Phytophthora infestans desativa alarme das plantas

Cientistas revelaram como Phytophthora infestans burla mecanismos de defesa das plantas. Seu estudo mostrou que esse oomiceto utiliza enzimas especializadas para desativar o sistema de alarme das plantas antes que elas iniciem qualquer reação defensiva.

A descoberta desvenda um sofisticado mecanismo bioquímico e representa um avanço significativo na compreensão das estratégias de infecção dos oomicetos.

A equipe, liderada por cientistas das universidades de York, James Hutton Institute e Université Libre de Bruxelles, demonstrou que o patógeno secreta enzimas oxidases da família AA7, que atacam fragmentos de pectina liberados na parede celular vegetal (compostos que atuam como sinalizadores de dano e acionam a resposta imune).

As enzimas AA7 oxidam esses oligogalacturonídeos (OGs) em pontos específicos, impedindo que desencadeiem a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), um dos primeiros sinais da defesa vegetal. Com os OGs alterados, as plantas não percebem que estão sob ataque.

Alarme cortado

A ação dessas enzimas equivale a cortar os fios do alarme antes de uma invasão. P. infestans utiliza a mesma “linguagem molecular” que a planta emprega para controlar seus próprios alertas. Quando os genes responsáveis pelas AA7 foram silenciados em experimentos laboratoriais, o patógeno perdeu grande parte de sua capacidade de infectar.

As enzimas investigadas pertencem a um subconjunto específico da família AA7, classificado como Clado I. Esse grupo apresenta características estruturais únicas, como a presença de uma ligação mono-cisteinílica ao cofator flavina adenina dinucleotídeo (FAD), essencial para a atividade redox. Essa estrutura difere da forma bicovalente típica de AA7s em outros organismos e parece ter evoluído para reconhecer e oxidar especificamente OGs com alto grau de polimerização, particularmente aqueles mais eficazes em ativar o sistema imune vegetal.

Genes expressos

A pesquisa demonstrou que os genes PiAA7A, PiAA7B e PiAA7C são fortemente expressos durante as fases iniciais da infecção, atingindo níveis elevados entre 6 e 60 horas após o contato com as folhas da planta hospedeira. A presença dessas proteínas foi confirmada em locais estratégicos da infecção, como a extremidade dos tubos germinativos e os haustórios (estruturas especializadas que penetram nas células vegetais e permitem a extração de nutrientes).

O efeito da oxidação dos OGs foi validado por meio de testes com Arabidopsis thaliana e tomateiro. OGs não modificados induziram um surto oxidativo típico, enquanto OGs previamente oxidados pelas enzimas do patógeno falharam em desencadear essa resposta. Mais: a combinação de OGs nativos com oxidantes resultou em supressão do sinal imunológico, indicando que os OGs modificados interferem na detecção dos nativos.

Silenciamento genético

Para confirmar o papel central das enzimas na infecção, os pesquisadores realizaram silenciamento genético em linhagens de P. infestans, eliminando a produção de AA7s. O resultado foi uma redução significativa no tamanho das lesões em folhas de batata inoculadas.

As plantas infectadas por linhagens silenciadas desenvolveram manchas menores, com menor necrose e avanço do micélio, em comparação com plantas expostas ao patógeno original. O grau de silenciamento mostrou correlação direta com a redução da patogenicidade.

Os dados indicam que as AA7s não apenas suprimem a resposta imune, mas o fazem de forma proativa e localizada. Imagens de microscopia confocal revelaram que a enzima PiAA7A, marcada com proteína fluorescente, acumula-se nos pontos de penetração do patógeno; primeiro na extremidade dos tubos germinativos e depois ao redor dos haustórios.

Essas observações reforçam a hipótese de que as AA7s atuam precisamente nos locais onde os OGs são liberados pela degradação da parede celular. Ao oxidar os OGs nesse ponto crítico, o patógeno evita o disparo da resposta imune desde o início da invasão.

A ação ocorre no apoplasto, compartimento extracelular onde plantas também secretam suas próprias AA7s (chamadas OGOX) que regulam a intensidade da resposta ao dano. A semelhança estrutural e funcional entre as enzimas do patógeno e as da planta sugere um caso de evolução convergente. Ambas compartilham distribuição de carga positiva na superfície catalítica, preferência por OGs longos e ação específica na extremidade redutora da cadeia polimérica.

Essa convergência bioquímica aponta para uma adaptação refinada do P. infestans. O patógeno, incapaz de produzir OGs endógenos - já que não possui pectina -, direciona suas AA7s exclusivamente contra fragmentos vegetais. A seleção natural favoreceu versões da enzima capazes de explorar a mesma via química usada pela planta para regular sua defesa, revertendo-a em benefício do invasor.

Eficiência catalítica

O estudo também revelou que as AA7s oxidam OGs com grande eficiência, inclusive em condições de pH levemente ácido, como o do apoplasto. Ensaios cinéticos mostraram que a eficiência catalítica aumenta com o tamanho da cadeia de OGs, o que indica uma preferência por substratos imunologicamente mais ativos.

Diferentes isoformas da enzima apresentaram comportamentos enzimáticos distintos, com modos de regulação que incluem cooperação entre substratos e inibição por excesso.

Além de P. infestans, a pesquisa mapeou AA7s em outros oomicetos fitopatogênicos, indicando que a estratégia de desativar OGs pode estar disseminada entre diversas espécies. Em análises filogenéticas, os genes das AA7s do Clado I apareceram expandidos em patógenos de plantas, enquanto clados associados a oomicetos animais não exibem sinais de especialização para esse tipo de substrato.

Outras informações em doi.org/10.1038/s41467-025-64189-1