ENSAIOS BIOGUIADOS PARA IDENTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS NATURAIS COM PO-TENCIAL HERBICIDA E ESTUDOS DE RELAÇÕES ESTRUTURA-ATIVIDADE
Thaís Caroliny Sampaio Ayres (PIBITI/CNPq/UEM) Thais-caroliny@hotmail.com
Emy Luiza Ishii-Iwamoto
Universidade Estadual de Maringá – Departamento de Ciências Biológicas eliiwamoto@uem.br
Resumo
A forrageira Urochloa ruziziensis possui compostos potencialmente fitotóxicos para vá-rias espécies de plantas daninhas, os quais foram identificados como sendo uma mis-tura de saponinas esteroidais. A comparação dos efeitos fitotóxicos da fração butanóli-ca com os dos compostos puros identifibutanóli-cados em ensaios bioguiados pode auxiliar na identificação do composto químico responsável pelos efeitos. Além disso, a compara-ção da atividade biológica de um composto com análogos estruturais pode fornecer in-formações sobre quais grupos ou partes da estrutura química do composto são essen-ciais para a atividade biológica, ou seja, a relação estrutura-atividade. Esta abordagem foi utilizada para identificar compostos com atividade herbicida da Urochloa ruziziensis sobre a planta daninha Amaranthus viridis L.. Esta espécie conhecida por caruru-de-mancha é uma planta daninha encontrada nas lavouras de café, soja, milho, algodão entre outras. A infestação das plantas deste gênero nas culturas reduz a qualidade, a eficiência da colheita e ainda, dificulta o beneficiamento da pluma, como no caso do al-godoeiro. A fração butanólica de U. ruziziensis inibiu o comprimento radicular de A. vi-ridis em 66,8% e o comprimento de caules primários em 35,14% na maior concentra-ção testada (250 µg mL-1). A protodioscina padrão na mesma concentração inibiu o
comprimento das raízes e caules, em 84,68% e 61,38%, respectivamente. Ao analisar o efeito do análogo estrutural dioscina, notou-se uma inibição de 60,5% no compri-mento das raízes primárias, na maior concentração testada (100 µg mL-1). O
tratamen-to com a diosgenina não causou nenhuma alteração significativa sobre os parâmetros avaliados. A combinação da protodioscina, dioscina e diosgenina, na concentração de 50 µg mL-1, mostrou que a diosgenina antagonizou parcialmente a ação da dioscina,
mas não da protodioscina, e não houve efeito aditivo entre a dioscina e a protodiosci-na. O presente trabalho permitiu concluir que a protodioscina é um dos responsáveis pelos efeitos fitotóxicos da fração butanólica da U. ruziziensis sobre a planta daninha caruru-de-mancha, confirmando o seu potencial como bioherbicida. A comparação com os análogos estruturais dioscina e diosgenina revelou que derivados glicosídicos são mais ativos do que a aglicona. O resíduo adicional 26-O-β-D-glicopiranosídeo, presente somente na protodiocina, não exerceu influência na atividade herbicida em A. viridis.
Introdução
O sucesso no controle das plantas daninhas com herbicidas foi determinante para o aumento da produção mundial de alimentos, mas o uso maciço dos herbicidas tem fa-vorecido a prevalência de biótipos resistentes a diferentes classes de herbicidas. Como os mecanismos de ação dos herbicidas são limitados a poucos sítios de ação, em alguns casos a disseminação de biótipos resistentes ocorre rapidamente e leva à resistência cruzada para um mecanismo inteiro, como tem ocorrido no Brasil para Euphorbia heterophylla e Bidens pilosa em relação aos inibidores da acetolactato sin-tase (ALS) e para gramíneas como a Brachiaria plantagina e a Digitaria horizontalis em relação aos inibidores da ACCase, entre outros (Gazziero et al., 1998; Vidal e Winkler, 2004).
Por estas razões, o controle das plantas daninhas com os herbicidas usuais não tem sido mais tão eficaz, exigindo a utilização de maiores doses e associação com mais de uma classe de herbicidas. Assim, tem aumentado o interesse na procura de compos-tos herbicidas com novos mecanismos de ação. Os producompos-tos naturais com potencial fi-totóxico, em geral, inibem sítios de ação diferentes daqueles dos herbicidas sintéticos (Duke e Dayan, 2006). Além disso, há crescente interesse na utilização de novos siste-mas de produção que sejam rentáveis, menos destrutivos ao ambiente e mais conser-vadores de energia. Métodos de manejo alternativos têm recebido atenção no controle de plantas daninhas e a utilização de plantas com propriedades alelopáticas oferece potencial para ser usado no controle dessas plantas.
Estudos prévios realizados no Laboratório de Oxidações Biológicas da UEM revelaram que a fração obtida a partir da extração da palhada de Urochloa ruziziensis com o sol-vente butanol, apresenta efeito alelopático inibitório sobre a germinação e o cresci-mento inicial de diversas plantas daninhas, como por exemplo, amendoim bravo (Eup-horbia heterophila L.), corda-de-viola (Ipomoea grandifolia) e picão preto (Bidens pilo-sa L.). Análises de RMN 1H e 13C uni e bi-dimensionais revelaram a presença de
sapo-ninas esteroidais nesta fração incluindo a protoneodioscina, protodioscina, metilproto-neodioscina e metilprotodioscina (Silva, 2012).
As saponinas são glicosídeos naturais amplamente distribuídos em plantas superiores (Podolak et al., 2010). Elas são substâncias de elevada massa molecular e complexa estrutura química, apresentando variabilidade em suas estruturas agliconas, na natu-reza da(s) cadeia(s) glicosídica(s) laterais e na posição em que elas estão ligadas a estrutura da aglicona (Siedentopp, 2008). As saponinas são consideradas parte do sis-tema de defesa de muitas espécies de vegetais, visto que tem sido relatado que as elas podem apresentar ação antifúngica, antimicrobiana e ação protetora contra ata-ques de insetos (Podolak et al., 2010).
O Amaranthus viridis L., conhecido por caruru-de-mancha, é uma planta daninha en-contrada nas lavouras de café, soja, milho, algodão entre outras (Guo e Al-Khatib, 2003; Matiello, 1991), e apresenta efeito alelopático inibitório sobre várias culturas (Marques, 1992). Em algumas culturas, reduzem a qualidade, a eficiência da colheita e ainda, o beneficiamento da pluma, como no caso do algodoeiro (Smith et al., 2000). Na cultura do algodão, as espécies de Amaranthus têm se tornado um problema fre-quente no Brasil, devido à ineficácia na identificação de tais plantas e da quantidade escassa de herbicidas registrados para seu controle (Beltrão e Melhorança, 2001). A infestação das plantas deste gênero causa um problema que pode ser agravado já que há uma grande produção de sementes viáveis, extenso período de germinação, crescimento rápido e dificuldade na determinação de quando a aplicação dos herbici-das é mais eficaz (Horak e Loughin, 2000).
Problema
Embora a fração butanólica da U. ruziziensis tenha apresentado efeito fitotóxico sobre algumas plantas daninhas não se pode afirmar qual ou quais dos quatro compostos identificados é ou são os responsáveis pelo efeito herbicida. A comparação dos efeitos da fração butanólica com os dos compostos puros identificados pode conduzir à identidade deste potencial “herbicida” natural. Além disso, a comparação da atividade biológica de um composto com análogos estruturais pode fornecer informações sobre quais grupos ou partes da estrutura química do composto são essenciais para a atividade biológica avaliada, ou seja, a relação estrutura-atividade. Neste trabalho foram testados os efeitos da fração butanólica de U. ruziziensis e de um dos compostos ativos existentes nessa fração, a protodioscina. Além disso, foram comparados os efeitos da protodioscina com os seus análogos estruturais diosgenina – que possui apenas a estrutura aglicona – e outro glicosídeo, a dioscina. Como mostrado na figura 1, a estrutura aglicona da dioscina (espirostano) é um pouco diferente do da protodioscina (furostano) e a dioscina não possui o açúcar 26-O-β-D-glicopiranosídeo que está presente na protodioscina. A dioscina é oficialmente conhe-cida como tetrahidropirano-iloxi-6-metil-tetrahidropirano-3,4,5-triol, a diosgenina é 3-β-hidroxi-5-espiroteno, enquanto que a protodioscina é furos-5-eno-3,22,26-triol 3-ca-cotriosídeo-26-glucopiranosídeo.
Figura 1 – Estrutura química da protodioscina, dioscina e diosgenina. Solução e Benefícios
Ao estudar os efeitos da fração butanólica nas concentrações de 50, 100 e 250 µg mL -1 obtida da palhada de U. ruziziensis sobre o A. viridis, foi possível constatar que o
comprimento radicular sofreu inibição de 66,8% e o comprimento de caules primários de 35,14% na maior concentração. A protodioscina padrão, nas mesmas
concentra-ções, exerceu efeito dose-dependente sobre a A. viridis, e na maior concentração tes-tada (250 µg mL-1) inibiu o comprimento das raízes e caules, em 84,68% e 61,38%,
respectivamente.
Ao analisar o efeito da dioscina, notou-se uma inibição de 60,5% no comprimento das raízes primárias, na maior concentração testada (100 µg mL-1). O tratamento com a
di-osgenina não causou nenhuma alteração significativa sobre os parâmetros avaliados. Compostos com estruturas semelhantes podem apresentar efeitos sinérgicos ou anta-gônicos. Para estudar esta possibilidade foi realizado experimentos com a combinação da protodioscina, dioscina e diosgenina, cada composto na concentração de 50 µg mL -1. Nessa concentração observou-se que diosgenina não foi ativa e a dioscina e a
pro-todioscina inibiram o comprimento da raiz em 57,24% e 41,42%, respectivamente. Quando a diosgenina foi combinada com a dioscina e a protodioscina, o efeito inibidor da dioscina foi reduzido de forma significativa, mas não houve mudança no efeito da protodioscina. Quando a dioscina foi combinada com a protodioscina, o percentual de inibição foi similar ao encontrado na presença de dioscina isolada. Em suma, a diosge-nina antagonizou parcialmente a ação da dioscina, mas não da protodioscina e não houve efeito aditivo entre a dioscina e a protodioscina, prevalecendo o efeito inibidor mais forte (dioscina).
A comparação dos efeitos da protodioscina, dioscina e diosgenina revelou que os derivados glicosídicos protodioscina e dioscina são mais ativos do que a aglicona diosgenina. A protodioscina é um furostanosídeo enquanto que a dioscina é um espi-rostanosídeo. Além de uma pequena diferença na estrutura aglicona a protodioscina possui um açúcar a mais ligado na parte aglicona, o 26-O-β-D-glicopiranosídeo, que não é encontrado na dioscina. Como a atividade dos dois glicosídeos foi muito similar, este açúcar adicional não parece ser determinante para a ação fitotóxica da protodioscina em A. viridis.
Potencial de Mercado e Diferencial Competitivo
A identificação da natureza química do composto natural com atividade herbicida, como a protodioscina da U. ruziziensis e os detalhes da parte estrutural essencial para a atividade herbicida são informações importantes para o desenvolvimento de novos produtos visando a utilização comercial como protetores de cultivos. Os dados permiti-rão à indústria química propor moléculas similares que preservem a atividade biológi-ca, mas que modificadas podem melhorar algum atributo, tais como simplicidade de síntese, solubilidade, especificidade, etc.
Considerações Finais
Foi possível concluir que a protodioscina é um dos responsáveis pelos efeitos fitotóxi-cos da fração butanólica da Urochloa ruziziensis sobre a planta daninha A. viridis. Os resíduos de açúcares são essenciais para atividade herbicida, mas o resíduo adicional 26-O-β-D-glicopiranosídeo presente somente na protodiocina parece não ser essencial para a atividade herbicida em A. viridis.
Referências
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Gazziero, D.L.P., Brighenti, A.M., Maciel, C.G., Chistofolleti, P.J., Adegas, F.S. E Voll, E. 1998 Resistência de amendoim-bravo aos herbicidas inibidores da enzima ALS. Planta Daninha 16: 117-125.
Guo, P. e Al-Khatib, K. Temperature effects on germination and growth of redroot pig-weed (Amaranthus retroflexus), Palmer amaranth (A. palmeri), and common waterhemp (A. rudis). Weed Science. 51: 869–875, 2003.
Horak, M.J., Loughin, T.M. Growth analysis of four Amaranthus species. Weed Scien-ce, Lawrence. 48: 347–355, 2000.
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Podolak, I., Galanty, A. e Sobolewska, D. "Saponins as cytotoxic agents: a review." Phytochemistry Reviews 9: 425-474, 2010.
Siedentopp, U. El regaliz, una planta medicinal eficaz para la tos y las efecciones de estómago. Rev. Int. Acumpuntura, 2: 249–252, 2008.
Silva, A.A. Avaliação dos efeitos alelopáticos e isolamento dos constituintes das fra-ções ativas das espécies Brachiaria ruziziensis e Pennisetum glaucum (Poace-ae). Tese de doutorado apresentado ao Programa de Pós-graduação em Quí-mica da Universidade Estadual de Maringá. Fevereiro de 2012.
Smith, D.T., Baker, R.V., Steele, G.L. Palmer amaranth (Amaranthus palmeri) impacts on yield, harvesting, and ginning in dryland cotton (Gossypium hirsutum). Weed Technol. 14: 122–126, 2000.
Vidal, R.A. e Winkler, L.M. E. heterophylla L. resistente aos herbicidas inibidores de acetolactato sintase: II – Distribuição geográfica e caracterização genética de biótipos do planalto do Rio Grande do Sul. Agrociência. 10: 461-465, 2004 Estágio em que se encontra o desenvolvimento da tecnologia
(X) Laboratório ( ) Mercado
( ) Scale-up (mudança de escala) ( ) Protótipo Contato Institucional
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