Fisiologia e Bioquímica Fitopatológica

(1)

Pascholati, Sérgio F. 0 1 2 3 4

Controle BG-1 CR-1 CAT-1 KD-1 K-1 PE-2

Tratam entos C re sc im e n to m ic e lia l (c m ) B B B B B B A 0 20 40 60 80 100 120 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 Concentration (µL mL-1_{air space)}

In h ib iti o n ( % )

2-methyl-1-butanol 3-methyl-1-butanol Ethyl acetate

LFT - 5830

Fisiologia e

(2)

MECANISMOS BIOQUÍMICOS DE

RESISTÊNCIA PÓS-FORMADOS

ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIO,

FITOALEXINAS, PROTEÍNAS

(3)

2) Bioquímicos  Inibição do crescimento

 Condições adversas para a sobrevivência

Pré-formados

- Fenóis - Alcalóides - Lactonas insaturadas - Glicosídeos fenólicos - Glicosídeos cianogênicos - Fototoxinas

- Proteínas / peptídeos antimicrobianos

Pós-formados

- Fitoalexinas

- Espécies reativas de oxigênio - Quitinases

- -1,3-glucanases - Proteínas-RP

(4)

Espécies reativas de oxigênio (EAOs)

(5)

Espécies (re) ativas de oxigênio (EAOs)

(Reactive oxygen species (ROS)

(6)

(7)

Queima ou explosão oxidativa

(Oxidative burst)

- Um dos fenômenos mais estudados em relação à interação planta-patógeno (1983 – primeiro relato EAOs x defesa vegetal)

- Produção de moléculas de H₂O₂, ânion superóxido (O₂-_{) e radicais}

hidroxila livres (OH-₎

(8)

Espécies reativas de oxigênio

- Superóxido (O₂-_{) é formado pela adição de um elétron}

- Pode ser produzido através de reação catalisada pela

NADPH oxidase

(9)

Espécies reativas de oxigênio

(10)

Espécies reativas de oxigênio

- Radicais livres (OH-_{) são os mais potentes oxidantes}

- Geralmente produzidos através da reação abaixo (oxidação de moléculas orgânicas ou redução de metais)

O

₂-

_{+ H}

(11)

(12)

Química da produção de EAO’s

Níveis oxidativos das Espécies Ativas de Oxigênio

(Matysik et al., 2002)

Oxigênio molecular (O

₂

)

Superóxido (O

₂-

₎

Peróxido de hidrogênio

(H

₂

O

₂

)

Radicais de hidroxila livres

(OH

-

₎

+ e-, H+

(13)

Espécies reativas de oxigênio

- Podem estar envolvidas na resposta de defesa contra patógenos

- Induzem a síntese de fitoalexinas, participam na síntese de lignina e etileno, ativam genes de resistência

- Exibem atividade antimicrobiana direta

(14)

(15)

Funções das EAO’s na planta

• Efeito tóxico direto do H₂O₂ ao patógeno

(antifúngico e antibacteriano)

O H₂O₂ a 0,1 mM inibiu completamente o crescimento de

E.carotovora e mais de 95% do crescimento de P. infestans

(Wu et al. 1995)

(16)

MECANISMOS DE RESISTÊNCIA

Bioquímicos pós-formados

(17)

MECANISMOS DE RESISTÊNCIA

Bioquímicos pós-formados

(18)

MECANISMOS DE RESISTÊNCIA

Bioquímicos pós-formados

 Fitoalexinas

 Compostos antimicrobianos de

baixa massa molecular,

(19)

Síntese de fitoalexinas

• Modelo hipotético para a síntese de fitoalexinas

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

Fitoalexinas x resistência

• Atividade antifúngica de duas cumarinas de girassol no

crescimento Sclerotinia sclerotiorum

Aiapina

Escopoletina

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

Como patógenos superam o efeito das

fitoalexinas?

• Acúmulo lento de fitoalexinas

• Difusão de fitoalexinas

(38)

Como patógenos superam o efeito das fitoalexinas ?

• Soja (Glycine max) cv. Harosoy 63: resistente a raça 1 e

suscetível a raça 9 de Phytophthora megasperma f. sp.

glycinea

Controle: 1 mL de solução de gliceolina (20 μg/mL)

(39)

Como patógenos superam o efeito das

fitoalexinas ?

• Detoxificação de fitoalexinas

– Pisatina demetilase detoxifica pisatina • Nectria hematococca

• Ascochita pisi • Phoma pinodella

• Micospharella pinodes

(40)

PROTEÍNAS RELACIONADAS A PATOGÊNESE

(PR-proteins)

“Proteínas-RP” = proteínas induzidas no

hospedeiro após a infecção com patógenos

(41)

PROTEÍNAS RELACIONADAS A PATOGÊNESE

(PR-proteins)

1970 – folhas de fumo exibindo reação de hipersensibilidade

ao TMV – 10 proteínas isoladas

1993 – 33 proteínas isoladas / 31 caracterizadas / 25

encaixavam nos 5 grupos existentes

2007 – 17 grupos com sub-grupos

(centenas de proteínas isoladas / caracterizadas)

“Proteínas-RP” = proteínas induzidas no

hospedeiro após a infecção com patógenos

(42)

(43)

Características

(44)

Classificação das “Proteínas-RP”

Classificadas em 17 famílias de acordo com:

- Massa molecular

(45)

(46)

Exemplos de mecanismos de ação

PR-2 3, 4,

(47)

(48)

Mecanismos de Defesa - Quitinases e B-1,3-Glucanases

(49)

Ação antifúngica

• Inibição de Phytophthora infestans em tomate

(50)

Como fungos superam Proteínas-RP ?

• Acúmulo lento

– Acúmulo de Proteína-RP em tomate inoculado com Fusarium

oxysporum f.sp. radicis-lycopersici

(51)

Como patógenos superam PR-Proteínas ?

• Patógenos podem produzir enzimas que os protegem da ação tóxica da quitinase

– C. lagenarium produz quitina deacetilase que torna a quítina inacessível a quitinase

(52)

Como patógenos superam PR-Proteínas ?

• Redução na liberação de elicitor da parede celular

do patógeno

• Degradação rápida das PR-Proteínas

(53)

Patógeno x Planta – complexidade da interação

Patógeno _Planta

(54)

Comparação entre a defesa de

plantas e animais

(55)

Qual é a utilidade dos estudos

sobre os mecanismos de

resistência em plantas ?

(56)

Resistência induzida ou adquirida

Ativação de mecanismos de resistência

latentes em resposta ao tratamento

(57)

Resistência induzida ou adquirida

Indutor

Provocador*

Local

Sistêmica

(58)

Controle não tratado

Acibenzolar-S-methyl

(Bion)

(59)

Qual é a utilidade dos estudos

sobre os mecanismos de

resistência em plantas ?

(60)

(61)

PR-Proteínas x Produtos alergênicos

• Alergênicos de plantas: 25% pertencem às PR-Proteínas (International Union of Immunological Societies):

– Plantas transgênicas: novas fontes de alergênicos

(62)

Qual é a utilidade dos estudos

sobre os mecanismos de

resistência em plantas ?

(63)

“Benzoxazinones”

- Compostos pré-formados encontrados em gramíneas

Glicosídeo de

benzoxazinone Benzoxazinone Benzoxazolinone (fungitóxico)

-glicosidase

(64)

Benomyl

- Fungicida sistêmico

(65)

Qual é a utilidade dos estudos

sobre os mecanismos de

resistência em plantas ?

(66)

Mecanismos de Defesa – Fitoalexinas x Elicitor

(67)