Biótipo do pulgão-verde molda microbioma fúngico em cereais

Biótipo do pulgão-verde-dos-cereais, Schizaphis graminum, exerceu a maior influência sobre a composição da comunidade fúngica associada ao inseto em diferentes gramíneas hospedeiras. O efeito superou as influências do tempo após a infestação, da espécie vegetal e da cultivar. A resistência da planta à alimentação do pulgão não apresentou efeito significativo. O resultado integra estudo de pesquisadores do USDA-ARS, da Purdue University e da RTL Genomics.

Os pesquisadores avaliaram os biótipos E e K do pulgão-verde-dos-cereais. O experimento envolveu trigo; centeio; cevada; sorgo; e a gramínea silvestre Aegilops triuncialis, aparentada ao trigo. O conjunto reuniu 17 cultivares ou acessos. A primeira coleta ocorreu no início do experimento, com os pulgões ainda no trigo 'Newton', antes da transferência para as cultivares avaliadas. As demais ocorreram após dois, quatro e oito dias de infestação.

Análise e sequenciamento

A análise utilizou sequenciamento da região ITS1 do DNA. O estudo reuniu 312 amostras. Cada coleta continha, em geral, de dez a 15 pulgões, embora o número variasse de dois a 20 indivíduos em função da sobrevivência e da reprodução nas plantas hospedeiras.

Após o controle de qualidade, 97.624.609 leituras permaneceram na análise. As sequências corresponderam a 479 entidades fúngicas ou protistas no nível de gênero e 739 no nível de espécie. Fungos filamentosos do filo Ascomycota e leveduras do filo Basidiomycota predominaram no conjunto.

Grupos mais abundantes

Entre os grupos mais abundantes apareceram Hannaella, Fusarium, Mortierella, Papiliotrema, Simplicillium e Arthrobotrys. Também ocorreu elevada participação de sequências sem identificação taxonômica completa. Dentro de Hannaella, o estudo encontrou principalmente Hannaella luteola, Hannaella zeae e Hannaella sinensis. Em Fusarium, predominou Fusarium nygamai. Papiliotrema mangalensis respondeu pela maior parte das leituras atribuídas ao gênero Papiliotrema.

A análise multivariada colocou o biótipo no primeiro lugar entre os fatores associados à variação das comunidades. Pelo critério de significância estatística adotado pelos autores, o tempo após a infestação ocupou a segunda posição. Espécie hospedeira e cultivar também produziram efeitos significativos. A suscetibilidade da planta à alimentação não alcançou significância estatística.

Biótipos K e E

O biótipo K apresentou maior instabilidade ao longo do experimento. Alguns gêneros alcançaram alta frequência em amostras específicas. Fusarium, Simplicillium e representantes de Mortierellaceae aumentaram ao longo do período em parte das análises. As leveduras Hannaella e Papiliotrema perderam participação relativa no mesmo intervalo.

O comportamento não se repetiu no biótipo E. Nesse biótipo, nenhum gênero mostrou aumento ou redução significativa ao longo do tempo nas análises aplicadas. Os resultados indicam maior capacidade de resposta da microbiota associada ao biótipo K. Na análise multivariada feita separadamente para cada biótipo, os fatores experimentais explicaram parcela maior da variação em K, o que os autores interpretam como maior resposta à planta hospedeira. A ordenação das amostras também mostrou comunidades cada vez mais dispersas ao longo do tempo no biótipo K, enquanto as do biótipo E permaneceram estáveis.

A presença de Mortierella chamou atenção no final do período. Amostras com mais de 5% de leituras desse gênero representaram 2% no segundo dia, 5% no quarto e 15,7% no oitavo. Quando os pesquisadores consideraram também outros representantes não identificados de Mortierellaceae, 28,4% das amostras do oitavo dia apresentaram pelo menos 5% das leituras associadas ao grupo.

Tempo e diversidade

A diversidade também mudou ao longo do tempo. No biótipo K, o número de táxons observados aumentou até o quarto dia e caiu no oitavo. A diversidade de Shannon atingiu o maior valor no quarto dia nos dois biótipos e diminuiu depois. A uniformidade da comunidade também tendeu a cair entre o quarto e o oitavo dia, mas sem diferença estatisticamente significativa.

Os pesquisadores encontraram diferenças expressivas até entre repetições submetidas ao mesmo tratamento. Em três amostras do biótipo K coletadas em cevada no segundo dia, uma apresentou domínio de Cutaneotrichosporon, outra de Mortierella e a terceira mostrou maior participação de fungos sem identificação de gênero, além de Fusarium e Wallemia. O resultado reforçou a ocorrência de aumentos pontuais de determinados táxons no biótipo K.

A análise de redes identificou grupos de gêneros com frequências correlacionadas. Segundo os autores, o biótipo K apresentou seis módulos, e o biótipo E, cinco. Um dos grupos, presente nos dois biótipos, incluiu Hannaella, Papiliotrema e Candida. Na versão desse grupo associada ao biótipo K, pelo menos cinco gêneros produzem compostos antifúngicos ou antibacterianos, segundo a discussão do trabalho: Hannaella, Papiliotrema, Coniochaeta, Hansfordia e Arthrobotrys.

Fungos e bactérias

Os pesquisadores também compararam as frequências dos fungos com dados bacterianos obtidos das mesmas amostras de DNA em estudo anterior. Entre as correlações significativas selecionadas, 71 apresentaram relação negativa e 55 apresentaram relação positiva. Os dados sugerem interações ou ocupação de ambientes distintos, mas o desenho experimental não permite definir o mecanismo.

Essa limitação ocupa ponto central nas conclusões. O método de coleta não separou os pulgões da melada aderida aos insetos nem de pequenos fragmentos da folha presentes na região de alimentação. Assim, o estudo não determina se os fungos viviam dentro do pulgão, sobre a superfície corporal, na melada ou no tecido vegetal próximo.

Os pesquisadores destacam ainda a ausência de evidência de uma microbiota intestinal fúngica em Schizaphis graminum e apontam três fatores que tornam essa hipótese improvável. O diâmetro interno do estilete do pulgão, de 0,7 a 2 micrômetros, é pequeno demais para a passagem de células típicas de levedura, que medem de 3 a 6,5 micrômetros. Os pulgões também não possuem musculatura capaz de aspirar material externo pelo ânus. Além disso, a excreção frequente de melada tende a eliminar rapidamente microrganismos que não fiquem aderidos à parede do intestino.

Muitas leveduras detectadas apresentam adaptação a ambientes ricos em açúcares, condição compatível com a melada produzida pelos pulgões. O trabalho propõe novas análises com microscopia para localizar os fungos e testar possíveis interações entre táxons, inseto e ambiente de alimentação (doi 10.3390/insects17101025).