4.65.7.2 Modos de Infecção e Genética de Resistência
Fusarium culmorum sobrevive como saprophyte no solo, ou nos detritos das culturas como parasita, onde o fungo produz macroconídio, a principal fonte de inóculo para as doenças de FHB/ podridão cerebral. Os macroconídios são depositados em sedas de milho ou floretas de cereais de grãos pequenos pelo vento ou chuva e a infecção ocorre pela penetração hifalina directa do tecido vegetal ou através dos estomas. O patógeno também pode ser transmitido sistemicamente a partir de sementes infectadas. O estabelecimento inicial do patógeno na superfície do hospedeiro é influenciado pelo nível de humidade e temperatura no local da infecção. As aderências dos esporos e a formação de tubos germinativos são ótimas a 15°C.
Macroconidia germinam entre 6 e 24 h nas superfícies internas do lema, glume, palea, e no ovário do trigo. Dois dias após a inoculação, o fungo forma uma massa micelial densa e hifas de penetração que entram diretamente nas células epidérmicas. A degradação hidrolítica das cutículas, pectinas na lamela média e polissacarídeos da parede celular por F. culmorum ocorre em espigões de trigo. Além disso, os depósitos patogénicos hospedam toxinas inespecíficas incluindo DON, NIV e ZEN nos tecidos hospedeiros. DON é fitotóxico e aumenta a gravidade da doença no trigo e possivelmente no milho e na cevada.5 A biossíntese de DON é induzida por poliaminas vegetais, ROS, ou estresse osmótico através da sinalização em cascata MAPK. Após a penetração dos floretes de trigo, as hifas passaram um curto período de tempo a crescer biotroficamente em espaços intercelulares. O patógeno se espalha inter e intracelularmente em direção aos nódulos rachilla/rachis e coloniza os tecidos parênquima vascular e cortical. Eventualmente, o fungo invade espigões não infectados. A colonização ocorre nos espigões/ núcleos, assim como nas células epidérmicas, nas camadas de sementes e células epicuticulares.
Toxina interage diretamente com as membranas das células vegetais, organelas citoplasmáticas, e ribosomal peptidyl transferase (Rpl3), levando à morte celular. Durante a colonização fúngica, o DON é translocado para tecidos saudáveis vizinhos a partir de tecidos contaminados e causa danos celulares e liberação de nutrientes incluindo aminoácidos, ácidos graxos, açúcares e íons que são utilizados pelo fungo e aumentam sua propagação do espigão em direção ao rachis no trigo.
Após seu estabelecimento inicial na seda do milho, F. culmorum mycelium se espalha interna e externamente sobre a seda e cresce em direção à espiga onde coloniza os grãos e os espaços entre grãos.
Fusarium culmorum é também o agente casual da podridão castanha do pé, podridão radicular e doença do míldio do trigo e da cevada, particularmente nas áreas com chuvas baixas a médias. A infecção das plântulas pode ser iniciada a partir de sementes contaminadas ou de inóculos no solo. Neste último, as hifas de penetração podem entrar através de estomas nos hipocócitos e se espalhar em direção à raiz, broto e coleópteros onde a colonização ocorre como um parasita que pode levar à morte das plântulas.
As plantas empregam barreiras físicas e bioquímicas para resistir à infecção. Durante as reações de doença ou resistência, ocorrem extensas conversas cruzadas entre os componentes patogênicos e vegetais. A resistência ao F. culmorum envolve múltiplos traços. Foram descritos cinco tipos de resistência no trigo (tipos I, II, III, IV e V) e dois tipos de resistência no milho (grão e seda).6 Numerosos componentes e mecanismos moleculares envolvidos na resistência ao F. culmorum induzido por FHB ou apodrecimento da espiga foram identificados em vários níveis da interação entre o patógeno e o hospedeiro. Os componentes envolvidos na resistência à FHB/ apodrecimento do ouvido podem ser pré-formados ou produzidos constitutivamente (fitoantícios) ou podem ser induzidos na infecção por patógenos e incluem: inibidores da germinação de esporos, componentes da parede celular, pequenas proteínas antifúngicas e peptídeos e enzimas que inibem a função fúngica.
A composição da parede celular da planta tem um papel importante nos mecanismos de defesa que inibem a penetração fúngica ou a propagação hifálica (resistência tipo I). Em resposta ao ataque de patógenos, as propriedades da parede celular podem ser alteradas por acumulações de calosidades, compostos fenólicos, ligninas ou proteínas estruturais que contribuem para a resposta de defesa. Tioninas e glicoproteínas ricas em hidroxiprolina (HRGP) acumulam-se no trigo resistente após inoculação com F. culmorum e são localizadas nas paredes celulares dos tecidos infectados. O acúmulo de flavonóides em testa de cevada inibe a propagação fúngica e a formação de macrósporos, e o acúmulo de benzoxazinóides, ácido ferúlico e ácido p-cumárico foram observados em genótipos de trigo resistentes/tolerantes. Ensaios in vitro mostraram que os fenólicos bloqueiam o crescimento fúngico.
Resistência à propagação da doença (resistência tipo II) está relacionada à deposição de 1,3-beta glucanos no trigo a partir de papilas. Foram observadas acumulações de proteína PR após inoculação de Triticum kiharae de trigo com F. culmorum. Ensaios in vitro com extratos brutos das sementes de T. kiharae mostraram atividade antifúngica ao F. culmorum, indicando que esta espécie poderia ser uma fonte útil para o cultivo resistente.
Puroindolinas, de baixo peso molecular, ricas em cisteína, proteínas encontradas nas sementes de trigo interagem com as paredes das células fúngicas e reduzem o crescimento fúngico in vitro. Moléculas sinalizadoras, JA e ET, transmitem mensagens relacionadas à defesa a partes distais de tecidos infectados resultando em uma resistência de amplo espectro contra patógenos necrotróficos. Na Arabidopsis, dois genes de amplo espectro de resistência basal (NRP1 e EDS11) fornecem resistência floral contra F. culmorum e reduzem o acúmulo de DON. A adição de etrel (ET precursor) inibiu o crescimento de F. culmorum, esporulação e germinação de esporos em sementes de trigo.
As toxinas produzidas por F. culmorum (principalmente DON, NIV, e ZEN) durante a patogênese têm efeitos citotóxicos em plantas, seres humanos, e animais. DON é um fator de virulência da doença de FHB resultando em aumento do crescimento fúngico.7 O desenvolvimento de culturas resistentes a toxinas com capacidade de desintoxicação são estratégias para aumentar a resistência a F. culmorum. Existem vários mecanismos no trigo, milho e cevada para reduzir as quantidades de toxinas, incluindo a conjugação com a glicose e a interferência da biossíntese de toxinas. Como a síntese do tricoteceno envolve uma série de reações de oxigenação diferentes metabolitos secundários derivados de plantas com atividades antioxidantes, tais como compostos fenólicos e carotenóides, podem reduzir a acumulação de toxinas. Outros mecanismos de redução/detoxificação do tricoteceno, tais como acetilação, efluxo e desepoxitização não foram encontrados nos cereais, mas foram descritos em outros organismos. Alguns destes genes foram isolados e expressos em cereais para reduzir os níveis de toxinas.