Genômica funcional da interação cupuaçuzeiro (Theobroma grandiflorum) e Moniliophthora perniciosa, agente causal da vassoura de bruxa

Abstract

O Theobroma grandiflorum é uma fruteira nativa da região amazônica e parente do cacau (T. cacao). Possui um enorme potencial econômico devido aos seus múltiplos usos nas indústrias alimentícia e cosmética. A cultura do cupuaçu é gravemente afetada pelo Moniliophthora perniciosa, fungo causador da vassoura de bruxa (VB), tanto no cupuaçu quanto no cacau. O conhecimento desse fitopatossistema é fundamental para propor estratégias de controle e mitigação dos danos causados pela VB a essas culturas. Para fornecer informações sobre a resistência do cupuaçu a M. perniciosa, os perfis transcritômicos de um genótipo resistente (clone 174) e um suscetível (clone 1074) foram analisados usando a tecnologia RNA-seq. Neste estudo, apresentamos a análise do transcritoma de ambos os genótipos desafiados com M. perniciosa, em diferentes tempos de exposição ao patógeno, na fase inicial da infecção. Um total de 21.441 unigenes e 440 genes diferencialmente expressos (DEGs) foram identificados entre as diferentes condições. A análise de diferença intrínseca entre os genótipos mostrou 301 DEGs. A alteração da expressão gênica foi observada mais precocemente no genótipo suscetível 24 horas após a inoculação (hai). No genótipo resistente, a alteração foi mais acentuada às 48 hai. Este conjunto de dados permitiu a identificação de genes potencialmente envolvidos nos mecanismos de defesa, entre eles: receptores de reconhecimento de padrões (PRRs); fatores de transcrição; proteínas relacionadas à patogênese (PRs); proteínas relacionadas ao remodelamento da parede celular; genes relacionados ao acúmulo de espécies reativas de oxigênio (ROS) e vias de terpenos. A análise da assinatura dos fitohormônios, em cada condição, revelou uma influência hormonal significativa nas respostas dos genótipos. Os genótipos diferiram principalmente em relação às respostas de auxina, citocinina, ácido salicílico e brassinosteróides. Este é o primeiro estudo de transcriptoma em larga escala de T. grandiflorum, que além de conhecimento sobre o processo de resistência, gerou uma lista de genes potencialmente importantes neste processo. Três genes desta lista foram selecionados para avaliação funcional por expressão heteróloga em tomate Micro-Tom (MT): 1) TgERF9 que codifica para um fator de transcrição, 2) TgTPL1 que codifica para uma proteína semelhante a taumatina e 3) TgPR10.1. As plantas transformadas, expressando o gene de interesse, foram desafiadas com fungos fitopatogênicos hemibiotróficos (Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici raça 3 e Verticillium dahliae raça 2 e um fungo necrotrófico (Sclerotinia sclerotiorum). As plantas MT_TgERF9 e MT_TgPR10.1 foram desafiadas com M. perniciosa. Além disso, foi realizado um estudo da localização de transcritos de TgPR10.1 nos tecidos da gema apical de cupuaçuzeiro, via hibridização in situ (ISH). Todos os patógenos foram capazes de colonizar os tecidos das plantas transformadas e não transformadas. Contudo, apesar de ser visível o escurecimento interno do caule nas plantas inoculadas com Verticillium e Fusarium, não foram observados sintomas de murcha, mesmo em situação de déficit hídrico. Além disso, o crescimento das plantas e a produção de frutos não foram alterados em função da infecção. No entanto, as plantas transformadas com TgERF9 e TgTLP1 apresentaram uma tendência a serem menores e menos produtivas. Os bioensaios com folhas destacadas indicam que a expressão de TgTLP1 aumentou a suscetibilidade de MT ao fungo S. sclerotiorum. Plantas MT_TgPR10.1 apresentaram resistência moderada a S. sclerotiorum. A expressão deste gene em MT não afetou o desenvolvimento da VB. Entretanto, MT_TgPR10.1 apresentou alteração na altura, indicando alteração de balanço hormonal. No que se refere a localização dos transcritos de TgPR10.1 em cupuaçu, foi possível identificar a expressão deste gene nos tricomas, no procâmbio, no meristema e nas células da epiderme dos primórdios foliares. A presença destes transcritos, particularmente no procâmbio, indica um papel desta PR no desenvolvimento e crescimento da planta, os quais são afetados por citocininas que são reguladores centrais da atividade cambial. Considerando que no desenvolvimento da VB, a hiperplasia e hipertrofia de tecidos são sintomas típicos da doença, o envolvimento deste gene no processo pode ser relevante. O banco de dados gerados pelo sequenciamento, o conhecimento gerado sobre os mecanismos de defesa nos estágios iniciais da interação Cupuaçu - M. perniciosa e o estudo de função de genes envolvidos nesses mecanismos podem ser recursos valiosos para análises mais profundas, fornecendo maiores esclarecimentos sobre os mecanismos envolvidos na resistência e suscetibilidade em cupuaçuzeiros, subsidiando o desenvolvimento de programas de melhoramento e de estratégias de controle de VB.