Resumo da notícia
- Pesquisadores identificaram quatro aminoácidos que influenciam a forma tridimensional de moléculas defensivas no tomate, explicando a maior resistência do tomate silvestre à traça-do-tomateiro.
- A filotomatina, presente no tomate silvestre, oferece proteção superior contra a praga em comparação à α-tomatina do tomate cultivado, devido à diferença na configuração espacial das moléculas.
- A variação na defesa química é controlada por genes GAME8 que produzem enzimas com quatro aminoácidos-chave, responsáveis por orientar a formação das moléculas defensivas e sua eficácia contra insetos.
Pesquisadores identificaram quatro aminoácidos que ajudam a determinar a forma tridimensional de uma molécula de defesa produzida pelo tomateiro. A descoberta explica parte da maior resistência do tomate silvestre à traça-do-tomateiro (Phthorimaea absoluta) e pode orientar, no futuro, estratégias para desenvolver plantas mais resistentes à praga.
O estudo foi publicado na revista Nature Communications e reuniu pesquisadores da China, do Brasil e de outras instituições. Entre os autores está José Maurício Simões Bento, professor da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz da Universidade de São Paulo (Esalq-USP). A pesquisa recebeu apoio da FAPESP.
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Tomate silvestre apresenta defesa mais eficiente
A equipe comparou mecanismos de defesa do tomate cultivado (Solanum lycopersicum) e do tomate silvestre (Solanum pennellii). As duas plantas produzem glicoalcaloides esteroidais, substâncias naturais que ajudam a protegê-las contra insetos herbívoros e outros organismos.
No tomate cultivado, a principal molécula analisada foi a α-tomatina. Já no tomate silvestre, os pesquisadores encontraram maior presença de filotomatina nas folhas.
As duas moléculas apresentam grande semelhança. Ainda assim, uma diferença na organização espacial de suas estruturas muda a maneira como elas interagem com organismos vivos. Essa característica recebe o nome de quiralidade.
Os experimentos mostraram que a filotomatina ofereceu maior proteção contra P. absoluta do que a α-tomatina. A equipe observou esse resultado tanto em plantas quanto em testes realizados com dieta artificial.
Segundo José Maurício Simões Bento, o resultado mostra que a defesa química das plantas depende não apenas da quantidade de uma substância, mas também da maneira como sua molécula se organiza no espaço.
“A α-tomatina e a filotomatina são moléculas extremamente semelhantes, mas diferem na configuração tridimensional. O estudo mostrou que essa diferença é biologicamente relevante.”
Quatro aminoácidos controlam a diferença
Para descobrir a origem dessa característica, os pesquisadores analisaram o gene GAME8, responsável pela produção de uma enzima envolvida na formação dos glicoalcaloides.
No tomate silvestre, os genes GAME8a e GAME8b produzem enzimas semelhantes, mas com comportamentos diferentes. A enzima produzida por GAME8a favorece a formação da configuração molecular associada à filotomatina. Já a produzida por GAME8b favorece a configuração relacionada à α-tomatina.
No tomate cultivado, as duas cópias de GAME8 analisadas apresentam sequências codificadoras idênticas e favorecem a formação da configuração associada à α-tomatina.
A equipe então procurou entender o que fazia essas enzimas apresentarem comportamentos diferentes. O trabalho apontou quatro aminoácidos localizados próximos à cavidade catalítica da enzima.
Esses aminoácidos ajudam a posicionar a molécula precursora dentro da enzima. Assim, uma pequena alteração nessa região muda a orientação do composto durante a reação química e determina qual configuração espacial será formada.
Em termos simples, uma diferença genética modifica a enzima. Essa alteração muda a posição da molécula dentro dela e, consequentemente, determina a configuração final do composto. A mudança também influencia a eficiência da defesa contra determinado inseto.
O estudo, portanto, relaciona uma alteração muito pequena na estrutura da enzima a uma diferença observável na resistência do tomateiro.
Resistência varia conforme a praga
O resultado, porém, não significa que a filotomatina seja mais tóxica para todos os insetos.
Os pesquisadores também testaram os compostos contra Spodoptera litura, uma espécie capaz de se alimentar de diferentes plantas. Nesse caso, filotomatina e α-tomatina apresentaram efeitos defensivos semelhantes.
Essa diferença tem importância para a agricultura. Uma molécula que aumenta a proteção contra uma praga específica pode não produzir o mesmo efeito contra outros insetos.
Os pesquisadores consideram que a explicação pode estar na forma como cada configuração molecular interage com alvos específicos dentro do organismo do inseto. Por isso, a maior eficiência observada contra P. absoluta não representa uma resistência geral do tomateiro.
A pesquisa também aponta uma possível relação evolutiva. O tomate silvestre S. pennellii consegue produzir diferentes configurações desses compostos em tecidos distintos. Para os autores, essa característica pode estar relacionada às interações entre a planta e os herbívoros que a atacam.
Ainda assim, os pesquisadores tratam essa interpretação com cautela. As evidências são correlacionais, e uma demonstração definitiva de coevolução exigiria novos estudos.
Descoberta pode orientar edição genética
A identificação dos quatro aminoácidos abre uma possibilidade de aplicação agrícola. Em princípio, os pesquisadores podem modificar a enzima GAME8 para favorecer a produção de filotomatina no tomate cultivado.
Segundo Jiancai Li, um dos coordenadores do estudo, as tecnologias atuais de edição genética permitem modificar os quatro pontos identificados sem necessariamente introduzir genes de outra espécie.
Essa possibilidade, entretanto, ainda está distante de representar uma nova cultivar disponível ao produtor.
Antes de qualquer aplicação comercial, os pesquisadores precisam avaliar como a alteração afetaria outras pragas e características agronômicas e alimentares. Também será necessário analisar possíveis efeitos sobre a qualidade do fruto, o sabor e as propriedades antinutricionais.
Além disso, o desempenho observado contra P. absoluta não garante proteção equivalente contra outros insetos que atacam a cultura.
Por enquanto, o principal resultado do trabalho está na identificação do mecanismo. Os pesquisadores demonstraram que quatro aminoácidos da enzima GAME8 podem alterar a configuração dos glicoalcaloides produzidos pelo tomateiro e, com isso, modificar sua resistência a uma praga especializada.
A descoberta cria uma possível rota para futuras estratégias de melhoramento e biotecnologia. No entanto, novos experimentos ainda precisam determinar se esse mecanismo poderá resultar em uma variedade comercial de tomate mais resistente.
Fonte: Agência FAPESP