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Microrganismos PESQUISA Endofíticos Fotos e Ilustrações cedidas pelos autores Interação com plantas e potencial biotecnológico Pedro Accioly de Sá Peixoto Neto Eng° Agro° Mestrando em Biotecnologia (ICB-USP) João Lúcio Azevedo Eng° Agro° Ph.D. em Genética (Shefield-Grã- Bretanha) Professor Titular de Genética da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” - ESALQ /USP jazevedo@esalq.usp.br Coordenador do Núcleo Integrado de Biotecnologia (NIB) Universidade de Mogi das Cruzes, São Paulo jazevedo@umc.br Welington Luiz Araújo Biólogo Doutor em Genética e Melhoramento de Plantas Pós-doutorando do Depto de Genética da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” - ESALQ /USP wlaraujo@esalq.usp.br O QUE SÃO MICRORGANISMOS ENDOFÍTICOS? O estabelecimento das plantas em seus respectivos habitats envolve a sua capacidade em interagir com diferentes espécies de seres vivos. Entre estas associações, destacam-se as mutualísticas com microrganismos como os fungos micorrízicos e as bactérias fixadoras de nitrogênio. Além destes, outros microrganismos, chamados de endófitos têm recebido especial atenção devido à sua importância em relação a diferentes espécies vegetais. Neste contexto, o emprego de microrganismos em práticas agrícolas tem aumentado substancialmente nos últimos anos, pois tanto na promoção de crescimento vegetal como no controle biológico de pragas e doenças de plantas entre outras aplicações, eles se constituem em substitutos de produtos químicos, favorecendo desta maneira a preservação do ambiente. Em recente artigo nesta mesma publicação, Souza (2001b) apresenta uma revisão sobre a utilização dos microrganismos na agricultura e seus efeitos benéficos. Endófitos são aqueles microrganismos que habitam o interior das plantas, sendo encontrados em órgãos e tecidos vegetais como as folhas, ramos e raízes. Esta comunidade endofítica é constituída principalmente por fungos e bactérias, e ao contrário dos microrganismos patogênicos, não causam prejuízos aos seus hospedeiros. Muito pelo contrário, os endófitos podem desempenhar relevante função para a sanidade vegetal, já que atuam como agentes controladores de microrganismos fitopatogênicos, além de poder funcionar também no controle de insetos e até proteger a planta contra herbívoros. Estes microrganismos foram descritos pela primeira vez por Bary (1866), porém durante mais de um século eles foram quase que ignorados, principalmente devido ao fato de que se conhecia muito pouco sobre suas reais funções no interior dos vegetais e também por não produzirem em seus hospedeiros, estruturas externas visíveis. Talvez por isso, microrganismos benéficos que colonizam o interior do hospedeiro e que formam estruturas visíveis são intensamente estudados. Este é o caso das bactérias fixadoras de nitrogênio atmosférico que formam nódulos em raízes e os fungos micorrízicos cujas hifas entre outros efeitos benéficos, aumentam a absorção dos nutrientes pelos seus hospedeiros. No final dos anos 70 do século XX, vários estudos demonstraram que os microrganismos endofíticos, que vivem humildemente dentro de plantas sem apresentar plumas, adereços ou paetês que os identifiquem externamente, possuem algumas funções imprescindíveis para a defesa de seus hospedeiros. Confirmou-se então a hipótese de que estes microrganismos vivem numa interação mutualística, recebendonutrienteseproteçãodaplanta hospedeira e produzindo compostos químicos como enzimas, alcalóides e antibióticos, entre outros, que em certas condições de estresse, causadas por falta de água, presença 62 Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento - nº 29
Tabela 01. Exemplos de interações entre microrganismos endofíticos e plantas hospedeiras. Para maiores detalhes consultar Azevedo (1998b) e Azevedo et al. (2000) 1. 2. 3. 4. 5. Tipo de Interação Controle biológico de insetos Fungo endofítico: Beauveria bassiana Planta hospedeira: milho Efeito: proteção contra a broca do colmo Proteção contra animais herbívoros Fungo endofítico: Acremonium spp. Planta hospedeira: Lolium spp. E outras Efeito: produção de toxinas dando proteção ao ataque por ovinos e bovinos Efeitos fisiológicos Fungo endofítico: Piriformospora indica Plantas hospedeiras: milho Efeito: promoção de crescimento Produção de fármacos por fungos endofíticos Fungo endofítico: Taxomyces andreanae Composto: Anticâncer Taxol Fungo endofítico: Fusarium subglutinans Composto: Imunossupressivo Subglutinol Controle de doenças Bactéria endofítica: Burkholderiacepacia Planta hospedeira: tabaco Efeito: controle de Phytophthora nicotianae Referência Wagner & Lewis (2000) White & Cole (1985) Varma et al. (1999) Stierle et al. (1993) Lee et al. (1995) Coventry & Dubery (2001) de substâncias tóxicas ou ataque de patógenos ou insetos pragas, protegem e auxiliam a planta. Estas constatações despertaram o interesse pelos microrganismos endofíticos, surgindo assim um campo de valor biotecnológico que vem resultando em um maior conhecimento destes seres e suas relações não totalmente esclarecidas com a planta hospedeira. A biodiversidade vegetal em países de clima tropical e subtropical como o Brasil é imensa. Estima-se que cada espécie vegetal possua microrganismos endofíticos ainda não classificados e com propriedades pouco conhecidas mas, potencialmente de interesse aplicado. Além disso, trabalhos recentes tem demonstrado que estes microrganismos endofíticos podem ser utilizados como vetores para a introdução de características de interesse biotecnológico na planta (Downing etal., 2000; Tomasino et al., 1995). Neste aspecto, fungos e bactérias endofíticas poderiam ser alterados geneticamente e, expressando genes de interesse, serem utilizados para o controle de patógenos, promoção de crescimento vegetal e síntese de vitaminas, aminoácidos e vacinas no interior da planta hospedeira. Nesse particular é de extrema importância um esforço concentrado na busca de endófitos de valor biotecnológico, econômico e acadêmico. São esses aspectos que serão a seguir discutidos incluindo-se também alguns dos resultados que vem sendo obtidos com microrganismos endofíticos isolados de plantas nativas e cultivadas no Brasil. PENETRAÇÃO DOS ENDÓFITOS NAS PLANTAS E SEU ISOLAMENTO Embora microrganismos endofíticos possam ser encontrados em sementes, e após a germinação, colonizando outras partes da planta, como geralmente ocorre em gramíneas, em muitos vegetais eles não são transmitidos por meio de sementes. Sua penetração nesses casos, dá-se principalmente por aberturas naturais ou artificiais, tais como: estômatos (Figura 01), região de emissão de raízes secundárias, ferimentos causados por instrumentos agrícolas, microferimentos nas raízes ocasionados pelo atrito destas com as partículas do solo, etc. Após a penetração estas bactérias e fungos se disseminam de maneira sistêmica para diversas partes da planta, habitando de forma ativa o apoplasto, vasos condutores e em alguns casos ocorre colonização intracelular (Hallmann et al., 1997). Cabe aqui distinguir entre microrganismos endofíticos, epifíticos (colonizam a superfície dos vegetais) e patógenos. Essas diferenças são, podese dizer, de ordem puramente didática, uma vez que muitos dos microrganismosepifíticos,podemeventualmente penetrar no interior da planta, enquanto que os endófítos, para penetrarem no hospedeiro têm primeiro que se localizar na superfície desta, sendo durante esse estágio semelhantes a epífitos, como observado com o fungo Beauveria bassiana em milho (Wagner & Lewis, 2000). Por outro lado, em certas condições e fases dos ciclos vitais, um patógeno pode viver em harmoniacomohospedeiro,bemcomo um endófito, após um desequilíbrio ambiental, pode causar danos a planta. Em outras palavras, há, como observa- Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento - nº 29 63
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