Padrões de Expressão

A expressão de genes de defensinas em plantas é muito complexa, uma vez que diferentes padrões de expressão podem refletir diferentes funções. Com base no padrão de expressão de defensinas em tecidos de diferentes espécies verificou-se que sua expressão ocorre tanto em sementes como em tecidos periféricos, tais como frutos, tubérculos, raízes, folhas e órgãos florais. Além disso, existe uma diferença de expressão das defensinas conforme o tecido e/ou tipo de estímulo. Por exemplo, muitas defensinas são expressas em abundância em sementes (Terras et al., 1995), enquanto outras são reguladas pelo desenvolvimento (Vanoosthuyse et al., 2001) ou induzidas por diferentes fatores de estresses abióticos (Koike et al., 2002), micróbios patogênicos (e.g. Zimmerli et al., 2004) e moléculas sinalizadoras (Hanks et al., 2005). A maioria das defensinas está concentrada principalmente em células periféricas e células estomáticas em plantas, o que é consistente com seu papel na

47 proteção contra patógenos (Terras et al., 1995; Lay & Anderson, 2005; Carvalho & Gomes, 2009). No entanto, a maior parte das defensinas vegetais isoladas na primeira metade da década de 1990 foi derivada de sementes (Thomma et al., 2002). Para sementes de rabanete foi mostrado que, apesar das defensinas representarem apenas 0,5% das proteínas totais das sementes, elas representaram cerca de 30% das proteínas liberadas mediante injúria mecânica (Terras et al. 1995), aumentando a viabilidade da germinação e da plântula (Terras et al., 1995; Carvalho & Gomes, 2009). Carvalho et al. (2006) analisaram a expressão de VUDEF durante o desenvolvimento da semente de V. unguiculata e observaram um padrão similar de acumulação de transcritos de defensinas. Outro exemplo veio de Balandıín et al. (2005) que relataram a expressão do gene de defensina ZmESR-6 durante o desenvolvimento precoce de sementes de milho, provavelmente com a função de proteger o embrião. Defensinas foram encontradas em camadas de células periféricas dos órgãos da flor do tabaco (Gu et al., 1992) e na camada de células epidérmicas e primórdios foliares de tubérculos de batata (Moreno et al. 1994); em células estomáticas e nas paredes das células que revestem as cavidades subestomática de folhas de beterraba (Kragh et al., 1995).

Genes de defensina induzidos após infecção por patógeno têm sido identificados em diversas espécies. Em rabanete, duas isoformas de defensinas (Rs-

AFP1 e Rs-AFP2) são fortemente induzidos após infecção pelo fungo Alternaria brassicola (Terras et al., 1992, 1995). Também em vagens imaturas de ervilha, dois

transcritos de defensina (pI39 e pI230) são induzidos sob infecção fúngica (Chiang & Hadwiger, 1991). No tecido íntegro de ervilha, níveis relativamente altos de transcritos de DRR230-a e DRR230-c estão presentes em folhas maduras e caules, com níveis intermediários nas folhas jovens, gavinhas e flores, bem como baixos níveis nas raízes e vagens. A indutibilidade de defensinas por patógenos também foi observada em sépalas de tabaco (Gu et al., 1992), bem como em Arabidopsis Heynh. (Penninckx et

al., 1996), dentre outros. A infiltração de bactérias ou fungos em folhas de ervilha

resultou em níveis elevados de expressão de defensina (Lai et al., 2002). Curiosamente, a injúria de folhas com inoculação apenas do tampão também resultou em acúmulo de RNA da defensina, sugerindo que estes genes também são induzidos por ferimento (Lai et al., 2002).

Algumas substâncias como metil jasmonato (MJ), ácido salicílico (SA), etileno (ET), ácido abscísico (ABA), benzotiadiazol e peróxido de hidrogênio (H2O2) também

são capazes de induzir a expressão de defensinas. Dependendo da planta-modelo, a sua resposta a estes estímulos pode ser regulada de maneiras bastante diversas

48 (Penninckx et al., 1996; Terras et al., 1998; Do et al., 2004). Além disso, a ativação sistêmica de genes de defensina também tem sido observada em folhas distais, não infectadas, de Arabidopsis e de rabanete (Terras et al., 1995; Penninckx et al., 1996). Vários trabalhos têm apresentado as vias de sinalização envolvidas na ativação sistêmica de defensinas (defensina PDF1.2 de Arabidopsis) induzida por patógeno e por hormônios vegetais (Penninckx et al., 1996; Thomma & Broekaert, 1998; Penninckx et al., 1998; Manners et al., 1998; Mitter et al., 1998; Thomma et al., 1999; Tierens et al., 2002). Esses hormônios têm sido implicados em diversas vias de transdução de sinal que levam à resistência sistêmica adquirida em plantas (Hammerschmidt, 1999; Heil & Bostock, 2002; Tierens et al., 2002). Em Capsicum

annuum L., o gene que codifica a defensina CADEF1 foi fortemente induzido por SA,

MJ, H2O2

Conforme já mencionado, defensinas também podem ser induzidas por estresse ambientais. A expressão de defensinas de plantas pode ser induzida por frio (Koike et al., 2002; Brogden et al., 2005), seca (Do et al., 2004), salinidade (Koike et

al., 2002), metais pesados (Mirouze et al., 2006) e deficiência de potássio

(Armengaud, 2004). Gaudet et al. (2003) relataram o aumento da regulação das transcrições de defensina em trigo em resposta à baixa temperatura e climatização. Koike et al. (2002) demonstraram a expressão do cDNA codificando a defensina Tad1 por análise de Northern blotting durante a aclimatação ao frio em Triticum aestivum L.. Este clone foi detectado em baixos níveis em tecidos não-aclimatados, ocorrendo um aumento após 24 h de aclimatação ao frio, mantendo-se elevado nos 14 dias seguintes sem indução por ABA, SA ou MJ. Maitra & Cushman (1998) identificaram um gene defensina de soja (Dhn8) que foi induzido por seca. O nível de Dhn8 foi 10 vezes maior nas folhas e raízes de uma cultivar resistente do que em uma cultivar sensível à seca (Maitra & Cushman, 1998). Genes de defensina de folhas de Nicotiana

excelsior J. Black (NeThio1 e NeThio2; Yamada et al., 1997) e N. paniculata L.

e ABA, porém não foi induzido por ET (Do et al., 2004). Após infecção de

Arabidopsis com Alternaria brassicicola, os níveis da proteína PDF1.2 e do mRNA

correspondente subiram não só nas folhas inoculadas, mas também nas demais folhas, sendo que esse aumento coincidiu com um aumento dos níveis de ácido jasmônico em ambos os tipos de folhas (Penninckx et al., 1996,1998). A exigência de um componente funcional de transdução de sinal de etileno (EIN2) na indução sistêmica de PDF1.2 também foi demonstrada por Thomma et al. (1999). Park et al. (2002) identificaram um gene de defensina BSD1 que é especificamente expresso em estame, cuja expressão está ausente em qualquer outro tecido vegetal, não sendo induzida por MJ, SA, ET, ou pelo patógeno testado (X. campestris).

49 (NpThio1; Komori et al., 1997) também foram induzidos em resposta ao estresse salino (250 mM NaCl). A indutibilidade de defensinas por patógenos, estresse hídrico, salinidade e frio fornece exemplos de resposta cruzada (denominada cross-talk) entre as vias de transdução de sinais e programas de expressão de genes que são regulados por diversos estímulos pós-estresse nas plantas (Lay & Anderson, 2005). Esse padrão de expressão gênica, juntamente com sua localização celular suporta um papel para defensinas como importantes moléculas de defesa em plantas.