Fungos usam proteínas antigas para atacar plantas e microbiomas

Fungos fitopatogênicos usam proteínas antimicrobianas antigas para manipular plantas hospedeiras e alterar seus microbiomas durante a infecção. A conclusão vem de um estudo liderado pelo professor Bart Thomma, do Instituto de Ciências Vegetais da Universidade de Colônia, em colaboração com o Centro de Pesquisa Colaborativa MiBiNet e o Cluster de Excelência Ceplas.

A equipe identificou uma origem evolutiva inesperada para proteínas efetoras secretadas por fungos. Essas moléculas participam da infecção ao enfraquecer defesas do hospedeiro. Segundo o estudo, parte delas deriva de proteínas antimicrobianas antigas, usadas por fungos para competir com outros microrganismos antes do surgimento de interações patogênicas com plantas terrestres.

O resultado amplia a compreensão sobre a doença fúngica em plantas. Os autores indicam uma estratégia dupla. O fungo ataca o sistema imune da planta e, ao mesmo tempo, interfere na microbiota associada ao hospedeiro. Essa microbiota reúne bactérias, fungos e outros microrganismos. Parte dela contribui para a proteção contra doenças.

Efetor Vd424Y

O estudo analisou o efetor Vd424Y, produzido por Verticillium dahliae. Esse patógeno causa murcha vascular em diversas plantas hospedeiras, inclusive culturas agrícolas. Os pesquisadores mostraram que Vd424Y altera a composição da microbiota durante a infecção e contribui para o desenvolvimento da doença.

A equipe também verificou que mutações deram a esse efetor a capacidade de penetrar células vegetais, alcançar o núcleo celular e influenciar reações imunes da planta e outros processos celulares. Com isso, Vd424Y exerce duas funções. Ele manipula a imunidade vegetal e favorece o fungo na competição contra outros microrganismos.

Para rastrear proteínas com atividade antimicrobiana, os autores desenvolveram uma ferramenta baseada em aprendizado de máquina chamada Amapec. O sistema prediz atividade antimicrobiana em candidatos a efetores fúngicos. A ferramenta classificou proteínas secretadas por fungos e apontou uma presença ampla de candidatos antimicrobianos nos secretomas analisados.

Três fungos

A análise incluiu três fungos com estilos de vida distintos: Rhizophagus irregularis, associado à micorriza arbuscular; Coprinopsis cinerea, saprófita de solo; e Verticillium dahliae, fitopatógeno. O estudo apontou que entre um terço e metade dos secretomas avaliados, após exclusão de CAZymes e proteínas transmembrana, continha proteínas com possível atividade antimicrobiana.

Os pesquisadores também analisaram 150 genomas de fungos associados ao solo e a plantas. O conjunto cobriu três filos, nove classes e 24 ordens. Muitas famílias de proteínas secretadas com maior conservação ao longo da evolução apresentaram predição de atividade antimicrobiana. Para os autores, esse padrão indica origem antiga dessas proteínas, anterior à divergência entre filos fúngicos.

O trabalho ainda avaliou efetores já conhecidos por modular a imunidade vegetal. Cinco proteínas foram selecionadas para validação experimental: Ecp6, de Cladosporium fulvum; AGLIP1, de Rhizoctonia solani; AVR-Pita, de Magnaporthe oryzae; e Vd424Y e VdCP1, de Verticillium dahliae. Todas apresentaram atividade antimicrobiana in vitro contra microrganismos associados a plantas, com espectros de ação distintos.

Ensaios com tomateiro

Nos ensaios com tomateiro, a contribuição de Vd424Y para a virulência de Verticillium dahliae dependeu da presença da microbiota associada ao hospedeiro. A deleção do gene Vd424Y reduziu o desenvolvimento da doença na presença de microrganismos, mas não mostrou o mesmo efeito na ausência deles. Esse resultado sustenta a função do efetor na manipulação da microbiota durante a infecção.

A composição bacteriana das plantas infectadas por Verticillium dahliae do tipo selvagem diferiu da composição observada em plantas infectadas pelo mutante sem Vd424Y. Os autores identificaram gêneros bacterianos com abundância relativa reduzida na presença do gene, entre eles Pseudoxanthomonas, Comamonas, Brachybacterium e Sphingobium.

A pesquisa também sugere impacto além da fitopatologia. Segundo os autores, mecanismos semelhantes podem ocorrer em fungos capazes de infectar animais e humanos, pois essas interações também envolvem microbiota associada ao hospedeiro e sistema imune.

Mais informações em doi.org/10.1126/sciadv.aec1406