Excelente texto sobre estômatos

Barreira natural contra infecções

27/10/2006

Por Heitor Shimizu
Agência FAPESP - Estômatos são estruturas microscópicas encontradas na epiderme das folhas. Por meio deles, as plantas transpiram e realizam a fundamental – não apenas para elas, mas para todo o planeta – troca gasosa com a atmosfera. Em épocas de seca, os estômatos são fechados para conservar água. Um novo estudo acaba de fazer uma descoberta surpreendente, ao mostrar que os estômatos são essenciais para a sobrevivência das plantas não apenas pelo que já se sabia, mas também como defesa fundamental contra invasões de bactérias. Diferente de fungos, que conseguem atravessar a superfície foliar facilmente, as bactérias precisam encontrar caminhos abertos – naturais ou provocados por ferimentos – para colonizar tecidos internos. Aqui entram os estômatos, mas até agora se achava que esses poros tivessem um papel passivo e deixassem bactérias entrarem livremente no interior das plantas. Sheng Yang He, professor do Plant Research Laboratory da Michigan State University (MSU), nos Estados Unidos, desconfiava que o cenário não era bem esse.He e equipe, do qual faz parte a brasileira Maeli Melotto, decidiram investigar como os estômatos respondiam a diversos organismos causadores de doenças. Ao exporem folhas de Arabidopsis, uma planta modelo usada em pesquisa, a bactérias, verificaram que os poros se fecharam em menos de uma hora. Os estômatos se mantiveram fechados para bactérias inofensivas, mas, para surpresa dos pesquisadores, abriram três horas após a exposição ao patógeno Pseudomonas syringae. O motivo é que essa bactéria contém uma fitotoxina chamada coronatina, que induz a abertura estomatal. Ao exporem folhas a estirpes da bactéria que não produziam coronatina, os cientistas descobriram que os poros não se abriram, indicando o papel da toxina na indução da abertura estomatal. O estudo foi publicado em setembro na revista Cell, em artigo com Maeli como primeira autora. Em seguida, ganhou destaque em diversas outras publicações científicas, como as revistas Science e Nature. Na entrevista a seguir, Maeli fala a respeito das descobertas sobre o papel dos estômatos no sistema imunológico das plantas. Bióloga com mestrado pela Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq), da Universidade de São Paulo, a pesquisadora fez o doutorado pela Michigan State University. Depois do doutorado, integrou a equipe do professor Luis Aranha Camargo, na Esalq, quando contou com apoio da FAPESP na modalidade Jovem Pesquisador em Centros Emergentes. "Em seguida, decidi por desenvolver pesquisa na MSU por essa estar entre as cinco melhores universidades norte-americanas voltadas para a agricultura", conta.


Agência FAPESP - Os srs. descobriram que o movimento dos estômatos faz parte de um sistema defensivo das plantas para a invasão de bactérias – que, diferentemente de outros organismos, como fungos, precisariam de tais passagens. Esse é um mecanismo genérico, ou seja, válido como defesa para todos os tipos de bactérias?
Maeli Melotto - Essa é uma questão muito relevante, mas, no momento, não podemos generalizar o mecanismo para qualquer outro tipo de bactéria, uma vez que o estudo foi realizado somente com Pseudomonas syringae e Escherichia coli. Mas é importante destacar que esse foi o primeiro estudo a demonstrar a importância do estômato na defesa contra bactérias. O fechamento estomatal na presença dessas duas bactérias tão diferentes sugere que esse pode ser um mecanismo comum e evolucionariamente antigo de defesa das plantas. Agência FAPESP – Quando expostos a um patógeno (P. syringae), os estômatos se fecharam, mas depois abriram. Por quê?
Maeli - Os estômatos abrem para o patógeno, pois esses desenvolveram mecanismos para combater a defesa das plantas. São o que chamamos de patógenos "bem-sucedidos". A P. syringae produz a toxina coronatina, que promove a reabertura dos estômatos. O fato de o estômato fechar a princípio ocorre porque a coronatina é produzida pela bactéria somente em contato com a planta. A síntese de coronatina demora de duas a três horas. Agência FAPESP - Mas, quando expostos a uma bactéria inofensiva (E. coli), os estômatos continuaram fechados.
Maeli - Uma explicação de por que a planta fecha o estômato para a inofensiva E. coli é que a superfície da planta não distingue uma bactéria patogênica de uma não-patogênica. A planta reconhece moléculas que são conservadas na bactéria e inicia o sistema de defesa. Realmente, a príncipio a E. coli parece inofensiva para a planta. Potencialmente, qualquer bactéria poderia ser um patógeno, mas, para isso, a bactéria teria que desenvolver mecanismos para desarmar todo o sistema de defesa das plantas. Uma das razões pela qual a E. coli não é um patógeno de plantas é porque essa bactéria não desenvolveu mecanismos para desarmar a defesa estomatal – que pode ser encarada como a primeira camada de defesa das plantas. Não podemos esquecer que as plantas têm muitas formas de defesa, sendo a defesa estomatal uma delas.Agência FAPESP - O que a coronatina provoca e o quanto ela é comum?
Maeli - A coronatina causa clorose na planta (sintoma típico da doença) e é produzida por pelo menos cinco patovares da bactéria Pseudomonas syringae. Esses patovares [termo usado para designar, dentro de uma espécie, bactérias que são patogênicas a um hospedeiro ou grupo de hospedeiro] atacam plantas diversas, tais como crucíferas [como a couve], tomate e soja.Agência FAPESP - Se muitas bactérias podem usar a coronatina, qual é a importância do sistema de defesa estomatal? Mesmo assim ele é eficiente?
Maeli - A coronatina não é produzida por muitos patógenos, mas outras toxinas produzidas por outros patógenos poderiam ter o mesmo modo de ação que a coronatina. Isso deverá ser estudado no futuro. No entanto, a produção de toxinas não é universal nas bactérias e o fechamento estomatal pode prevenir a colonização interna das plantas por muitas bactérias que existem na natureza. Acreditamos que o fechamento do estômato pode ser uma forma de defesa muito antiga da planta, evolutivamente falando. Uma maneira de manter a maioria das bactérias – e talvez fungos que penetrem pelo estômato – fora do tecido foliar. Muitos microrganismos não se adaptaram para combater essa defesa estomatal e não podem colonizar tecidos internos. A defesa estomatal poderia prevenir a entrada oportunística desses microrganismos.Agência FAPESP - Em épocas mais úmidas, com estômatos abertos por mais tempo, as plantas estariam mais vulneráveis a bactérias? Essa é uma inferência que pode ser feita?
Maeli - Sim. Na natureza, doenças bacterianas aparecem geralmente depois de chuvas fortes, indicando que as bactérias poderiam entrar livremente na planta através dos estômatos abertos devido à alta umidade, causando danos extremos à produção. Agência FAPESP - De que modo entender esse mecanismo usado pelas bactérias pode ajudar a descobrir maneiras de combater invasões patogênicas que causam grandes prejuízos à agricultura, como por Xylella ou Xanthomonas, no caso brasileiro. Podemos pensar em soluções anticoronatina, por exemplo?
Maeli - De fato, mutantes de P. syringae que não produzem coronatina são menos virulentos. Mas esse não é o único mecanismo de virulência dessa bactéria. Teoricamente, uma solução anticoronatina resolveria o problema da P. syringae, mas o mecanismo de abertura e fechamento do estômato é complexo e controlado por muitos fatores. Se o estômato foi aberto por outro estímulo, as bactérias com ou sem coronatina entram na folha causando doença. Acredito que mais efetivo seria aumentar a defesa das plantas por meio do fechamento do estômato de maneira que esse não abrisse pela ação das toxinas. No futuro, deveremos estudar como o estômato responde aos diversos estímulos aos quais está exposto na natureza, coordenando e exercendo suas principais funções na troca gasosa, transpiração e, como foi demonstrado agora nesse estudo, defesa contra patógenos. No caso da Xylella, essa bactéria entra na planta por meio do inseto vetor ou por ferimentos no tecido da planta, portanto a defesa estomatal não seria eficiente ou relevante para controlar a doença. No caso da Xanthomonas, alguns patovares, como o patógeno do tomateiro (X. campestris pv. vesisatoria), entram pelo estômato. A defesa estomatal poderia ser efetiva contra esse patovar por exemplo. Outros patovares de Xanthomonas entram na planta por hidatódios [poros nas extremidades das folhas].Agência FAPESP - Qual é a próxima etapa da pesquisa de seu grupo?
Maeli - Pretendemos estudar mais detalhadamente os componentes moleculares envolvidos na defesa estomatal. Queremos entender como a coronatina age para desarmar a defesa estomatal e se essa defesa é efetiva contra outras bactérias patogênicas que entram na folha, principalmente pelo estômato.