Upregulation of chitinase and β-1,3-glucanase enzymes and modulation of biochemical defense response by fungal endophytes against Rhizoctonia solani in cotton

O algodão é mais do que apenas um tecido; é um motor agrícola global, com a Índia sozinha cultivando quase metade dos campos de algodão do mundo. No entanto, esta cultura vital enfrenta um inimigo silencioso e subterrâneo. Um fungo microscópico chamado Rhizoctonia solani vive no solo, esperando para atacar jovens plântulas de algodão. Ele causa uma condição conhecida como tombamento (damping-off), onde os caules das plântulas apodrecem na base, fazendo com que elas colapsem e morram antes mesmo de conseguirem se estabelecer. Por décadas, os agricultores combateram este inimigo com fungicidas químicos, mas esses produtos podem prejudicar o solo e os micróbios benéficos que nele vivem, enquanto o próprio fungo pode, eventualmente, aprender a resistir a eles. A natureza, contudo, oferece um tipo diferente de solução. Escondidos dentro dos tecidos de plantas saudáveis estão fungos microscópicos chamados endófitos. Estes não são invasores; são residentes permanentes e inofensivos que vivem dentro da planta sem causar doenças. Em muitos casos, esses convidados internos atuam como guardiões, produzindo compostos que repelem pragas ou desencadeiam o próprio sistema imunológico da planta para que ela esteja pronta para um ataque.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto Central de Pesquisa de Algodão em Nagpur, Índia, propôs-se a verificar se poderiam usar esses guardiões internos para proteger o algodão do fungo mortal do solo. Eles focaram em três tipos específicos de endófitos fúngicos que haviam encontrado anteriormente vivendo dentro de plantas de algodão saudáveis. Os cientistas queriam saber se poderiam despertar as defesas naturais da planta de algodão antes mesmo que o inimigo chegasse. Para fazer isso, pegaram sementes de algodão e as mergulharam em um líquido contendo esporos desses fungos benéficos, um processo conhecido como biopriming de sementes. Esta etapa essencialmente deu às sementes uma vantagem inicial, revestindo-as com seus novos aliados microscópicos. Eles então plantaram essas sementes tratadas em solo infectado com o fungo causador da doença, ao lado de sementes que não receberam nenhum tratamento. O objetivo era observar como as plantas tratadas se saíam contra a infecção e entender exatamente o que acontecia dentro das células da planta para torná-las mais fortes.

Os resultados mostraram que a estratégia funcionou de forma notável. As sementes tratadas com os fungos benéficos cresceram como plântulas que tinham muito mais probabilidade de sobreviver ao ataque do que as não tratadas. De fato, as sementes tratadas com um endófito específico, Daldinia eschscholtzii, mostraram as maiores taxas de germinação, com 91 por cento delas brotando com sucesso mesmo na presença da doença, comparado a apenas 67 por cento das sementes não tratadas em solo infectado. Mas a história vai além das taxas de sobrevivência. Os pesquisadores examinaram o interior dos tecidos das plantas sobreviventes para ver quais mudanças bioquímicas haviam ocorrido. Eles descobriram que as plantas tratadas estavam, essencialmente, em um estado de alerta máximo. Elas acumularam níveis significativamente mais altos de proteínas e açúcares, que servem como os blocos de construção e o combustível para a maquinaria de defesa da planta. As plantas também produziram muito mais compostos fenólicos, que atuam como antissépticos naturais e ajudam a fortalecer as paredes celulares da planta, tornando mais difícil para o fungo invasor romper a barreira.

O estudo também mediu a atividade de enzimas específicas, que são as ferramentas que a planta usa para lutar. As plantas tratadas mostraram um surto de atividade antioxidante, que ajuda a neutralizar as substâncias químicas prejudiciais que o fungo da doença libera para danificar a planta. Uma enzima, chamada catalase, que ajuda a decompor subprodutos tóxicos da própria resposta imunológica da planta, foi particularmente ativa nas plantas tratadas com Daldinia eschscholtzii. Outra enzima, a peroxidase, que está envolvida no endurecimento das paredes celulares da planta, também foi altamente ativa, especialmente em plantas tratadas com um outro endófito chamado Trichoderma sulphureum. Talvez o mais revelador fosse a evidência genética. Os pesquisadores examinaram os genes responsáveis pela produção de quitinase e beta-1,3-glucanase, duas armas poderosas que as plantas usam para desmantelar as paredes celulares fúngicas. Nas plantas tratadas com os fungos benéficos, as instruções para fabricar essas armas foram ativadas com incrível velocidade e intensidade. Em quinze dias após o plantio, a atividade do gene para quitinase havia aumentado em até vinte e seis vezes nas plantas tratadas com Daldinia eschscholtzii, enquanto o gene para beta-1,3-glucanase mostrou um aumento de nove vezes. Isso sugere que os fungos benéficos não apenas combateram a doença diretamente, mas ensinaram a planta de algodão a lutar por si mesma.

Os pesquisadores observaram que essa resposta de defesa não foi um evento único, mas um esforço coordenado que evoluiu ao longo do tempo. Embora os sinais genéticos fossem mais fortes nos primeiros dias da vida da planta, as defesas bioquímicas, como o acúmulo de açúcares e proteínas, continuaram a aumentar conforme as plantas envelheciam. Isso indica que os fungos benéficos prepararam a planta para estar pronta para um ataque imediatamente e, depois, ajudaram a sustentar essa defesa à medida que a planta amadurecia. O estudo não constatou que os fungos benéficos eliminaram totalmente o fungo da doença, mas sim que reduziram significativamente o dano que ele poderia causar. As plantas tratadas com os endófitos não eram imunes, mas eram resilientes o suficiente para sobreviver e crescer onde as plantas não tratadas teriam perecido. Esta abordagem oferece uma alternativa promissora aos sprays químicos, baseando-se na parceria natural entre as plantas e a vida microscópica que elas hospedam. Ao simplesmente mergulhar as sementes em uma solução desses fungos úteis, os agricultores poderiam potencialmente proteger suas culturas usando um método que é ao mesmo tempo eficaz e gentil com o meio ambiente, transformando os próprios aliados internos da planta de algodão em sua primeira linha de defesa contra um inimigo persistente e destrutivo.