Bactérias disputam com plantas controle dos poros das folhas

Quando chegam às plantas, as bactérias Pseudomonas syringae logo procuram portas abertas por onde possam entrar e causar lesões nas folhas e nos ramos. As portas são os estômatos, poros microscópicos que têm a capacidade de se abrir ou fechar. Mas a planta detecta o inimigo e rapidamente bloqueia suas entradas. Com as portas fechadas as bactérias não têm como entrar, mas não desistem. Elas descobrem a chave para abri-las e atacar sua vítima.

Parece uma batalha de ficção científica, mas é real. Fechar os estômatos é uma resposta inata das plantas que restringe a invasão por bactérias. A função imunológica era desconhecida para essas estruturas responsáveis por trocas gasosas e transpiração das plantas. A descoberta foi feita pela bióloga brasileira Maeli Melotto, atualmente contratada como pesquisadora associada na Michigan State University (MSU), Estados Unidos. “Os estômatos representam a primeira barreira contra a infecção bacteriana, e uma substância liberada pelas bactérias, a coronatina, bloqueia essa defesa”, resume Maeli, primeira autora do artigo publicado na edição de setembro da revista científica Cell com esses resultados.

O achado é um passo importante no conhecimento sobre os estômatos. O mecanismo de defesa na superfície das folhas era até desconhecido em grande parte por causa do método de inoculação, o mais comum nos laboratórios. Para estudar o sistema imunológico vegetal, pesquisadores injetam o agente infeccioso (vírus ou bactérias) diretamente dentro da folha. A busca de Maeli foi impulsionada pelas observações de outros pesquisadores feitas há dez anos, que mostraram a ineficácia de algumas bactérias em causar infecção quando inoculadas na superfície das folhas, em vez de em seu interior. “Como em condições de laboratório as bactérias só entram nas folhas pelo estômato, comecei a estudar se eram eles que protegiam as folhas contra a invasão”, conta.

A equipe do laboratório coordenado por Sheng Yang He usou a planta Arabidopsis, uma espécie de versão vegetal do rato de laboratório, para estudar os mecanismos moleculares e de bloqueio que permitem às plantas evitar infecções bacterianas. O grupo expôs folhas de Arabidopsis a uma linhagem de P. syringae nociva às plantas. As plantas tinham entre 70% e 80% de seus estômatos abertos, uma situação típica de condições de luz propícias à fotossíntese. Mas as bactérias não ficaram à toa: elas distinguiram os estômatos fechados dos abertos e se aglomeraram à sua volta como passageiros que se empurram para entrar no metrô antes que a campainha toque, em horário de pico.

A planta não avisa com uma campainha, mas ao detectar os invasores as folhas do experimento reagiram fechando os estômatos: em duas horas, só 30% deles ficaram abertos. A reação de defesa foi transitória. Três horas depois, apesar de as bactérias continuarem ali, havia outra vez tantos estômatos abertos como antes do ataque. O que as leva a abrir-se é uma substância liberada pelas bactérias chamada coronatina, que tem nas folhas o efeito de “Abre-te, Sésamo”, as palavras mágicas que Ali Babá usou para entrar na caverna dos 40 ladrões.

Os pesquisadores demonstraram também que a reação a bactérias é um reflexo generalizado que independe dos danos causados pelo invasor. Os estômatos também se fecham quando expostos à Escherichia coli, bactéria que ataca seres humanos mas é inofensiva para plantas. Porém, ao contrário do que descobriram com P. syringae, Maeli e seus colegas observaram que a E. coli não tem um mecanismo que induza à reabertura das portas. Como não é especialista em atacar plantas, essa bactéria não descobriu a senha que lhe garante a entrada.

Protagonistas discretos – Apesar de essenciais para a vida das plantas, ainda se sabe pouco sobre como os estômatos funcionam. Os livros escolares dizem que eles se abrem durante o dia para absorver gás carbônico, que será transformado em energia pelo processo da fotossíntese. Mas o problema enfrentado pelas plantas é que elas perdem água através dos poros abertos, fenômeno conhecido como transpiração. Por isso, o perigo de ressecamento obriga a planta a fechá-los nas horas mais quentes. O mesmo valeria para quando não é possível fazer fotossíntese, que requer luz solar, mas novos dados põem em dúvida essa visão. “Havia um dogma de que as plantas fecham os estômatos durante a noite, mas agora estamos vendo que a história é outra”, diz Rafael Oliveira, botânico do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (Cena) da Universidade de São Paulo (USP) em Piracicaba.

Estudos recentes sugerem que os estômatos podem ser uma alternativa às raízes na absorção de água. Stephen Burgess e Todd Dawson, da Universidade da Califórnia em Berkeley, Estados Unidos, demonstraram em 2004 que as sequóias californianas bebem água pelas folhas. Ainda não está provado que os estômatos sejam os sorvedouros nesse caso, mas Rafael Oliveira, da USP, acredita que essa é a hipótese mais plausível. Os outros mecanismos considerados seriam, segundo diz, mais lentos do que ele e seus colegas observaram.

Oliveira fez seu doutorado no laboratório de Dawson, e investiga se no Brasil acontece o mesmo que foi descoberto nas sequóias. Seus estudos têm mostrado que as plantas do Cerrado e da Amazônia também absorvem água pelas folhas. O botânico acredita que o mecanismo seja uma resposta generalizada das plantas à disponibilidade de água no ambiente. O caso das sequóias é exemplar, pois são árvores de grande porte que vivem numa região com meses seguidos de estiagem, com uma neblina espessa diária durante esse período. Há mais água no ar do que no chão, portanto. Para verificar como a água entra nas folhas, será preciso fazer experimentos em laboratório, como usar substâncias que induzam o fechamento dos estômatos e comparar a absorção de água foliar com a de plantas não manipuladas.

Mistério vegetal – Ainda não se sabe como as plantas detectam as condições ambientais nem como equacionam as indicações contraditórias que o sol, a umidade do ar, o sistema imunológico e as bactérias fornecem para fechar ou abrir os estômatos. Mas a reação de defesa parece ter um peso grande na decisão: Maeli realizou seus experimentos em plena luz, quando as plantas fazem fotossíntese e por isso têm os estômatos abertos. Mesmo assim cerca de 80% dos estômatos abertos se fecharam na presença das bactérias. “Esse fato sugere que a planta diminui a fotossíntese quando atacada por patógenos”, conclui. Em um trabalho anterior com feijão, publicado na revista Genome em 2005, ela observou que genes ligados à fotossíntese reduzem sua atividade quando as plantas são atacadas por algum agente infeccioso. Esses resultados indicam que o fechamento dos estômatos não é um fenômeno isolado, mas parte de um sistema que coordena as funções vitais da planta com sua defesa.

Feita a descoberta em Arabidopsis, é preciso demonstrar que o mesmo vale para outros sistemas. O uso de modelos biológicos, como Arabidopsis para plantas, ratos de laboratório para mamíferos ou drosófilas para insetos, permite um avanço mais rápido da pesquisa. Após descobrir um mecanismo em uma dessas espécies, é possível direcionar os estudos em busca de propriedades específicas de outros organismos. Maeli examinou também tomateiros e plantas de tabaco, que apresentaram a mesmo tipo de resposta.

Por enquanto, o grupo da Universidade de Michigan vai investir em compreender melhor o mecanismo que descobriu. “Pretendemos estudar com maior detalhe os componentes moleculares envolvidos na defesa estomatal e como a coronatina age para desarmá-la. Queremos também entender se essa defesa é efetiva contra outras bactérias patogênicas que entram na folha, principalmente pelo estômato”, diz Maeli.

Em uma floresta tropical as folhas abrigam uma imensa diversidade de microorganismos (até 600 espécies numa única folha) e processos complexos de interação (veja edição de julho deste ano de Pesquisa FAPESP). O mundo das folhas chega a ter um nome entre os especialistas, filosfera. Ainda há muito a desbravar nesse universo.