Ao modificar um receptor imune intracelular (NLR) da planta, os pesquisadores desenvolveram uma nova estratégia potencial para resistência à doença da brusone do arroz, uma das doenças mais importantes que ameaçam a segurança alimentar global. A equipe colaborativa do Reino Unido e do Japão publicou recentemente sua pesquisa no Proceedings of the National Academy of Sciences. Isso pode ter implicações para futuras abordagens de proteção de cultivos e, finalmente, para a estabilidade do suprimento global de alimentos.

A pesquisa foi liderada pelo Departamento de Bioquímica e Metabolismo do John Innes Centre, com parceiros do The Sainsbury Laboratory, University of East Anglia, e da Division of Genomics and Breeding, Iwate Biotechnology Research Center, Japão. Para uma parte crítica do estudo, os pesquisadores trabalharam com o síncrotron nacional do Reino Unido, Diamond Light Source. Seu artigo, "Bioengineering a plant NLR immunity receptor with a robust binding interface toward a conserved fungal pathogen effector", foi publicado no início de julho.

A doença da brusone do arroz continua sendo uma das doenças mais recalcitrantes que ameaçam a segurança alimentar global. Esta doença é causada pelo fungo filamentoso, Magnaporthe oryzae, e é diretamente responsável pela perda de mais de 30% do arroz colhido anualmente. Este patógeno também pode causar a doença da brusone em outras culturas de cereais, incluindo trigo e cevada.

As abordagens atuais para a implantação de resistência durável a doenças no campo são limitadas pelo ritmo em que podem ser identificadas na natureza e pela evolução de patógenos vegetais, como o fungo da explosão, que consegue contornar essas novas resistências. A bioengenharia de receptores imunológicos vegetais, como NLRs, surgiu como um novo caminho para gerar novos traços de resistência a doenças para neutralizar a ameaça crescente de patógenos vegetais à segurança alimentar global que pode ser potencialmente desenvolvida sob demanda.

Rafal Zdrzalek, o autor principal, explica "Patógenos secretam proteínas chamadas 'efetores' em células hospedeiras para manipular o metabolismo da planta e promover infecção. As plantas podem reconhecer esses efetores usando receptores imunológicos chamados NLRs. No entanto, nem sempre é fácil definir um receptor que reconheça naturalmente qualquer efetor dado, e mesmo que tal receptor exista, os efetores de um patógeno podem sofrer mutação e evoluir para escapar desse reconhecimento.

Em sua publicação, os pesquisadores se concentraram na engenharia de um receptor imune NLR do arroz para se ligar de forma robusta a uma família de efetores mais ampla e conservada do patógeno do fungo blastocisto.

Mark Banfield, o autor correspondente, acrescenta: "Ao reconhecer uma família de efetores conservados, este receptor imune projetado estabelece uma prova de princípio para a entrega futura de resistência robusta e de vida mais longa à doença da explosão na agricultura. Pode ser mais difícil para o patógeno evoluir para escapar do reconhecimento. O conceito de engenharia de receptor imune hospedeiro-alvo também pode ser aplicável a outras doenças de plantas que dependem da entrega de efetores em células hospedeiras para suas propriedades causadoras de doenças."

Ao trocar o domínio associado a metais pesados ??(HMA) do NLR Pikm-1 do arroz pelo da proteína do arroz OsHIPP43 (o alvo natural do efetor Pwl2), os pesquisadores mudaram com sucesso o perfil de resposta do receptor para reconhecer e responder ao Pwl2 e à família mais ampla de efetores Pwl.

Os pesquisadores coletaram dados de difração de raios X na linha de luz I04 do síncrotron nacional do Reino Unido, Diamond Light Source, para estudar os detalhes da interação entre essas duas proteínas. A estrutura cristalina do complexo revela uma extensa interface entre Pwl2 e OsHIPP43.

Curiosamente, os pesquisadores realizaram ensaios para mostrar que a nova proteína quimérica poderia reconhecer diferentes efetores Pwl in planta.

Para explorar os limites da proteína quimérica, eles geraram uma série de mutações direcionadas em Pwl2 com base na estrutura cristalina e realizaram um novo ensaio para testar especificidades de reconhecimento alteradas. Em muitos casos, a proteína conseguiu reconhecer o efetor, mostrando a robustez do sistema.

As descobertas do estudo demonstram o potencial da engenharia NLR baseada em alvo hospedeiro no desenvolvimento de novos traços de resistência que podem ser menos propensos a serem superados pela evolução do patógeno. Esta pesquisa pode ter implicações de longo alcance para o futuro da proteção de cultivos e estabilidade do suprimento global de alimentos.