The microbial community living within the rust fungus Uromyces hawksworthii assessed through metagenome analysis

Os fungos da ferrugem estão entre os patógenos de plantas mais bem-sucedidos da Terra, infectando culturas e plantas silvestres com um ciclo de vida complexo que frequentemente requer dois hospedeiros diferentes para se completar. Esses fungos produzem vários tipos distintos de esporos em diferentes estágios de seu desenvolvimento, incluindo aeciósporos e teliósporos, que servem como o veículo para a propagação da doença. Por décadas, os cientistas sabem que esses esporos não são estéreis; eles frequentemente abrigam uma comunidade oculta de outros microrganismos, incluindo bactérias e fungos, que vivem sobre ou dentro deles. Alguns desses vizinhos são hiperparasitas, organismos que se alimentam do próprio fungo da ferrugem. Compreender exatamente quem vive dentro desses esporos e como suas comunidades mudam conforme o fungo da ferrugem amadurece poderia revelar novas formas de gerenciar essas doenças vegetais destrutivas, potencialmente incentivando os inimigos naturais da ferrugem a realizar o trabalho de controle.

Em um estudo recente, pesquisadores buscaram mapear este mundo invisível dentro do fungo da ferrugem Uromyces hawksworthii, uma espécie que infecta plantas da família do visco. A equipe focou em dois estágios específicos da vida da ferrugem: o aecio, que produz aeciósporos, e o telio, que produz teliósporos. Embora esses dois estágios tivessem sido anteriormente distinguidos apenas por sua aparência física sob um microscópio, os pesquisadores suspeitavam que as comunidades microbianas que vivem dentro deles poderiam ser fundamentalmente diferentes. Para descobrir, eles coletaram esporos de folhas infectadas no Brasil e usaram uma poderosa técnica de sequenciamento genético para ler o DNA de cada bactéria e fungo presente nas amostras. Essa abordagem permitiu identificar os tipos específicos de micróbios sem a necessidade de cultivá-los em laboratório, fornecendo um censo abrangente dos residentes microbianos.

A análise revelou que, embora alguns grupos de bactérias e fungos fossem comuns a ambos os estágios do fungo da ferrugem, a composição geral dessas comunidades mudava dramaticamente conforme a ferrugem amadurecia. No estágio inicial do aecio, a comunidade bacteriana era dominada por dois grupos principais, Proteobacteria e Actinobacteria, e mostrava uma maior variedade de diferentes tipos bacterianos. No entanto, conforme a ferrugem progredia para o estágio do telio, o cenário bacteriano mudava, com Firmicutes e Cyanobacteria tornando-se muito mais proeminentes. Os residentes fúngicos mostraram um padrão de mudança semelhante. Embora certas classes de fungos estivessem presentes em ambos os estágios, a fase do telio abrigava um número significativamente maior de diferentes tipos de fungos, incluindo grupos como Exobasidiomycetes e Pucciniomycetes, que eram muito menos comuns na fase anterior do aecio.

Essas descobertas sugerem que a comunidade microbiana dentro de um esporo de ferrugem não é estática, mas evolui junto com o próprio fungo. Os pesquisadores descobriram que as diferenças nessas populações microbianas eram tão distintas que poderiam ser usadas para distinguir os estágios de aecio e telio, mesmo ao observar apenas os dados genéticos. Essa distinção é crucial porque implica que o ambiente dentro do esporo muda de maneiras que favorecem diferentes tipos de hiperparasitas em diferentes momentos. Por exemplo, a maior diversidade de bactérias na fase do aecio e a maior diversidade de fungos na fase do telio podem indicar que esses estágios são mais suscetíveis à infecção por micróbios específicos nesses períodos, ou que fornecem recursos mais ricos para eles. Ao compreender essas mudanças microbianas específicas, os cientistas poderão, eventualmente, identificar quais inimigos naturais são mais eficazes em atacar fungos da ferrugem em pontos específicos de seu ciclo de vida, oferecendo uma abordagem mais direcionada para o controle biológico.

O estudo também confirmou que as estruturas físicas dos esporos, como seus poros de germinação e paredes protetoras, desempenham um papel na forma como essas comunidades se organizam. Os pesquisadores observaram que fungos hiperparasitas frequentemente entram por essas aberturas específicas, e a natureza mutável da parede do esporo e de seu conteúdo químico conforme a ferrugem se desenvolve provavelmente influencia quais micróbios podem sobreviver e prosperar. Embora o artigo não afirme ter resolvido o problema das doenças da ferrugem, ele fornece um quadro claro e baseado em dados de como o mundo microbiano dentro desses esporos é estruturado. Os resultados indicam que as fases de aecio e telio não são apenas morfologicamente diferentes, mas são ambientes ecologicamente distintos, cada um sustentando uma comunidade única de bactérias e fungos que poderia ser aproveitada para proteger culturas e ecossistemas naturais de esses patógenos persistentes.