Mecanismos de Resistência das plantas aos patógenos� PONTO PARA REFLEXÃO

� Todas as plantas devem possuir meios de se proteger de organismos parasitas/patógenos que as atacam. (Do contrário, não existiriam plantas)

� A interação hospedeiro x patógeno pode ser encarada como uma luta entre os dois pela sobrevivência

� O patógeno lança mão de suas armas químicas para atacar o hospedeiro, enquanto este, procura se defender, através de mecanismos estruturais e/ou bioquímicos

� Atenção: os mecanismos de ataque e defesa são subdivididos em função de objetivos didáticos. A interação hospedeiro-patógeno deve ser encarada como um sistema único, que depende da PLANTA, do PATÓGENO e do MEIO-AMBIENTE

PatPatóógenogenoAmbienteAmbiente

PlantaPlanta

� Resistência – conceito� As plantas, na natureza, estão sujeitas a um

grande número de microrganismos � A resistência é a REGRA e a suscetibilidade é a

EXCEÇÃO

� A RESISTÊNCIA...� é dinâmica e coordenada

� é um sistema multicompetente

� resulta de vários diferentes mecanismos de resistência

� As plantas podem se defender:� Passivamente� Ativamente

� Para facilitar os estudos :� PRÉ-FORMADOS (passivos, constitutivos)� PÓS-FORMADOS (ativos, induzíveis)

� Ambos podem ser subdivididos em:� Estruturais� Bioquímicos

� Os ESTRUTURAIS� atuam como barreiras físicas, impedindo a

entrada do patógeno e a colonização dos tecidos

� Os BIOQUÍMICOS: � reações que ocorrem nas células do hospedeiro

produzindo substâncias que são tóxicas ao patógeno ou criam condições adversas para o crescimento deste no interior da planta

Fatores que afetam os mecanismos estruturais e bioquímicos nas respostas de resistência (numa mesma interação):

� IDADE DA PLANTA� ÓRGÃO / TECIDO DA

PLANTA� ESTADO NUTRICIONAL� CONDIÇÕES AMBIENTAIS

FIGURA 2-11 Tipos de invasão de patógenos em plantas infectadas. (A) Sarna da macieira: o fungo (Venturia sp) cresce somente na cutícula e nas células epidérmicas de folhas e frutos. (B) Os mílidospulverulentos, o micélio do fungo cresce na superfície do hospedeiro, mas envia haustórios para dentro das células epidérmicas. (C) Micélio do fungo (vermelho) cresce somente nos espaços intercelulares. (D) Hifa do fungo Ustilago numa folha infectada. (E) Doenças causadas por bactérias que crescem e bloqueiam o xilema. (A) University of Oregon, (B) G. Celio, APS, (D) Mims et al. (1992). Intern. J. PlantSci. 153, 289–300, and (E) E. Alves, Federal University of Lavras, Brazil.]

A

B

CD

E

FATORES ESTRUTURAIS

� Defesas físicas que evitam ou restringem o desenvolvimento da doença

� Podem ser:� I) Pré-formados� II) Pós-formados

Pré-formados

� 1ª. Linha de defesa: superfície da planta

� I.1) Cutícula� Onde ocorre o contato inicial entre patógeno e

planta� Recobre a parede celular das células

epidérmicas em contato com o meio externo� Camada lipídica, composta por uma mistura de

ceras e um polímero insolúvel denominado cutina

micro.magnet.fsu.edu/cells/leaftissue/images/...

ghs.gresham.k12.or.us/.../plants/pics/leafxs.gif

� Recobre folhas, flores, frutos e talos jovens� Superfície hidrofóbica, impede a formação de

um filme de água, onde os fungos poderiam germinar e as bactérias se multiplicarem

� A espessura nem sempre estácorrelacionada com a resistência. Porém, háexemplos em que há correlação:� F. solani f. sp. pisi – ervilha� C. gloeosporioides – mamão

www.weeds.iastate.edu/mgmt/2001/cuticle2.JPG

Cutícula brilhante

www.naturescapes.net/042004/Figure3.jpg

� Os esporos de Phytophthoraspp. — como a maioria dos fungos fitopatogênicos —germinam para formar uma hifa que são especializadas em penetrar a cutícula e a parede celular.

� Estas hifas de penetração normalmente surgem dos apressórios, embora alguns colonizadores de raízes possam não formar apressórios� The spores of Phytophthora:

weapons of the plant destroyer� Howard S. Judelson & Flavio A.

Blanco� Nature Reviews Microbiology 3,

47-58 (January 2005)

� Barreira estrutural e também tóxica:� Substâncias antifúngicas isoladas da cutícula de

algumas plantas� macieira, algodão, fumo

Exemplo:

� Peronospora hyoscyami f sp tabacina

� Alta germinação sobre a superfície de folhas de Nicotiana debneyi

� Baixa germinação sobre N. tabacum

� Explicação: N tabacum possui um inibidor de germinação (4,8,13-duvatrieno-1,3-diol) ausente em N. debneyi

I.2) ESTÔMATOS

� Número� Morfologia� Localização� Período de abertura

hcs.osu.edu/hcs300/gif/stoma.gif

� NÚMERO� Normalmente, ocorrem em densidade de 100 a

300 / mm2 na superfície foliar� Completamente abertos: ostíolo com área

aproximada de 90 mm2, que é suficiente para a penetração ativa de tubos germinativos de fungos, bem como a penetração passiva de células bacterianas

MORFOLOGIA

� Morfologia da crista cuticular junto ao ostíolo� Na suscetível, a crista tem suas paredes

internas perpendiculares à superfície da folha� Resistente: dificulta a entrada de água na

câmara sub-estomática e a formação de um filme contínuo de água entre a superfície externa da folha e o mesofilo

LOCALIZAÇÃO

� Exemplo: Pessegueiro x Xanthomonas

pruni

� - Quando inoculadas, sintomas somente quando aspergiam na superfície inferior das folhas, onde os estômatos estão situados

www.scielo.br/.../babt/v47n6/a13fig03.gif

PERÍODO DE ABERTURA

� Alguns patógenos podem forçar a entrada através dos estômatos fechados.

� Outros devem esperar a abertura (desvantagem)� Exemplos:

� 1) Puccinia recondita (ferrugem da folha do trigo): acesso ao interior do hospedeiro sob condições de luz OU escuro

� 2) Puccinia graminis f sp tritici (ferrugem do colmo): somente em condições de luz;

� sensibilidade do fungo ao CO2 ( a [CO2] aumenta no escuro, em função da respiração)

TRICOMAS

� Prolongamentos uni ou multicelulares, a partir da epiderme

� Várias formas� Poucas evidências

dessas estruturas na resistência

Hipóteses:

� No de pêlos interfeririam na continuidade do filme d’água sobre as superfícies do hospedeiro dificultando germinação de esporos e multiplicação das bactérias

� Repelência aos insetos, vetores de doenças� Tricomas conectados a glândulas secretoras

de substâncias tóxicas aos fitopatógenos

Tricomas

ESPESSURA DAS PAREDES CELULARES

� Paredes celulares espessas podem contribuir na restrição da colonização

� Folhas: xilema e as fibras esclerenquemáticas (ricas em lignina), podem interromper o avanço de fungos e bactérias, originando sintomas do tipo “manchas angulares”

� Capacitam os patógenos a colonizar somente as áreas entre as nervuras

� Pode levar a uma redução do inóculo

II) PÓS-FORMADOS

� Apesar dos fatores de resistência estruturais pré-formados, os patógenos conseguem ter acesso ao interior das plantas

� Novas barreiras estruturais, que interferem com o progresso dos fitopatógenos nos tecidos

� II.1) Estruturas de defesa celular� (células individuais sob ataque do patógeno)

� II.2) Estruturas de defesa histológica� (tecidos da planta, normalmente distantes do sítio

de penetração do patógeno)

II.1) Estruturas de defesa celular

� Agregação citoplasmática� Acumulação de massa de citoplasma, no sítio de

ataque do patógeno� Ocorre rapidamente.

� Exemplos:� Plasmodiophora brassicae x repolho

� 20 segundos, nas células de pêlos absorventes das raízes

� Erysiphe graminis f sp hordei x cevada� 5 a 10 minutos em células de coleóptilos

Papilas

� Deposição de material homogêneo entre a membrana plasmática e a parede celular no sítio de infecção, sob a hifa de penetração

� Formadas de 2 a 3 horas após a inoculação com fungos

� São constituídas de calose (beta-1,3-glucana), podendo também conter lignina, derivados fenólicos, celulose, silício e suberina

� Barreiras contra a penetração e troca de metabólitos

� Reparam a parede celular após a invasão

� FIGURE 2-9 Electron micrographs of directpenetration of a fungus (Colletotrichumgraminicola) into an epidermal leaf cell.

� (A) (a) Developing appressorium from a conidium. Note wax rods (arrows) on leafsurface. (b) Mature appressorium separatedby a septum from the germination tube.

� (B) (a) Formation of penetration peg at thecentral point of contact of appressorium withthe cell wall. (b) Structures in thepenetration peg, which has alreadypenetrated the cell wall, and papillaproduced by the invaded cell.

� (C) Development of infection hypha. (a) Infection peg penetrating the papilla. (b) Appressorium and swollen infection hyphaafter penetration.

� (D) On completion of penetration andestablishment of infection, the appressoriumconsists mostly of a large vacuole and is cutoff from the infection hypha by a septum.

� (Photographs courtesy of D. J. Politis and H. Wheeler.)

Halos

� Nos sítios de penetração� Alterações na parede superior das células

epidérmicas, provavelmente, devido àdegradação das mesmas pelos fungos invasores

� Presença de calose, lignina, lipídeos cuticulares e sílica: parece que os halos são locais específicos para a deposição dessas substâncias – funcionam para reduzir a perda de água nos sítios de penetração

Lignificação� Lignina: uma das substâncias mais importantes da

parede celular� Lignificação pode ocorrer em citoplasmas em

degeneração, em depósitos extra-celulares e nas paredes das células

� A lignina ou o processo de lignificação podem interferir com o crescimento de patógenos

� Modificação química das paredes celulares, que traria os seguintes resultados:

� Aumento da resistência das paredes à ação de enzimas� interferência na difusão de toxinas do patógeno para o

hospedeiro e de nutrientes do hospedeiro para o patógeno

� Patógenos também podem ser lignificados, impedindo seu crescimento

II.2) ESTRUTURAS DE DEFESA HISTOLÓGICA

� Camadas de cortiça� Em resposta à injúria mecânica e à presença de patógenos (nos

pontos de penetração e crescimento)

� Originam-se de células formadas a partir do felogênio (tecido meristemático), que se caracterizam pela presença de suberina e protoplasma morto

� Impedem a invasão dos tecidos sadios da planta

� Interrompem o fluxo de nutrientes e água

� Interrompem o fluxo de matabólitos tóxicos

� Tecidos mortos envoltos pela camada de cortiça (incluindo o patógeno), podem permanecer na planta, originando manchas necróticas (lesões) ou podem ser empurrados pelos tecidos sadios em direção ao exterior da planta (ex. Sarna da macieira)

Camada de abscisão

� Abscisão de folhas, flores, frutos ou partes desses é precedida pela formação da camada de abscisão

� Caracterizada pela dissolução da lamela média entre duas camadas de células adjacentes, através da ação de enzimas, principalmente celulolíticas e pectolíticas

� A dissolução causa a separação das células, com o consequente afrouxamento dos tecidos envolvidos, o que pode levar à queda dos tecidos conteúdo o patógeno

� A camada de abscisão separa o tecido sadio do doente, protegendo o restante da planta

Camada de abscisão

Tiloses

� São formadas nos vasos do xilema� Resposta a estresse abiótico, envelhecimento e/ou invasão por

patógenos vasculares� O protoplasma das células do parênquima adjacentes ao xilema

sofre um processo de hipertrofia e cresce para o interior do xilema através das pontuações

� As projeções protoplasmáticas podem aumentar em tamanho e número dentro dos vasos, levando à obstrução parcial ou total

� Restringem o transporte de água e podem conter o avanço do patógeno para outro locais do hospedeiro

� Atenção: a formação de tiloses pode contribuir com a resistência da planta apenas quando esta ocorre precocemente e nas áreas próximas ao sítio inicial de infecção

� Plantas resistentes a murchas vasculares exibem a capacidade de formar maiores quantidades de tiloses do que plantas suscetíveis

� A restrição no movimento do patógeno é seguida pelo acúmulo de terpenóides fungitóxicos

Schematic drawing of tyloses in the xylem vessel. Reproduced from G. N. Agrios, Plant Pathology, 5th ed. 2005, page 217