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Avanços na indução de resistência de plantas

indução de resistência

A base da indução de resistência reside na ativação de mecanismos de defesa latentes existentes nas plantas. Estes mecanismos podem ser estimulados através do tratamento com agentes bióticos ou abióticos, resultando na resistência contra um amplo espectro de patógenos. As plantas dicotiledôneas são um exemplo de cultura onde a resistência induzida tem sido grandemente estudada e implementada.

No universo da fitopatologia, a indução de resistência de plantas é um fenômeno intrigante que promove a eficiência das plantas ao resistir a estressores bióticos e abióticos. O entendimento desse processo é crucial para a continuidade de práticas agrícolas sustentáveis.

Este mecanismo de defesa do sistema imunológico vegetal envolve uma série de processos complexos. Em linhas gerais, a indução de resistência em plantas pode ser descrita como uma resposta de ‘priming’, onde um estímulo inicial prepara a planta para uma resposta mais rápida e forte a futuras infecções. Entretanto, como são ativados e regulados os genes envolvidos nesse processo, ainda é um tópico de intensa pesquisa em curso.

  1. Indução localizada: Quando um patógeno invade uma planta, a planta geralmente responde produzindo substâncias de defesa no local da invasão.
  2. Indução sistêmica: Em alguns casos, a invasão de um patógeno pode preparar outras partes da planta para resistir a futuras infecções.
  3. Evolução de indução de resistência: O processo de indução de resistência é dinâmico e evolui rapidamente, com muitos organismos desenvolvendo novos métodos para superar as defesas das plantas.

A evolução contínua de novos métodos de combate a doenças e pragas é o que mantém o campo da fitopatologia tão fascinante e desafiador. A indução de resistência em plantas é um desses avanços notáveis, oferecendo uma alternativa sustentável à utilização massiva de fungicidas no controle de doenças, gerando assim plantas mais resilientes.

A Evolução na Luta Contra Doenças: A Indução de Resistência em Plantas

Na essência, a indução de resistência abrange a ativação de mecanismos de defesa latentes existentes dentro das plantas, em resposta ao tratamento com agentes bióticos ou abióticos. Este impulso na resistência pode ser oportuno num momento em que a necessidade de métodos alternativos de controle de doenças em plantas se tornou evidentemente crucial, especialmente à luz da resistência dos patógenos aos fungicidas. 

As doenças infecciosas em plantas têm acompanhado a humanidade desde os primórdios da agricultura, escalando em importância com o advento do cultivo em monocultura. Nesta agricultura intensiva, a aplicação de fungicidas atua frequentemente como uma medida paliativa para contornar problemas de doenças. No entanto, tal abordagem pode não ser sustentável a longo prazo, dada a capacidade do patógeno de desenvolver resistência aos fungicidas. A indução de resistência sistêmica adquirida (SAR) surge, portanto, como um método alternativo promissor de controle de doenças em plantas. 

Natureza do MecanismoVantagens
Utilização de fungicidasControle imediato de doenças
Indução de resistência em plantasSustentabilidade, resistência duradoura, prevenção de resistência de patógenos

O estudo da genética de fatores envolvidos na regulação da RSA tem possibilitado, em alguns patossistemas, a obtenção de plantas transgênicas com acentuada expressão da RSA. Este avanço representa uma mudança de paradigma significativa, tornando bastante promissor o uso deste tipo de resistência no controle de doenças de plantas (Cao et al., 1998). Por exemplo, plantas expressando a resistência sistêmica induzida (SIR) demonstram um aumento na resistência à infecção pelo fungo A.brassicicola, enquanto a SAR não é efetiva contra esse patógeno (Tuzun & Kuc, 1991). 

Mecanismos de Indução de Resistência 

O processo de indução de resistência implica na ativação dos mecanismos de defesa latentes presente nas plantas ao serem tratadas com agentes bióticos ou abióticos. Estes últimos servem como uma espécie de gatilho, estimulando a planta a aumentar suas barreiras defensivas e a produzir compostos químicos que são tóxicos para os patógenos (Cao et al.,1998).

No caso de atividade biológica de controle, estirpes selecionadas de Pseudomonas spp., têm demonstrado eficácia sob certas condições de campo e em casas de vegetação comerciais (Leeman et al., 1995). Isto pode ser resultado da competição por nutrientes, competição por ferro com sideróforos e antibiose (Bakker et al., 1991).

Mecanismos principais

Existem dois mecanismos principais envolvidos na indução de resistência: a resistência sistêmica adquirida (SAR) e a resistência induzida por elicitores. A seguir, exploramos cada um. 

MecanismoDescrição
Resistência Sistêmica Adquirida (SAR)O SAR é um processo que ocorre naturalmente e que é iniciado pela infecção localizada de uma patógeno. Este processo leva à resistência a um amplo espectro de patógenos e é longa duração. O ácido salicílico é o principal sinalizador endógeno deste tipo de resistência.
Resistência Induzida por ElicitoresEste mecanismo refere-se ao uso de substâncias denominadas elicitores, que quando aplicados à planta, desencadeiam uma resposta de defesa. Os elicitores podem ser de origem biótica (provenientes de organismos vivos) ou abiótica (substâncias químicas ou físicas).

Avanços Recentes 

Na atualidade, os avanços nas pesquisas de indução de resistência têm sido notáveis. Graças ao conhecimento sempre crescente na área da genômica e da biotecnologia, é possível hoje decifrar os complexos mecanismos moleculares que estão por trás dessas respostas de defesa.  

Uma área particularmente promissora é a utilização de RNA de interferência (RNAi) para aumentar a resistência das plantas. Por exemplo, a introdução de sequências de RNA específicas em plantas pode ser usada para silenciar genes de patógenos, oferecendo uma nova forma de controle de doenças. 

Avanços recentes têm enfocado no desenvolvimento de plantas geneticamente modificadas capazes de expressar uma resposta de resistência sistêmica aumentada (SIR) de forma mais acentuada. Por exemplo, plantas expressando SIR demonstraram um aumento de resistência contra infecções pelo fungo A.brassicicola, pelo que não obtiveram efeitos significativos em resposta à resistência sistêmica adquirida (SAR) com este patógeno. (Tuzun & Kuc, 1991

Categorias de compostos

Estes avanços abrem caminho para uma abordagem mais adequada à luta contra doenças de plantas. É evidente que tem que haver um equilíbrio prudente entre os métodos tradicionais de controle de doenças, como a utilização de fungicidas, e as pesquisas genéticas avançadas. No mundo agrícola atual, onde se tem buscado reduzir o uso de produtos químicos, os estudos sobre resistência de plantas por indução representam uma alternativa promissora. 

A indução de resistência em plantas é um mecanismo fascinante de defesa, que tem despertado o interesse da comunidade científica ao longo dos últimos anos. Essencialmente, a indução de resistência envolve o “treinamento” de uma planta para que consiga reagir de forma mais eficaz contra agentes patogênicos ou estresses ambientais

Para entender completamente como ocorre a indução de resistência, devemos abordar os compostos que ativam os mecanismos de defesa nas plantas. Em geral, esses compostos são classificados em três categorias principais: compostos químicos, microbiota e compostos naturais da própria planta. 

Compostos Químicos 

Os compostos químicos induzem a resistência nas plantas através do envio de sinais que ativam a produção de metabólitos secundários responsáveis pela defesa. Sacarose, salicilato de sódio e ácido jasmônico são exemplos de compostos químicos que demonstraram essa capacidade em diversos estudos. 

Em sequência à abordagem minha anterior, vou detalhar o papel de vários compostos químicos essenciais na indução de resistência em plantas. Paradigmas recentes da biologia molecular e da ecologia química têm esclarecido como esses compostos podem estimular a expressão de genes relacionados à defesa e os mecanismos pelos quais ativam as vias de sinalização de defesa nas plantas. 

Sacarose : Considerado um sinalizador de defesa potente, a sacarose tem se mostrado essencial na indução de resistência contra vários patógenos. Ela serve como fonte de energia e também regula a expressão de vários genes relacionados à defesa. 

Salicilato : O salicilato é reconhecido por suas propriedades antioxidantes e antimicrobianas. Este composto tem mostrado eficácia na indução de resistência em várias culturas, incluindo soja, tomate e milho. Seu mecanismo de ação envolve a produção de proteínas relacionadas à defesa e a modulação da resposta hormonal das plantas. 

Ácido Jasmônico : O ácido jasmônico é outro composto de grande relevância na indução de resistência das plantas. Ele serve como um importante sinalizador hormonal que regula as respostas de defesa a uma ampla variedade de estresses bióticos. A aplicação exógena de ácido jasmônico mostrou induzir a expressão de uma série de genes de defesa, levando à resistência atraumática contra os patógenos. 

Composto QuímicoFunção
SacaroseSinalizador de defesa e regulador da expressão gênica.
Salicilato Indução de resistência através da produção de proteínas de defesa e modulação hormonal.
Ácido JasmônicoRegulador hormonal da resposta de defesa contra estresses bióticos.

Indutores de Resistência Naturais: Ácido Hexanóico, Laminarina, Polissacarídeos e Vitaminas 

O desenvolvimento de estratégias mais sustentáveis e eficazes para melhorar a resistência das plantas contra patógenos e estresses ambientais está no centro da pesquisa científica atual. Dentro deste esforço, os indutores de resistência naturais ocupam um lugar proeminente, dada a sua capacidade para desencadear vários mecanismos de defesa das plantas. Entre estes indutores de resistência, encontramos o ácido hexanóico, a laminarina, polissacarídeos como a quitosana e várias vitaminas, como a tiamina, a riboflavina e o bisulfito de menadiona sódica. 

Por exemplo, o ácido hexanóico é um composto de ácido graxo volátil que demonstrou uma capacidade notável para induzir vários mecanismos de resistência, tais como o fortalecimento da parede celular, a produção de compostos antimicrobianos, a oxidação de lipídios e a expressão de vários genes de defesa. 

A laminarina, um polissacarídeo composto de resíduos de glicose, é conhecida por sua capacidade de induzir uma variedade de respostas de defesa, incluindo a produção de espécies reativas de oxigênio, a expressão de genes de defesa e a síntese de compostos fenólicos. 

A quitosana, um polissacarídeo derivado de quitina, tem demonstrado potencial significativo como um indutor de resistência, desencadeando a produção de espécies reativas de oxigênio, o fortalecimento da parede celular, a expressão de genes de defesa e a síntese de compostos fenólicos e fitoalexinas. 

As vitaminas também exercem um papel como indutores de resistência. A tiamina, a riboflavina e o bisulfito de menadiona sódica demonstraram habilidade em induzir a resistência sistêmica adquirida, uma forma de resistência que proporciona proteção de longa duração contra uma ampla gama de patógenos. 

Cada um destes compostos apresenta um mecanismo de ação distinto, o que oferece um vasto leque de estratégias para melhorar a resistência das plantas.

Microbiota 

A microbiota presente no solo também desempenha um papel importante na indução de resistência em plantas. Os microrganismos benéficos no solo, como bactérias e fungos, podem induzir a resistência das plantas, ativando vias de defesa genética dentro da planta. 

Além disso , estudos recentes destacam o papel significativo da microbiota presente no solo na indução de resistência em plantas. Entre estes microrganismos, duas entidades chamam particular atenção: as micorrizas arbusculares e a nutrição com amônio. 

Micorrizas Arbusculares 

A associação simbiótica entre as raízes das plantas e os fungos micorrízicos arbusculares promove um estado de maior resistência na planta-hospedeira. O funcionamento é complexo: o fungo se envolve na troca bidirecional de nutrientes com a planta, onde fornece fósforo e outros minerais essenciais para a planta e, em troca, recebe carbono. No entanto, estes organismos também sintetizam compostos bioativos que são capazes de potencializar a capacidade defensiva da planta. Prova disso vem do estudo que demonstrou uma resposta de defesa aprimorada de plantas de batata associadas a fungos micorrízicos arbusculares frente a infecções por Phytophthora infestans, um patógeno devastador das batatas. 

Nutrição com Amônio 

Outro enfoque de estudo relevante é a associação entre a nutrição amoniacal e a resistência das plantas. A disponibilidade de amônio tem impacto direto na fisiologia da planta, alterando a biossíntese de metabólitos secundários e a atividade de enzimas antioxidantes, ambos fatores chave na resistência a patógenos. 

O artigo intitulado “Plant-growth-promoting rhizobacteria” de autoria de B. J. J. Lugtenberg e F. Kamilova, publicado na renomada revista científica Annual Review of Microbiology em 2009, apresenta uma perspectiva importante sobre a interação entre plantas e rizobactérias e como essa simbiose pode promover o crescimento saudável da planta. 

Segundo o estudo, um dos muitos processos que essa interação facilita é a melhoria da absorção de amônio pelas plantas. Assim quando as plantas são capazes de absorver eficientemente o amônio, isso leva ao acúmulo de compostos fenólicos. Compostos fenólicos são conhecidos por suas propriedades antioxidantes, e seu acúmulo pode proteger as plantas contra diversos estresses ambientais. Além disso, a absorção eficiente de amônio também aumenta a atividade da enzima fenilalanina amônia-liase (PAL).

A PAL desempenha um papel crucial na defesa das plantas, pois está diretamente envolvida na biossíntese de fenilpropanoides, compostos que também contribuem para a resistência da planta a estresses bióticos e abióticos. Assim, a indução da atividade de PAL fortalece a defesa da planta, promovendo assim um crescimento mais saudável e robusto. 

Compostos Internos da Planta 

Além disso, a planta também possui compostos que podem ativar mecanismos de defesa internos. Os fitoalexinas, proteínas relacionadas à patogênese e polifenóis são exemplos de compostos naturais que desempenham papel crítico na resistência das plantas a estresses bióticos e abióticos. 

Categoria de compostosExemplos de compostos
Compostos QuímicosSacarose, Salicilato, Ácido jasmônico
MicrobiotaBactérias e Fungos benéficos no solo
Compostos Internos da PlantaFitoalexinas, Proteínas relacionadas à patogênese, Polifenóis

Ao entender como esses compostos atuam na indução de resistência, é possível desenvolver estratégias mais eficazes para o manejo de doenças e estresses em plantas. Novos estudos nessa área estão constantemente surgindo, expandindo nosso entendimento desses mecanismos complexos.

O Efeito Priming na Indução de Resistência 

O ‘priming’ é uma estratégia emergente na indução de resistência em plantas que tem atraído uma considerável atenção científica. Este efeito refere-se ao fenômeno pelo qual a planta se torna “preparada” para responder a um patógeno de maneira mais eficaz após um primeiro contato, mesmo sem a presença atual do patógeno. 

“A planta ‘primed’ expressa uma resposta de defesa mais rápida e mais forte quando exposta posteriormente a pressões bióticas ou abióticas” – Conrath, Uwe, et al. (2006)

Este processo de “priming” pode ser induzido por diversos fatores, que incluem: 

  • Infecção prévia por um patógeno
  • Exposição a compostos orgânicos do solo
  • Aplicação de compostos químicos, tais como: ácidos salicílicos, ácidos jasmônicos, e o etileno.

Avanços Recentes 

Recentemente, avanços significativos foram feitos na compreensão dos mecanismos molecular e celular subjacentes ao ‘priming’. Estas descobertas são parte do que torna este campo de pesquisa tão excitante. 

DataAvanço
2015Descoberta do papel dos microRNAs na regulação da memória de priming em plantas.
2017Revelação da importância da sinalização por ácido salicílico na indução do estado de ‘priming’.
2018Identificação de genes de resistência de planta que são ativados através do ‘priming’.

À medida que continuamos a desvendar a complexidade da indução de resistência de plantas, o futuro da agricultura torna-se mais resolução e promissor. O efeito priming é um desses avanços que já está a fazer a diferença e tem o potencial de fazer ainda mais.

Este método incita mecanismos de defesa das plantas, preparando-as para uma resposta mais eficaz e rápida a agentes causadores de doenças, ou seja, fortalecendo sua capacidade de resistir e combater possíveis ameaças. Com os avanços na compreensão e utilização do efeito priming, estamos a um passo mais perto de ter culturas mais fortes, saudáveis e produtivas.

Referência Bibliográfica 

  1. Cao H, Glazebrook J, Clarke JD, Volko S, Dong X (1998). The Arabidopsis NPR1/NIM1 protein enhances pathogen resistance and links SAR and systemic acquired resistance. Cell 88: 57-63 
  2. Tuzun S, Kuc J (1991). Induced Systemic Resistance, Annual Review of Phytopathology, 29(1), 235-263
  3. Leeman M, Van Pelt JA, Den Ouden FM et al., (1995), Induction of systemic resistance by Pseudomonas fluorescens in radish cultivars differing in susceptibility to fusarium wilt, using a novel bioassay. European Journal of Plant Pathology 101: 655-664
  4. Bakker PAHM, Lamers JG, Bakker AW (1991). Induction of systemic resistance by Pseudomonas fluorescens against Fusarium wilt of radish. Phytopathology 81: 728-734
  5. Scholthof, K.-B. G. (2007). The disease triangle: pathogens, the environment and society. Nat. Rev. Microbiol. 5, 152–156. doi: 10.1038/nrmicro1596
  6. Verma, V., Ravindran, P., & Kumar, P. P. (2016). Plant hormone-mediated regulation of stress responses. BMC plant biology, 16(1), 86.
  7. Ku, Y. S., Sintaha, M., Cheung, M. Y., & Lam, H. M. (2018). Plant Hormone Signaling crosstalks between biotic and abiotic stress responses. International journal of molecular sciences, 19(10).
  8. Lugtenberg, B. J. J., & Kamilova, F. (2009). Plant-growth-promoting rhizobacteria. Annual Review of Microbiology, 63, 541-556. doi:10.1146/annurev.micro.62.081307.162918

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