: “A presença aparentemente exclusiva de FOLD/MycFOLDs em fungos colonizadores de plantas não relacionados apóia a hipótese de que as proteínas FOLD agem como efetores durante a colonização de plantas de fungos simbióticos e patogênicos.”
“Se os fungos simbióticos e patogênicos estão usando as mesmas ferramentas, isso significa criar maneiras de melhorar as relações AM nas culturas, tornando-as mais suscetíveis a patógenos ao mesmo tempo. No entanto, essas descobertas agora abrem novas questões para explorarmos, como por que os fungos simbióticos têm essas proteínas que os patógenos também têm e o que eles realmente fazem?”
Os fundamentos das interações planta-micróbio
Compreender a semelhança e a diversidade de efetores usados por simbiontes e patógenos é fundamental para entender os fundamentos das interações planta-micróbio.
A relação planta-patógeno foi bem estudada com muitas das proteínas efetoras já conhecidas. No entanto, pouco se sabe sobre as interações planta-simbionte, como aquelas entre plantas e fungos AM.
Plantas que formam relações benéficas com fungos simbióticos controlam todos os estágios da colonização – elas podem rejeitar ou expulsar colonizadores se considerarem que a colonização fúngica não é necessária, como em ambientes de solo com suprimentos abundantes de nutrientes como fosfato.
No entanto, os fungos AM são dependentes de nutrientes produzidos pelas plantas e, portanto, também têm sua própria estratégia de sobrevivência, principalmente nos casos em que a relação é indesejada pela planta.
Durante o processo de infecção, os fungos patogênicos suprimem a imunidade da planta hospedeira secretando um coquetel de proteínas efetoras. Embora os fungos simbióticos sejam benéficos para as plantas, eles também devem se comunicar com a planta ou superar barreiras para colonizar com sucesso as células vegetais.
Apenas um pequeno número de proteínas efetoras secretadas por fungos AM simbióticos foi identificado. A Equipe Schornack está trabalhando para descobrir outros efetores que desempenham um papel na relação planta-simbionte.