Tomato genomic regions and candidate genes linked to responses to a resistance inducer against Phytophthora infestans

No mundo da agricultura, os agricultores há muito dependem de sprays químicos para impedir que doenças destruam suas colheitas. Um dos inimigos mais persistentes e prejudiciais é um organismo microscópico chamado Phytophthora infestans, que causa a requima (ou míldio da batata). Este patógeno pode dizimar colheitas de tomate e batata com uma velocidade aterradora. Durante décadas, a solução tem sido combater o fogo com fogo, usando fungicidas sintéticos ou produtos à base de cobre. No entanto, tal como as bactérias aprendem a sobreviver aos antibióticos, estes patógenos acabam por evoluir para resistir aos produtos químicos destinados a matá-los. Esta corrida armamentista forçou os cientistas a procurar formas mais inteligentes e sustentáveis de proteger as plantas. Em vez de envenenar o patógeno diretamente, os investigadores estão a explorar uma estratégia que transforma o próprio sistema imunitário da planta num escudo. Esta abordagem utiliza substâncias naturais, conhecidas como indutores de resistência, para "acordar" as defesas da planta antes mesmo de um ataque acontecer. Pense nisto como uma vacina para uma planta, treinando-a para reconhecer e combater invasores de forma mais eficaz. Contudo, resta um grande enigma: nem todas as plantas respondem a este treino da mesma forma. Algumas variedades parecem absorver o reforço perfeitamente, enquanto outras mal reagem, deixando os agricultores incertos sobre quais sementes plantar para obter a melhor proteção.

Uma equipa de investigadores da INRAE, em França, decidiu resolver este mistério investigando por que razão diferentes variedades de tomateiro reagem de forma tão distinta a um tratamento natural específico chamado Belvine®. Este produto, derivado de levedura, já é aprovado para uso em videiras para combater o míldio, mas o seu potencial para tomates era menos compreendido. Os cientistas queriam saber se a variação na eficácia do tratamento se devia simplesmente ao azar ou se estava escrita no código genético das plantas. Para encontrar a resposta, reuniram um grupo diversificado de 148 variedades diferentes de tomate, desde pequenos tomates cereja até tipos comerciais grandes, e cultivaram-nos em túneis de plástico sob condições do mundo real. Trataram metade das plantas com Belvine® e deixaram a outra metade sem tratamento, e depois expuseram todas elas ao patógeno da requima. Ao medir cuidadosamente quanto da doença aparecia em cada folha, puderam calcular exatamente quanta proteção o tratamento proporcionava para cada variedade individual.

Os resultados confirmaram o que os agricultores suspeitavam: o tratamento funcionava, mas o seu sucesso dependia inteiramente do tipo específico de tomate. Em média, o tratamento com Belvine® reduziu a gravidade da doença em quase 90%, uma melhoria notável. No entanto, o nível de proteção variava drasticamente de uma variedade para outra. Alguns tomates tornaram-se completamente imunes à doença após o tratamento, não apresentando qualquer sinal de infeção, enquanto outros ficaram apenas parcialmente protegidos. Esta vasta gama de resultados sugeriu que a capacidade de responder ao tratamento era um traço transmitido através das gerações, tal como a altura ou a cor do fruto. Para provar isto, os investigadores calcularam a herdabilidade da resposta, uma medida de quanto da diferença entre as plantas se deve aos seus genes e não ao ambiente. Descobriram que a genética desempenhava um papel massivo, sendo responsável por mais de metade da variação na eficácia da proteção das plantas. Esta foi uma descoberta crucial, confirmando que os criadores poderiam potencialmente selecionar tomates que são naturalmente melhores a utilizar estas defesas naturais.

Com a base genética confirmada, a equipa passou para o passo seguinte: encontrar as partes específicas do genoma do tomateiro responsáveis por esta variação. Utilizaram uma técnica poderosa de Estudo de Associação de Genoma Amplo (GWAS), que faz o rastreio de todo o ADN das plantas para procurar pequenas diferenças que coincidam com as diferenças na proteção contra a doença. Esta pesquisa revelou cinco regiões distintas nos cromossomas do tomateiro que estavam ligadas à eficácia do tratamento. Estas regiões localizavam-se nos cromossomas 2, 3, 4 e 12. Dentro destes bairros genéticos, os investigadores identificaram vários genes candidatos que provavelmente controlam a resposta da planta. Estes genes incluíam instruções para a fabricação de proteínas que atuam como sensores para detetar ameaças, proteínas que ajudam a enviar sinais de alerta e enzimas que constroem barreiras físicas contra o patógeno. Curiosamente, alguns destes genes eram os mesmos que o tratamento era conhecido por ativar, tais como aqueles que produzem enzimas para decompor as paredes celulares fúngicas ou aqueles que gerem o stress oxidativo.

O estudo também destacou que o ambiente importa. Embora algumas regiões genéticas fossem importantes em todas as condições, outras pareciam importar mais em túneis ou épocas específicas, sugerindo que o melhor par genético para um agricultor pode depender do seu clima local. Os investigadores não encontraram apenas as localizações; também analisaram a função dos genes nesses locais. Descobriram que os tomates mais eficazes possuíam versões específicas de genes que codificam proteínas como beta-1,3-glucanases e glutathione S-transferases. Estas são as ferramentas que a planta utiliza para combater a infeção assim que o alarme é levantado. O facto de as plantas mais responsivas possuírem estas ferramentas genéticas específicas sugere que os programas de melhoramento podem agora focar-se na seleção destes traços. Em vez de adivinhar qual a variedade de tomate que funcionará melhor com um spray de defesa natural, os criadores podem agora procurar os marcadores genéticos específicos que garantem uma resposta forte.

Este trabalho representa a primeira vez que cientistas mapearam as regiões genéticas que determinam quão bem uma planta de tomate responde a um indutor de resistência. Antes disto, a ideia de que o ADN de uma planta poderia ditar a sua capacidade de beneficiar de um tratamento natural era largamente teórica. Agora, com estes alvos genéticos específicos identificados, o caminho a seguir para a agricultura está mais claro. Agricultores e criadores podem trabalhar em conjunto para desenvolver novas variedades de tomate que não sejam apenas resistentes à doença por si só, mas que também estejam preparadas para lutar ainda mais forte quando recebem um reforço natural. Esta abordagem oferece uma forma de reduzir a dependência de fungicidas químicos, oferecendo uma solução mais duradoura e ambientalmente amigável para um dos problemas mais antigos e destrutivos da agricultura. O estudo não afirma ter resolvido inteiramente o problema da requima, mas forneceu o mapa essencial necessário para cultivar a próxima geração de culturas resilientes.