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É assim que os insetos induzem as plantas a fazer galhas
Os insetos podem reprogramar o crescimento das plantas, transformando partes comuns das plantas em abrigos com padrões complexos que são refúgios seguros para alimentação e reprodução.
Por Howard Hughes Medical Institute - 02/03/2021


A maioria das galhas produzidas por pulgões Hormaphis cornu são verdes. Mas mutações em um gene desencadeiam o desenvolvimento de uma galha vermelha. Crédito: David Stern

Os insetos podem reprogramar o crescimento das plantas, transformando partes comuns das plantas em abrigos com padrões complexos que são refúgios seguros para alimentação e reprodução.

Essas estruturas, chamadas de galhas, fascinam os biólogos há séculos. Eles são criados por uma variedade de insetos, incluindo algumas espécies de pulgões, ácaros e vespas. E eles assumem inúmeras formas, cada qual específica em formato e tamanho para a espécie de inseto que os criou - de protuberâncias em forma de cone a pontas longas e finas. Alguns até se parecem com flores.

Os insetos criam galhas ao manipular o desenvolvimento das plantas, mas descobrir exatamente como eles realizam essa façanha "parece um dos grandes problemas não resolvidos da biologia", diz David Stern, líder de grupo no Campus de Pesquisa Janelia do Howard Hughes Medical Institute. "Como um organismo de um reino assume o controle do genoma de um organismo em outro reino para reorganizar completamente seu desenvolvimento, para produzir um lar para si mesmo?"

Agora, Stern e seus colegas identificaram os primeiros exemplos de genes de insetos que orientam diretamente o desenvolvimento da galha. Esses genes são ativados nas glândulas salivares dos pulgões e parecem direcionar a formação de galhas quando os insetos cuspem sua saliva nas plantas. Um gene que a equipe identificou determina se essas galhas serão vermelhas ou verdes, relataram os pesquisadores em um artigo publicado em 2 de março na Current Biology .

"Acho que eles descobriram um território essencialmente novo", disse Patrick Abbot, ecologista molecular da Universidade Vanderbilt que não estava envolvido no trabalho. Há uma grande probabilidade de que genes semelhantes sejam encontrados em outros insetos, diz ele. "Isso me faz querer correr para o laboratório e começar a examinar meus dados."

Descobrir como estudar a formação de galhas tem sido um desafio de longa data, diz Stern - algo que o interessa desde que ele era um estudante de graduação fazendo trabalho de campo na Malásia. Os insetos galhadores não são organismos modelo de laboratório como as moscas-das-frutas, e não se sabe muito sobre sua genética.

Os pulgões Hormaphis cornu se alimentam de folhas de hamamélis e induzem
as plantas a produzir galhas. Crédito: David Stern

Há alguns anos, enquanto vagava pela floresta do campus à beira do rio de Janelia, Stern fez uma observação conveniente. Os pulgões Hormaphis cornu criam galhas em hamamélis, pequenas árvores floridas abundantes no campus. Mesmo em uma única folha, notou Stern, alguns pulgões Hormaphis estavam produzindo galhas verdes, enquanto outros, vermelhas. Ele criou um experimento natural - uma chance de comparar dois tipos de galhas visivelmente distintos e descobrir o que é geneticamente diferente entre os pulgões que os formam.
 
Quando Stern e sua equipe sequenciaram os genomas dos pulgões que produziram galhas verdes e daqueles que produziram galhas vermelhas, eles identificaram um gene que variava entre os dois genomas. Pulgões com uma versão de um gene que eles chamaram de "determinante da cor das galhas" produziam galhas verdes; pulgões com uma versão diferente tornaram-se vermelhos. A descoberta despertou sua curiosidade, pois o gene não se parecia com nenhum gene identificado anteriormente.

Para mergulhar mais fundo, eles coletaram pulgões tanto das hamamélis quanto das bétulas do rio. (Os pulgões Hormaphis cornu vivem nas bétulas do rio no verão, mas não fazem galhas lá.) De volta ao laboratório, os pesquisadores dissecaram cuidadosamente as minúsculas glândulas salivares dos insetos. Nessas glândulas, a equipe buscou genes que eram ativados apenas nos pulgões que causavam galhas. Os pesquisadores descobriram que o gene determinante da cor da galha era semelhante a centenas de outros genes, todos ativados especificamente nos pulgões formadores de galhas. A equipe de Stern apelidou esse grupo de genes da bicicleta.

Os pulgões galhadores das hamamélis ativam esses genes para produzir proteínas BICICLETAS. Os insetos podem cuspir essas proteínas nas células da planta para reprogramar o tecido da folha para formar uma bílis em vez de partes normais da planta, diz Aishwarya Korgaonkar, uma pesquisadora do laboratório Stern que ajudou a liderar o projeto.

A equipe agora está trabalhando para identificar as moléculas da planta visadas pelas proteínas BICYCLE dos pulgões, diz Korgaonkar. Isso poderia ajudá-los a entender como as proteínas BICICLETAS incitam as plantas a formar galhas.

"Depois de anos se perguntando o que está acontecendo, é muito gratificante ter algo para mostrar", diz Stern.

 

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