Primeira transferência de gene conhecida de planta para inseto identificada

A descoberta de que uma mosca-branca usa um gene vegetal roubado para iludir as defesas de seu hospedeiro pode oferecer um caminho para novas estratégias de controle de pragas.

• 
  

Algumas moscas-brancas usam genes de plantas para tornar as toxinas em seus alimentos inofensivas. Crédito: Getty

Uma praga agrícola perniciosa deve parte de seu sucesso a um gene roubado de sua planta hospedeira há milhões de anos.

A descoberta, relatada hoje na Cell ¹ , é o primeiro exemplo conhecido de uma transferência natural de um gene de uma planta para um inseto. Isso também explica uma razão pela qual a mosca-branca Bemisia tabaci é tão adepta de mastigar plantações: o gene que ela roubou das plantas permite que ela neutralize uma toxina que algumas plantas produzem para se defender contra insetos.

Os primeiros trabalhos sugerem que a inibição desse gene pode tornar as moscas brancas vulneráveis ​​à toxina, fornecendo uma rota potencial para combater a praga. “Isso expõe um mecanismo através do qual podemos inclinar a balança a favor da planta”, diz Andrew Gloss, que estuda as interações planta-praga na Universidade de Chicago, em Illinois. “É um exemplo notável de como estudar a evolução pode informar novas abordagens para aplicações como proteção de cultivos.”

A diminuta mosca branca – que está mais intimamente relacionada aos pulgões do que às moscas – causa estragos agrícolas em todo o mundo. Bemisia tabaci está entre as pragas de plantas mais destrutivas: as moscas-brancas absorvem a seiva açucarada de centenas de tipos de plantas, ao mesmo tempo em que excretam uma substância pegajosa e doce chamada melada, que serve como terreno fértil para o mofo. As moscas brancas também são vetores de mais de 100 vírus de plantas patogênicas.

Genes roubados

Que algumas espécies de mosca-branca possam dever parte de suas proezas predatórias a genes de outros organismos não é de todo surpreendente, porque o roubo genético é comum na corrida armamentista entre plantas e suas pragas. Ao longo de milhões de anos, plantas e insetos tomaram emprestado pesadamente de genomas microbianos, às vezes usando seus genes recém-adquiridos para desenvolver estratégias defensivas ou ofensivas.

Alguns insetos, como a broca do café ( Hypothenemus hampei ), saquearam genes microbianos para extrair mais nutrição das paredes celulares de plantas difíceis de digerir ² , e um parente selvagem do trigo furtou um gene fúngico para combater uma doença fúngica chamado de ferrugem da cabeça ³ . Mas plantas e insetos não eram conhecidos por roubar uns dos outros até agora.

Fungos emprestaram gene bacteriano de novo e de novo

O entomologista Youjun Zhang da Academia Chinesa de Ciências Agrícolas em Pequim e seus colegas estavam vasculhando o B. tabaci em busca de genes roubados, quando encontraram um que parecia ter evoluído não em outros insetos ou micróbios, mas em plantas.

Estudos posteriores mostraram que o gene pode transferir um grupo químico para compostos defensivos chamados glicosídeos fenólicos. Esses compostos são feitos por muitas plantas, incluindo tomates, para afastar pragas. Mas a modificação causada pelo gene da mosca branca tornou os compostos inofensivos.

Para testar a hipótese, a equipe projetou plantas de tomate para produzir uma molécula de RNA de fita dupla capaz de interromper a expressão do gene da mosca-branca. Quase todas as moscas-brancas que posteriormente se alimentaram dessas plantas de tomate adulteradas morreram.

Esse resultado sugere um novo meio de atacar as moscas-brancas, diz Jonathan Gershenzon, ecologista químico do Instituto Max Planck de Ecologia Química em Jena, Alemanha. “Isso oferece uma enorme chance de ser específico”, diz ele. “Você pode manter as moscas brancas afastadas, mas não prejudicar os insetos benéficos, como os polinizadores”.

Batalha de plantas-pragas

A transferência de genes entre espécies pode ser difícil de provar, diz o coautor do estudo Ted Turlings, ecologista químico da Universidade de Neuchâtel, na Suíça. Para fazer isso, Zhang, Turlings e seus colegas analisaram as sequências de genes semelhantes em plantas e determinaram que o gene da mosca-branca era seu parente evolutivo. A equipe também realizou análises para mostrar que o gene estava integrado ao genoma da mosca-branca e não era resultado de amostras contaminantes de DNA de plantas.

Antibióticos devem inundar os problemáticos pomares de laranja da Flórida

Os resultados foram surpreendentes, mas convincentes, diz Yannick Pauchet, entomologista molecular também do Instituto Max Planck de Ecologia Química. “De acordo com os dados que eles fornecem, a transferência horizontal de genes é a explicação mais parcimoniosa”, diz ele.

Mas como a mosca-branca conseguiu roubar um gene de planta não está claro. Uma possibilidade, diz Turlings, é que um vírus tenha servido como intermediário, transportando material genético de uma planta para o genoma da mosca-branca.

À medida que os pesquisadores sequenciam mais genomas, é possível que eles descubram mais exemplos de transferência de genes entre plantas e animais, diz Gloss.

“Os insetos que pegam os genes das próprias plantas são apenas a última parte do arsenal que ainda não encontramos”, diz ele. “Na batalha entre as plantas e suas pragas ou patógenos de insetos, há genes sendo extraídos de toda a árvore da vida.”

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00782-w

Referências

1. Xia, J. et ai. Celular https://10.1016/j.cell.2021.02.014 (2021).

   Artigo   Google Scholar  

2. Acuña, R. et ai. Proc. Natl Acad. Sci. EUA 109 , 4197-4202 (2012).

   PubMed   Artigo   Google Scholar  

3. Wang, H. et ai. Science 368 , eaba5435 (2020).