Xanthomonas phaseoli pv. manihotis : avaliação de genótipos de mandioca quanto à resistência e desenvolvimento de novos métodos de detecção

Abstract

A cultura da mandioca desempenha papel de grande relevância econômica e social, sendo amplamente cultivada devido à robustez e à capacidade da planta de tolerar estresses hídricos. No entanto, a produção está sujeita a adversidades que podem comprometer seu potencial produtivo, destacando-se a bacteriose da mandioca, causada por Xanthomonas phaseoli pv. manihotis (Xpm). Essa doença é uma séria ameaça à produção nacional de mandioca, sendo uma das mais importantes da cultura e figurando entre as dez principais bacterioses globais em termos científicos e econômicos. Diante desse cenário, o presente estudo tem como objetivo aprofundar o conhecimento sobre a bacteriose da mandioca por meio do desenvolvimento de métodos sensíveis de detecção baseados na amplificação isotérmica mediada por loop (LoopMediated Isothermal Amplification – LAMP) e em imagens hiperespectrais (Hyperspectral Imaging - HSI) combinadas com aprendizado de máquina, além de avaliar a resistência de genótipos de mandioca à bacteriose. Os genótipos avaliados pertencem ao banco de germoplasma da UnB e da EMBRAPA Cerrados. Para os testes, foram utilizados isolados da coleção do Laboratório de Bacteriologia Vegetal e novos isolados foram obtidos em áreas produtoras de mandioca em diferentes regiões do país. Os DNAs de todos os isolados foram extraídos e quantificados. A partir da análise comparativa dos genomas de Xpm e outras espécies do gênero Xanthomonas, foram desenhados primers específicos para detecção por LAMP. Além disso, imagens hiperespectrais de folhas sadias e infectadas foram utilizadas para o treinamento e teste de seis modelos de aprendizado de máquina: Decision Tree (DT), Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM), K-Nearest Neighbors (KNN), Extreme Gradient Boosting (XGBoost) e Multi-Layer Perceptron (MLP). Para a avaliação da resistência de 11 genótipos de mandioca, as plantas foram cultivadas em casa de vegetação e inoculadas com o isolado de Xpm UnB 17 e submetidas a avaliações periódicas da severidade e do índice da doença. O teste LAMP desenvolvido neste estudo demonstrou alta sensibilidade, detectando até 100 fg de DNA do isolado tipo (IBSBF 278), e alta especificidade, sem reações cruzadas com outras espécies bacterianas ou patovares, amplificando apenas isolados de Xpm. O método foi eficiente para detectar Xpm em folhas de mandioca infectadas e maceradas, sem necessidade de tratamento adicional das amostras, sendo adequado para monitoramento da doença em laboratório e campo. A avaliação da resistência de genótipos de mandioca revelou três grupos: moderadamente resistentes, moderadamente suscetíveis e suscetíveis, com base na escala de severidade e na Área Abaixo da Curva de Progresso da Doença (AUDPC). Nenhum genótipo foi classificado como resistente, destacando a importância de múltiplos ensaios sob diferentes condições ambientais para compreender melhor o comportamento dos genótipos. Na análise por imagens hiperespectrais, o SVM obteve o melhor desempenho, com 91,41% de acurácia e AUC-ROC de 0,9684, seguido por MLP (87,5%), RF (76,56%) e XGBoost (80,08%). KNN e DT tiveram os piores resultados, com acurácias de 70,31% e 71,88%, respectivamente. Esses resultados indicam que o HSI combinado com SVM é um método rápido e preciso para diagnosticar a bacteriose da mandioca, com potencial para aplicações em larga escala. Pesquisas futuras podem melhorar o desempenho dos modelos e explorar alternativas mais econômicas.