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

Abstract

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.