Fonte: Phys Org

A forma como os tomateiros se defendem contra um vírus “jovem” devastador da África Austral foi agora investigada a nível de genética molecular pela primeira vez por investigadores da Universidade de Joanesburgo (UJ).

O gene Ty-1 é conhecido por conferir resistência ao conhecido vírus do enrolamento da folha amarela do tomate (TYLCV). Os pesquisadores da UJ investigaram o que acontece quando os tomateiros que abrigam o gene Ty-1 são infectados com o relativamente desconhecido vírus do tomate encaracolado (ToCSV). Eles encontraram uma ligação entre a tolerância ao ToCSV, uma defesa da planta chamada metilação do DNA viral, e a atividade do gene Ty-1. A pesquisa foi publicada em Frontiers in Plant Science .

Para saber mais sobre como isso acontece, eles usaram técnicas de laboratório chamadas conversão de bissulfito e amplificação por PCR, juntamente com uma abordagem de sequenciamento de vírus do genoma completo de próxima geração.

Vírus jovem viajando

Muitos patógenos atacam o tomateiro, que produz a terceira maior cultura vegetal do mundo, depois da batata e da mandioca.

O vírus do tomate encaracolado originou-se na África do Sul há cerca de 30 anos e é transmitido pela mosca branca. O vírus pode destruir uma colheita inteira de tomate, especialmente se um número suficiente de plantas estiver infectada numa fase jovem. Também foi encontrado no país vizinho, Moçambique.

O Young Tomato Curly Stunt Virus (ToCSV) é semelhante ao vírus estabelecido do tomate Yellow Leaf Curl (TYLCV) no nível do DNA.

Mas relativamente pouco se sabe sobre quaisquer “ferramentas” que os tomateiros possam usar para se defenderem contra o ToCSV, diz a Dra. Farhahna Allie, principal autora do estudo. Dr. Allie é pesquisadora do Departamento de Bioquímica da UJ.

Truque do cavalo de Tróia dentro das plantas

Os vírus atacam as plantas desde o início dos tempos. Mas ainda têm de enganar as plantas para se replicarem e causarem doenças, diz o Dr. Gerrit Koorsen, co-autor do estudo.

“Geminivírus como o ToCSV não têm a capacidade de fazer cópias de si mesmos e depois se espalhar para outros lugares. Eles dependem completamente da planta para isso. O vírus tem que enganar a planta, fazendo-a ‘pensar’ que a planta está produzindo mais de seu próprio ADN.

“Então o vírus é como um Cavalo de Tróia dentro da planta. A planta está replicando o DNA viral ‘sem saber, ‘cuidando da infecção’ e espalhando a doença causada pelo vírus”, afirma.

Atacando o DNA dentro do vírus

Na batalha contínua entre plantas e vírus, as plantas “descobriram” que é muito eficaz concentrar o seu contra-ataque no DNA dentro dos vírus.

Para o estudo, os pesquisadores usaram uma variedade de tomate suscetível ao ToCSV e outra variedade que pode tolerá-lo.

A variedade suscetível possui uma série de defesas em sua caixa de ferramentas contra outros patógenos, mas não consegue superar o ToCSV, diz Allie. O ToCSV pode infectar totalmente esta variedade.

Estudar a forma como as plantas respondem a um novo vírus como o ToCSV é crucial para identificar formas de criar culturas resistentes.

Gene de resistência Ty-1

“A variedade de tomate tolerante tem uma base genética semelhante à variedade suscetível, mas é melhor para ativar o gene de resistência Ty-1, o que a variedade suscetível tem dificuldade em fazer”, diz Allie.

“O gene Ty-1 é conhecido por ser o principal gene de resistência em tomates contra o vírus do enrolamento da folha amarela do tomate (TYLCV). O vírus ‘jovem’ ToCSV é semelhante ao TYLCV em termos de seu genoma, e Ty-1 pode, portanto, muito bem ser responsável pela tolerância ou resistência contra o ToCSV também.

“Como um primeiro passo para explorar a ligação entre resistência e tolerância e o gene Ty-1, queríamos ver se a planta tolerante usa a ‘ferramenta’ de metilação do DNA para combater a doença do tomate encaracolado”, diz ela.

Desligando o DNA viral

“Imagine o DNA de um vírus do tomate encaracolado como um pequeno elástico”, diz Koorsen. “Quando a mosca branca se alimenta da planta, ela transfere milhares desses elásticos de DNA para as células da planta.

“Vamos comparar uma célula de uma planta que é suscetível ao ToCSV, com uma célula de um tomateiro que pode tolerar o ToCSV até certo ponto. Na célula vegetal tolerante, o gene Ty-1 é muito ativo.

“Considerando os dados que analisamos neste estudo, acreditamos que a atividade do Ty-1 pode estar ligada à capacidade das plantas de marcar áreas específicas no ‘elástico’ do DNA viral e ‘desligá-las’, para que o vírus não possa produzir mais se estiver dentro da célula vegetal”, diz Koorsen.

As ‘etiquetas’ são grupos metil . Cada grupo metil é um átomo de carbono e três átomos de hidrogênio. As tags se ligam às sequências de letras CG, CHH e CHG no DNA viral. O processo de ‘marcação’ é chamado de metilação, um mecanismo de defesa conhecido nas plantas.

Com o tempo, numa célula vegetal tolerante, vêem-se cada vez mais etiquetas em partes críticas do ADN do vírus, e o vírus deixa de se replicar ou replica-se lentamente. Isso é chamado de silenciamento epigenético causado pela metilação.

Enquanto isso, na célula vegetal suscetível, o gene de resistência Ty-1 é menos ativo. Assim, os milhares de vírus infectantes da mosca branca podem replicar-se dentro da célula vegetal. Com o tempo, há cada vez mais vírus na planta e a planta fica completamente infectada.

Acelerando as defesas

“Agora temos uma parte da ‘caixa de ferramentas de defesa do tomate’. Estou animado para explorar quais outras ferramentas de defesa os tomateiros têm e como essas ferramentas se unem”, diz Allie.

Como a batalha entre os vírus e as plantas não tem fim, o vírus do tomate encaracolado acabará por sofrer mutação, os tomateiros reagirão e as técnicas computacionais emergentes criarão novas opções no melhoramento de plantas, diz Koorsen.

Até agora, as defesas de uma variedade de tomate foram comparadas com as de outra variedade utilizando análises estatísticas padrão, acrescenta.

Koorsen espera explorar o aprendizado de máquina (ML) e métodos emergentes de IA para comparar também variedades de tomate.

“Estou entusiasmado em saber como podemos usá-los para obter mais informações sobre as defesas das plantas, usando os gigabytes de dados biológicos gerados em estudos como este”, diz ele.