Cádmio ativa defesas do milho contra Spodoptera frugiperda

A exposição do milho a solo com 5,0 miligramas de cádmio por quilograma reduziu a alimentação, o peso e a preferência olfativa de larvas de Spodoptera frugiperda. O tratamento também elevou o acúmulo do metal nas folhas, estimulou a síntese de benzoxazinoides e modificou o perfil de compostos orgânicos voláteis. Em contrapartida, a mesma concentração reduziu altura, área foliar e teor de clorofila.

Pesquisadores da South China Agricultural University, na China, avaliaram três concentrações de cádmio no solo: zero, 1,0 e 5,0 miligramas por quilograma. O experimento utilizou milho da cultivar Zhengtian 68 e ocorreu em casa de vegetação. As avaliações abrangeram parâmetros de crescimento, fisiologia vegetal, concentração e distribuição do cádmio, benzoxazinoides, compostos orgânicos voláteis, desempenho de Spodoptera frugiperda e expressão gênica.

Doses e resultados

A dose de 1,0 miligrama por quilograma não alterou de forma significativa a alimentação e o peso das lagartas. Nessa concentração, os pesquisadores registraram algumas mudanças em benzoxazinoides, compostos voláteis e expressão gênica, mas os efeitos sobre o inseto só apareceram no tratamento com 5,0 miligramas por quilograma.

Com 5,0 miligramas por quilograma, o peso das larvas e a taxa de alimentação caíram em relação ao controle. A concentração de cádmio nas folhas aumentou 28,02 vezes. Na dose de 1,0 miligrama por quilograma, o aumento atingiu 4,33 vezes.

Defesa elementar

A análise estatística indicou forte participação da defesa elementar. O teor total de cádmio e diferentes formas químicas ou compartimentos celulares do metal apareceram entre os principais fatores associados ao desempenho das lagartas. Variáveis relacionadas ao cádmio responderam por 78,80% da importância total do modelo para peso larval e por 82,50% para taxa de alimentação. Segundo os pesquisadores, o resultado aponta influência da concentração, da forma química e da localização celular do metal.

O milho também intensificou mecanismos de defesa baseados em metabólitos. O tratamento com 5,0 miligramas de cádmio por quilograma aumentou a expressão dos genes ZmBX1 e ZmBX2 em 2,52 e 5,70 vezes, respectivamente. Esses genes participam da biossíntese de benzoxazinoides. A concentração desses compostos cresceu entre 1,27 e 3,87 vezes, conforme o metabólito analisado.

Defesa química

Os benzoxazinoides integram o sistema de defesa química do milho contra herbívoros. No experimento, o aumento de vários desses compostos no tratamento com 5,0 miligramas por quilograma coincidiu com a redução do consumo e do desenvolvimento de Spodoptera frugiperda. Apenas um deles, o DHBOA-Glc, apresentou correlação estatística significativa, e só com o peso das larvas. Os pesquisadores não conseguiram separar experimentalmente o efeito da toxicidade do cádmio do efeito dos benzoxazinoides. O trabalho aponta a necessidade de novos testes, inclusive com plantas deficientes na biossíntese desses metabólitos.

A exposição ao cádmio também alterou os compostos orgânicos voláteis emitidos pelo milho. Larvas submetidas ao ensaio de escolha apresentaram preferência 49,08% menor por plantas cultivadas com 5,0 miligramas de cádmio por quilograma em comparação ao controle. A dose de 1,0 miligrama por quilograma não causou diferença significativa.

Compostos e comportamento

Entre os compostos associados ao comportamento das lagartas, o octadecano aumentou no tratamento de maior concentração. O germacrano aumentou apenas nessa condição e foi apontado como possível marcador do tratamento. Já o beta-cariofileno caiu para 67% do nível registrado no controle. As análises apontaram octadecano, beta-cariofileno, isolongifolanona e germacrano entre as variáveis com maior contribuição para a resposta olfativa.

Os cientistas recomendam cautela na interpretação desses resultados. O estudo não testou isoladamente a função repelente ou atrativa dos compostos. Também não avaliou a atração de inimigos naturais. Além disso, o comportamento olfativo das larvas não reproduz todo o processo de seleção hospedeira no campo, no qual a oviposição dos adultos exerce papel importante.

A análise transcriptômica reforçou a diferença entre as duas doses. A comparação entre o controle e 1,0 miligrama por quilograma identificou 370 genes diferencialmente expressos. Na comparação com 5,0 miligramas por quilograma, o número subiu para 883. A maior concentração ativou vias relacionadas à biossíntese de benzoxazinoides e à sinalização por proteínas quinases ativadas por mitógenos, conhecidas como MAPK.

Custo fisiológico

A resposta defensiva trouxe custo fisiológico. No tratamento com 5,0 miligramas por quilograma, a altura das plantas caiu 11,05%, a área foliar diminuiu 17,41% e o teor de clorofila recuou 21,36%. A concentração de ácido indolacético também diminuiu nas plantas expostas ao cádmio, nas duas doses testadas. Já o teor de malondialdeído cresceu 33,05% apenas na dose de 5,0 miligramas por quilograma, sinal compatível com maior dano oxidativo. Em paralelo, as atividades de catalase e peroxidase aumentaram.

Os resultados sustentam um mecanismo combinado de defesa. O milho acumulou cádmio nos tecidos e, ao mesmo tempo, reforçou componentes da defesa orgânica. Esse processo coincidiu com menor alimentação e menor crescimento de Spodoptera frugiperda. A resposta, porém, envolveu redução do crescimento vegetal e alterações fisiológicas importantes. O estudo não sugere aplicar cádmio como estratégia de controle (doi 10.1127/entomologia/4061).