Análise genética da resistência basal à Magnaporthe oryzae

Abstract

Oryza sativa (arroz) é um dos cereais mais produzidos no Brasil e no Rio Grande do Sul. Contudo, perdas na produção podem ocasionar alta dos preços e prejuízos aos produtores. A brusone do arroz, causada por Magnaporthe oryzae, é uma das doenças que mais causa danos à cultura. A resistência genética à M. oryzae, raça-específica, tem sido majoritariamente o objetivo do melhoramento genético. Entretanto, essa característica é pouco durável no campo. Uma alternativa é a resistência de não-hospedeiro ou resistência basal, que confere à planta resistência de amplo espectro e de maior durabilidade. Este trabalho teve como objetivo investigar os mecanismos de resistência basal de genes selecionados e comparar as respostas de uma espécie hospedeira O. sativa, e uma espécie não-hospedeira, A. thaliana, frente à infecção por M. oryzae. Os genes EDR1, OsRac1, SGT1, HSP90, STP1, WRKY89, WRKY 53 e Spl11 foram selecionados através de busca in silico nas bases de dados de O. sativa e A. thaliana. Foram testadas as isolinhas de O. sativa (IRBL-5M-Pi5, IRBL1-CL-Pi1, IRBL12-M-Pi12 e LTH) e mutantes dos genes escolhidos de A. thaliana. Nas duas espécies foram avaliadas a severidade da doença e as freqüências dos eventos microscópicos desta interação em 4, 18, 24 e 120hai. Nas isolinhas de O. sativa ainda foi mensurada a expressão dos genes selecionados em 0, 4, 18 e 24hai. De acordo com os resultados obtidos quatro genes demonstraram alto potencial de envolvimento na resistência basal de M. oryzae: STP1, WRKY53, WRKY89 e HSP90. Os genes WRKY53 e HSP90 foram fortemente induzidos nas primeiras horas após a inoculação, demonstram atuar na regulação negativa de todas as etapas da interação, e mostraram ser dependentes do gene de resistência de efeito maior na isolinha IRBL1-CL-Pi1 e IRBL5-M-Pi5, respectivamente. O gene STP1 está ligado à regulação negativa da etapa de germinação dos esporos, formação de apressório e infecção, evitando assim o estabelecimento do fungo no hospedeiro. Este gene evidenciou ser dependente do gene de resistência da isolinha IRBL5-M-Pi5. O gene WRKY89 mostrou ter alto potencial para regulação positiva de respostas de defesa basal, e pode estar agindo na repressão do estabelecimento de M. oyzae nas células de O. sativa. De modo geral, a paralisação do estágio de infecção do fungo foi o momento que mais contribuiu para a resistência nas primeiras horas após a inoculação. Para todos os genes que apresentaram potencial relação com a regulação da resistência basal são necessários aprofundamentos das avaliações nos primeiros momentos principalmente em 4hai, como a observação da formação de papilas e espécies reativas de oxigênio.

Oryza sativa (rice) is one of the most commonly produced cereals in Brazil and in Rio Grande do Sul. However, losses in production may lead to high prices and losses for producers. Rice blast, caused by Magnaporthe oryzae, is one the diseases that causes losses in field. The genetic resistance to M. oryzae, specific to race, has been one of the major goals of genetic improvement. However, this feature is not durable in the field. An alternative is non-host resistance or basal resistance, causing the plant to have a broad spectrum of resistance and durability. This study aims to investigate the basal resistance mechanisms of selected genes and to compare the responses of a host species O. sativa, and a non-host species, A. thaliana, to infection by M. oryzae. The genes EDR1, OsRac1, SGT1, HSP90, STP1, WRKY89, WRKY 53 and Spl11 were chosen through search in silico in the database of O. sativa and A. thaliana. The isolines IRBL-5M-Pi5, IRBL1-CL-Pi1, IRBL12-M-Pi12 and LTH were tested for O. sativa and the mutants of chosen genes of A. thaliana. In both species, disease severity and the frequency of microscopic events of this interaction in 4, 18, 24 and 120hpi. Expression of selected genes from 0, 4, 18 and 24hpi in the O. sativa isolines was also measured. According to the results, four genes showed high involvement potential in basal resistance of M. oryzae: STP1, WRKY53, WRKY89 and HSP90. The WRKY53 and HSP90 genes were strongly induced in the first hours after inoculation and showed that they operate in down-regulating in all stages of the interaction, and showed to be dependent on the resistance gene in the isoline IRBL1-CL-Pi1 and IRBL5-M-Pi5, respectively. The STP1 gene is linked to negative regulation of the spore germination step, appressorium formation and infection, thus avoiding the establishment of the fungus in the host. This gene showed to be dependent on the resistance gene in the isoline IRBL5-M-Pi5. The WRKY89 gene showed to have high potential for up-regulation of basal defense response, and may be acting in the repression of the establishment of M. oyzae in O. sativa cells. Generally, the halt of the fungus infection stage was the moment that most contributed to the strength in the hours post inoculation. Deeper evaluations are necessary to all the genes that showed potential relationship with the regulation of basal resistance, especially in 4hpi such as observation of the formation of pappilae and reactive oxygen species.