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).

Estudo estima eficiência em campo de insetos que parasitam pragas agrícolas

05 de março de 2016.

Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Um grupo de mais de 30 espécies de vespas do gênero Trichogramma é um dos mais utilizados hoje no mundo em programas de controle biológico por países que são grandes produtores agrícolas, como o Brasil, para combater pragas que atacam culturas como cana-de-açúcar, milho, soja, algodão e tomate.

Contudo, a avaliação do desempenho em campo de linhagens de uma mesma espécie dessas vespas, que parasitam mais de 200 espécies de pragas da ordem Lepidoptera – como as lagartas que atacam as lavouras –, é difícil em razão de seu tamanho, de aproximadamente 0,5 milímetro.

Pesquisadores da Esalq usam marcadores genéticos para avaliar capacidade de linhagens de microvespas parasitarem pragas agrícolas (foto: vespas do gênero Trichogramma/Esalq).

 

 

O tamanho diminuto e o fato de serem parasitoides impossibilitam, por exemplo, marcá-las com um corante antes de serem liberadas em uma lavoura, para verificar posteriormente se fixaram se dispersaram pela plantação e se estão controlando uma determinada praga que se deseja eliminar.
Pesquisadores da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" da Universidade de São Paulo (Esalq-USP), em colaboração com colegas da University of California em Riverside, nos Estados Unidos conseguiram superar essa barreira ao estimar o sucesso em campo da liberação de linhagens de vespas Trichogramma pretiosum Riley, usada largamente no Brasil para controlar pragas da soja e do tomate, usando uma técnica de biologia molecular.
Resultado de uma pesquisa de doutorado realizada com Bolsa da FAPESP, a aplicação do método foi descrita em um artigo publicado na revista PLoS One.
“A técnica de biologia molecular que usamos para estimar o desempenho em campo de linhagens de Trichogramma pretiosum Riley talvez possa ser usada em outras espécies de Trichogramma”, disse Aloisio Coelho Junior, autor da pesquisa, à Agência FAPESP.

De acordo com ele, que realizou a pesquisa sob orientação do professor José Roberto Postali Parra, da Esalq-USP, a técnica consiste no uso de fragmentos do DNA mitocondrial como marcadores genéticos para diferenciar linhagens de Trichogramma pretiosum Riley e estimar as que podem ter melhor ou pior desempenho em campo.
Para desenvolver a técnica, os pesquisadores sequenciaram e classificaram por meio de um método de análise de laboratório chamado PCR de tempo real os pares de base do DNA mitocondrial das linhagens de Trichogramma pretiosum Riley.
Ao fazer isso, observaram que as linhagens apresentavam uma diferença muito nítida em um fragmento da CO1 – gene do DNA mitocondrial–, que possuíam três “tipos raros”, com potencial de serem usados como marcadores genéticos.

Com base nessa constatação, eles criaram, por meio de uma série de cruzamentos, 45 linhagens diferentes dos três “tipos” mitocondriais de Trichogramma pretiosum Riley, sendo 15 de cada tipo mitocondrial.
“Criamos linhagens puras, marcadas com esses fragmentos de DNA mitocondrial”, explicou Aloisio.

Teste em campo

As 45 linhagens do inseto foram classificadas em três categorias – melhor, intermediário e pior –, de acordo com o tamanho médio de sua prole e a proporção de descendentes do sexo feminino, que são fatores determinantes para desempenho do inseto no ataque às pragas agrícolas.

A fim de avaliar se os fragmentos de DNA mitocondrial das células do Trichogramma pretiosum Riley poderiam ser usadas como marcadores do inseto para analisar seu desempenho em campo, os pesquisadores fizeram um experimento em que lançaram linhagens de cada uma das três categorias do inseto com perfis diferentes de DNA mitocondrial em uma plantação de milho para quantificar o quanto eram capazes de parasitar ovos da praga Ephestia kuehniella, conhecida popularmente como traça da farinha.

Para isso, eles distribuíam pelo milharal cartelas com ovos da praga e liberavam em um ponto central da plantação as diferentes linhagens de Trichogramma pretiosum Riley previamente classificadas em laboratório de acordo com suas características reprodutivas, sendo que cada uma possuía um “tipo” mitocondrial diferente.
Um dia após o lançamento, eles recolhiam as cartelas com os ovos da traça da farinha, traziam para o laboratório e esperavam emergir o Trichogramma pretiosum Riley que parasitou o ovo.
Por meio de uma análise com PCR em tempo real, os pesquisadores analisavam o DNA mitocondrial do inseto parasitoide e identificavam a qual linhagem liberada em campo seu perfil da CO1 correspondia.
Dessa forma, conseguiram verificar quais parasitaram mais e produziam mais prole no campo, por exemplo.
“O DNA mitocondrial serviu como uma espécie de impressão digital do inseto”, comparou Aloisio.

Os resultados das análises de DNA mitocondrial indicaram que as linhagens que apresentaram melhor desempenho em laboratório, em termos de fecundidade e proporção de machos e fêmeas na prole, também foram as que demonstraram maior êxito no parasitismo em campo.

Com isso, constataram que a seleção em laboratório demonstrou ser um bom preditor do sucesso de Trichogramma pretiosum Riley em campo e que os marcadores mitocondriais representam uma boa forma de marcação de linhagens de parasitoides.
“Essa técnica de marcação pode ser bastante útil para a seleção de melhores linhagens de Trichogramma por biofábricas [empresas que produzem parasitoides para controle biológico]”, avaliou Aloisio.

As biofábricas produzem Trichogramma em ovos de mariposa parasitados pelo inseto a partir da seleção de linhagens que demonstram melhor desempenho parasitário em laboratório. Em razão da falta de um marcador é difícil avaliar se uma espécie de Trichogramma encontrada em uma determinada lavoura foi liberada pelo agricultor ou já estava presente nela e verificar se uma linhagem que apresenta um desempenho ruim em laboratório pode reverter esse quadro em campo, ou até mesmo definir o raio de ação do parasitoide, exemplificou Aloisio.

“Por meio dessa técnica de marcação é possível realizar diversos experimentos para responder a essas e outras questões”, avaliou.
O artigo Laboratory performance predicts the success of field releases in inbred lines of the egg parasitoid Trichogramma pretiosum (Hymenoptera: Trichogrammatidae) (doi: 10.1371/journal.pone.0146153), de Aloisio e outros, pode ser lido na revista PloS One em http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371%2Fjournal.pone.0146153.