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Título: Mecanismos de defesa em Musa spp. à murcha de fusarium : análises histológicas e transcritômicas da interação Musa acuminata subsp. burmannica acesso ‘Calcutta 4’ à Fusarium oxysporum f. sp. cubense raça subtropical 4
Autor(es): Costa, Érica de Castro
Orientador(es): Miller, Robert Neil Gerard
Assunto: Banana
RNA-seq
Murcha de fusarium
Estresse biótico
Resistência genética
Genômica
Data de publicação: 2-Out-2026
Referência: COSTA, Érica de Castro. Mecanismos de defesa em Musa spp. à murcha de fusarium : análises histológicas e transcritômicas da interação Musa acuminata subsp. burmannica acesso ‘Calcutta 4’ à Fusarium oxysporum f. sp. cubense raça subtropical 4. 2025. 204 f., il. Tese (Doutorado em Fitopatologia) — Universidade de Brasília, Brasília, 2025.
Resumo: A banana (Musa spp.) é considerada uma das frutas mais consumidas no mundo e componente básico da alimentação de milhões de pessoas. É considerada como fonte importante de carboidratos, vitaminas e minerais. As bananas comerciais são oriundas do cruzamento entre duas espécies selvagens, Musa acuminata (A) e Musa balbisiana (B). As cultivares que possuem características uniformes são classificadas dentro de subgrupos. Muitas dessas cultivares são estéreis, com o desenvolvimento dos frutos ocorrendo por partenocarpia. Devido à consequente variabilidade genética limitada, as cultivares comerciais tendem a ser suscetíveis ao ataque de inúmeras pragas e doenças, responsáveis pelas maiores perdas na produtividade das lavouras e na qualidade dos frutos. A Murcha de Fusarium é uma doença clássica de murcha vascular causada pelo fungo Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc). As perdas podem atingir 100% da produção nas áreas afetadas, uma vez que a persistência de clamidósporos em solos infestados inviabiliza a produção continuada de banana. Foc é subdividida em quatro raças, baseada na patogenicidade a diferentes cultivares de bananas. A raça 1 é patogênica às cultivares Gros Michel (AAA), Maçã e Prata (AAB), a raça 2 é patogênica às cultivares Bluggoe (ABB), e a raça 4 patogênica a todos os subgrupos e à Cavendish (AAA). A raça 4 é subdivida em raça tropical 4 (TR4) e subtropical 4 (STR4), por STR4 ser patogênica a cultivares ‘Cavendish’ apenas em regiões subtropicais e com menor agressividade que TR4. A medida de controle mais eficiente é através da resistência genética, sendo a genômica uma ferramenta importante de introgressão de genes de cultivares selvagens e resistentes à patógenos, em cultivares comerciais. Com isso, o objetivo desse trabalho foi identificar e validar genes alvo envolvidos na resistência de Musa durante a interação com o patógeno Foc STR4, via análise de RNAseq. Para isso, dois genótipos contrastantes foram utilizados para investigação da interação com o isolado de Foc STR4 isolado CNPMF 218A: ‘Calcutta 4’ (genótipo selvagem resistente) e ‘Prata-Anã’ (genótipo comercial suscetível). A inoculação foi realizada utilizando arroz inoculado na concentração de 106 UFC/g. O RNA total foi extraído de amostras de raízes coletadas aos 1, 2 e 4 dias após a inoculação (DAI) para as análises de RNAseq. Análises histológicas foram realizadas para investigar respostas de defesa da planta, como a deposição de calose e produção de compostos fenólicos nos mesmos tempos de inoculação, bem como acompanhar o processo de infecção do isolado de STR4 em ambos os genótipos acrescidos dos dias 8 e 15 DAI. O estudo da histologia mostrou resposta de defesa pós formadas apenas em ‘Calcutta 4’ com a formação de calose e compostos fenólicos aos 1 e 2 DAI. Somente foi observada evidência de colonização de Foc STR4 em ‘Prata-anã’, aos 8 e 15 DAI. Um total de 1416 genes diferencialmente expressos foram observados durante a interação de ‘Calcutta 4’ e Foc STR4, com 270, 872 e 81 DEGs aos 1, 2 e 4 DAI, respectivamente. Destes, 752 DEGs foram regulados positivamente aos 2 DAI, indicando uma rápida ativação de genes de defesa contra o ataque de Foc STR4. Através das análises funcionais utilizadas, GO, KEGG, KOG, Interpro e Mapman, foram identificados diversos DEGs envolvidos nas respostas imediatas de defesa de ‘Calcutta 4’ à Foc STR4, como a ativação de PRRs (receptores de reconhecimento de padrões), PRs (proteínas relacionadas à patogênese), quitinases, fitormônios como etileno (ET), ácido jasmônico (JA) e ácido abscísico (ABA), genes de resistência (R) como NLRs (nucleotide-binding site leucine-rich repeat), fatores de transcrição (TFs), espécies reativas de oxigênio (ROS), SAR (resistência sistêmica adquirida), fitoalexinas e calose. Esses genes são responsáveis por participarem em diferentes vias funcionais como a resposta a estímulos, interação planta-patógeno, metabolismo secundário, vias de fitormônios e estresse biótico. A ação conjunta das vias sinalizadas são fundamentais para o processo de resistência do genótipo selvagem à Foc STR4. A descoberta desses genes ajudará no processo de seleção de genes candidatos de resistência à Foc no uso de ferramentas de melhoramento genético, como a introgressão de genes de resistência de genótipos selvagens em cultivares comerciais, como ‘Prata-anã’, e nas demais técnicas de edição gênica como CRISPR. Essa estratégia é promissora para o desenvolvimento de variedades de bananas resistentes à Murcha de Fusarium causadas por Foc STR4 e TR4, onde a implementação de organismos geneticamente modificados (OGMs) com foco em genes associados a interações planta-patógeno e estresse biótico podem fortalecer o cultivo de banana e reduzir o impacto de epidemias de Murcha de Fusarium na produção nacional.
Abstract: Banana (Musa spp.) is one of the world's most important consumed fruits and a basic component of the diet of millions of people, where it is considered an important source of carbohydrates, vitamins and minerals. Commercial bananas originate from crossings of two wild species, namely Musa acuminata (A) and Musa balbisiana (B). Cultivars with uniform characteristics are divided into subgroups. Many such cultivars are sterile, with fruit development via parthenocarpy. Given the resultant limited genetic variability, commercial cultivars tend to be susceptible to attack by numerous pests and diseases, which are responsible for considerable losses in terms of yield and fruit quality. Fusarium wilt is a classic vascular wilt disease caused by the fungal pathogen Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc). Losses can reach 100% of production in affected areas, with persistence of fungal chlamydospores in infested soil making land inappropriate for continued banana production. Foc is subdivided into four races, based on pathogenicity to different banana cultivars. Race 1 is pathogenic to Gros Michel (AAA), Silk and Pome (AAB) cultivars, race 2 is pathogenic to Bluggoe (ABB) cultivars, and race 4 is pathogenic to all subgroups and Cavendish (AAA). Race 4 is subdivided into tropical race 4 (TR4) and subtropical race 4 (STR4), with STR4 pathogenic to 'Cavendish' cultivars only in subtropical regions and with less aggressiveness than TR4. The most efficient control measure is through genetic resistance, with genomics being one of the important tools for introgression of genes from wild and pathogen-resistant cultivars into commercial cultivars. As such, the aim of this study was to identify and validate target genes involved in the resistance response in Musa during the interaction with the pathogen Foc STR4, via RNA-seq analysis. For this, two contrasting materials were employed for investigation of the interaction with Foc STR4 isolate CNPMF 218A: 'Calcutta 4' (a resistant wild genotype) (AA) and 'Prata-Anã' (a susceptible commercial genotype) (AAB). Inoculation of root tissues was performed using rice inoculated with Foc at a concentration of 106 CFU/g. Total RNA was extracted from root samples collected at 1, 2 and 4 days after inoculation (DAI) for RNA-seq analyses. Histological analyses were performed to investigate plant defence responses of callose deposition and production of phenolic compounds, as well as to accompany the infection process of the STR4 isolate, with assessments conducted at 1, 2, 4, 8 and 15 DAI. Histological studies revealed post-infection defence responses occurring exclusively in 'Calcutta 4', which included callose deposition and phenolic compound production at 1 and 2 DAI. Colonization of Foc STR4 was observed only in 'Prata-anã', at 8 and 15 DAI. Based on RNA-seq analysis, a total of 1,416 differentially expressed genes (DEGs) were identified during the interaction between 'Calcutta 4' and Foc STR4, with 270, 872, and 81 DEGs detected at 1, 2, and 4 DAI, respectively. Among these, 752 DEGs were upregulated at 2 DAI, indicating a rapid activation of defence-related genes in response to Foc STR4. Functional analyses using GO, KEGG, KOG, InterPro, and MapMan identified several DEGs involved in the rapid defence responses to Foc STR4. These included the activation of PRRs (pattern recognition receptors), PRs (pathogenesis-related proteins), chitinases, phytohormones such as ethylene, jasmonic acid, and abscisic acid, resistance genes belonging to the NLR (nucleotidebinding site leucine-rich repeat) family, transcription factors (TFs), ROS (reactive oxygen species), SAR (systemic acquired resistance), phytoalexins, and callose. These genes participate in various functional pathways, such as responses to stimuli, plant-pathogen interactions, secondary metabolism, phytohormone pathways, and biotic stress responses. The coordinated action of these signalling pathways is essential for the resistant response to Foc STR4 in this wild genotype. This characterization of defense responses will facilitate the selection of candidate genes to Foc for application in genetic improvement, such as through introgression of resistance genes from wild genotypes into commercial genotypes such as 'Prata-anã', as well as through gene-editing techniques like CRISPR. This strategy offers promise for the development of banana varieties resistant to Fusarium wilt caused by Foc STR4 and TR4, where the implementation of genetically modified organisms (GMOs) focusing on genes associated with plant-pathogen interactions and biotic stress response has the potential to enhance banana crop resilience and mitigate the impact of Fusarium Wilt epidemics on national production.
Unidade Acadêmica: Instituto de Ciências Biológicas (IB)
Departamento de Fitopatologia (IB FIT)
Informações adicionais: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Fitopatologia, 2025.
Programa de pós-graduação: Programa de Pós-Graduação em Fitopatologia
Licença: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Agência financiadora: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Aparece nas coleções:Teses, dissertações e produtos pós-doutorado

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