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A planta pode contar com um mecanismo de defesa conhecido como imunidade, que é o mecanismo de defesa primário; enquanto que os patógenos evoluíram em sua capacidade de suprimir essas defesas primárias. As relações planta-patógeno são caracterizadas por um complexo de interações envolvendo ataque, defesa, contra-ataque e contra-defesa. O sucesso evolutivo das plantas reside na sua habilidade em detectar e reagir aos patógenos potenciais. Nas plantas foram desenvolvidos sistemas de reconhecimento do patógeno, enquanto que nos patógenos a evolução fez surgir efetores capazes de desativar a defesa das plantas e toxinas que ativam a morte celular na hospedeira. As interações estudadas atualmente são resultantes de longos períodos de coevolução antagonística. Evidências de co-evolução podem ser encontradas em diversos níveis de análises genéticas e moleculares (Stukenbrock e McDonald, 2009; Nandety et al., 2013).

Os mecanismos utilizados pelas plantas para reconhecer patógenos e a ativação de respostas imunes estão sendo elucidados nos últimos anos. As plantas possuem dois tipos distintos de receptores imunes. O primeiro tipo, os receptores de reconhecimento de padrões (PRRs), reconhecem padrões moleculares conservados associados a os patógenos (PAMPs) iniciando um processo de imunidade conhecido por PTI (PAMP – triggered immunity). O segundo tipo são as proteínas de resistência (R), que reconhecem efetores do patógeno e iniciam a imunidade conhecida com ETI (Effector – triggered immunity) (Qi et al., 2011).

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2.1. Receptores PRRs e imunidade disparada por PAMPs-PTI

Uma parte do sistema imunológico da planta é conhecida como imunidade disparada por PAMPs (padrões moleculares associados a patógenos) (PTciclo P-triggered immunity”), defesa inata ou defesa basal, que é baseada em interações entre a superfície do hospedeiro com PRRs (pattern recognition receptors) na matriz extracelular da planta ou na membrana plasmática que reconhecem padrões moleculares associados aos microrganismos ou patógenos (M/PAMPs). Estes são epítopos microbianos, também chamados elicitores gerais que incluem flagelina bacteriana, fator de alongação bacteriano Tu, lipopolissacarídeos, peptídeoglicano, β-glucanases, ergosterol ou quitina de fungos, essenciais na sobrevivência do patógeno (B, (NürnBergher e Kemmerling; 2009; Boller e He, 2009).

A imunidade disparada por PAMPs-PTI, conhecida como resistência horizontal ou de não hospedeiro é determinada por mecanismos de defesa constitutiva que operam na planta sendo controlada por vários genes, por isso se diz que é poligênica ou multigênica. Este tipo de resistência é mais estável porque tem menor probabilidade do patógeno quebrar a resistência (Zinoveva et al., 2004, Qi et al., 2012). Assim, esse mecanismo de resistência é considerado de fundamental importância para os melhoristas. A desvantagem desse tipo de resistência está associada à dificuldade de ser transferida de um genótipo para outro, pois a probabilidade de transferência dos alelos desejáveis a partir de um genótipo resistente para um suscetível é baixa, quando está envolvido um grande número de alelos.

O entendimento da resistência horizontal é menos completo em comparação com a resistência raça-específica, HR se caracteriza por ser dependente de múltiplos componentes celulares que além de outros fatores incluem, pré-barreiras (síntese de peptídeos, proteínas e metabólitos secundários, que restringem a infecção por patógenos induzindo mecanismos de defesa. Várias moléculas de sinalização, como etileno, ácido salicílico, ácido jasmônico, induzidas por proteínas quinases, estão também ligados à resistência de não hospedeira, que provavelmente é a resistência mais comum e durável pelo fato de alguns patógenos possuirem afinidade por determinadas plantas em detrimento de outras. R-genes também podem estar envolvidos neste tipo de resistência à doença (Kang et al., 2003, Qi et al., 2012).

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2.2. Proteínas R e a imunidade disparada por efetores ETI

Na outra parte do sistema imunológico das plantas, os patógenos podem superar a PTI e após a secreção e a translocação para a célula hospedeira, estes genes suprimem ou interferem na sinalização da PTI, em plantas que são suscetíveis à infecção por agentes patogênicos. A doença então é o resultado desta susceptibilidade desencadeada por efetores (ETS), enquanto que plantas com resistência existem proteínas (R) que reconhecem as moléculas efetoras (Lewis et al., 2010; Zhang et al., 2012). O reconhecimento específico de um efetor do patógeno por uma planta R dispara um segundo tipo de resposta denominado efetores desencadeadas de imunidade, resultando em uma reação incompatível (Qi et al., 2011; Nandety et al., 2013). A partir disso, as plantas desenvolveram mecanismos de defesa que reconhecem os efetores através das proteínas NBS-LRR, que possuem domínio de ligação a nucleotídeos (NBS “nucleotide binding site”) e repetições ricas em leucina (LRR “leucine rich repeat”), que ativam uma segunda linha de defesa conhecida como imunidade disparada por efetores (ETI) (Jones e Dangl, 2006), também conhecido anteriormente como gene-a-gene ou resistência raça-específica ou resistência vetical (Figura 2).

Figura 2. Modelo Zig-Zag do sistema imune em plantas (Jones e Dangl, 2006). As plantas detectam

padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs / mAmps, losangos vermelhos) via PRRs PRRs (pattern recognition receptors) para desencadear a imunidade disparada por PAMPs (PTI). Patógenos de sucesso produzem efetores que interferem com a PTI, resultando em suscetibilidade desencadeada por efetores (ETS). Se um efetor (indicado em vermelho) for reconhecido por uma proteína da planta NB-LRR, a imunidade disparada por efetores (ETI) é ativada, sendo uma versão amplificada de PTI que permite a indução da morte celular e resposta de hipersensibilidade (HR). Isolados do patógeno podem evoluir e perder efetores (em vermelho) ou ganhar novos efetores (em azul), permitindo que o patógeno suprima ETI. Tal seleção,favorece novos alelos NB-LRR a evoluir e reconhecer um dos efetores recém adquiridos, resultando novamente em ETI.

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A teoria gene-a-gene define que a planta possui um gene de resistência (R gene) e o patógeno possui um gene de avirulência (Avr gene). Esta era anteriormente conhecida como resistência vertical ou monogênica. Quando os dois, planta e patógeno, entram em contato, acontece um reconhecimento do produto do Avr gene pelo produto do gene R. Nesse caso, o R gene funciona como um receptor que é induzido ao receber um sinal externo (o patógeno tentando atacar a planta), liberando uma cascata de sinais que são traduzidos para que se obtenha uma resposta de defesa (Flor, 1971).

Dezenas de genes R, contra vários patógenos, já foram clonados a partir de uma variedade de plantas. Estes genes codificam para proteínas que podem ser agrupadas em várias superfamílias, baseados em domínios de proteínas. A grande maioria dos genes clonados até agora pertencem às superfamílias NBS-LRR (Nucleotide Binding Site –Leucine Rich Repeat), e LRR ou LRR-quinase (Nandety et al., 2013). Essas superfamílias foram inicialmente identificadas em tomateiro, tabaco e Arabidopsis. Os genes análogos de resistência (RGAs) agora podem ser facilmente identificados pela similaridade de sequência: certos domínios funcionais (por exemplo, os domínios NBS e LRR) são altamente conservados, mesmo entre genes R pouco relacionados entre si. Estudos genômicos têm revelado que as superfamílias NBS-LRR, LRR e LRR-Quinase são onipresentes nas plantas (Dangl e Jones, 2001; Mcdowell e Woffenden, 2003).

Na cultura de arroz, cerca de 400 genes NBS-LRR foram caracterizados, 150 no genoma de Arabidopsis (Mchale et al., 2006) e 89 identificados em M. acuminata DH-Pahang (D’Hont et al., 2012). No estudo de Passos et al. (2013), 14 genes expressos NBS-LRR foram identificados em bananeira Calcutta 4, através da análise Blast de folhas infectadas e não- infectadas com Mycosphaerella musicola, e 25 em Cavendish Grande Naine. Outras classes conhecidas de R-genes de plantas incluem LRRs extracelulares ancorados por domínios transmembranas (proteínas receptoras), LRRs extracelulares ligadas a domínios citoplasmáticos de serina/treonina-quinases, serina/treonina-quinases intracelulares, e as proteínas com um domínio em espiral (coiled-coil) ancoradas à membrana celular.

A resistência baseada em ETI é frequentemente manifestada como uma reação de hipersensibilidade, que resulta na morte celular localizada no sítio de penetração do patógeno. Essa resposta pode ser local, havendo uma reação de hipersensibilidade (RH) na qual ocorre a morte programada de células no local da infecção. Nesta interação, o patógeno, ao penetrar o tecido da planta, a hospedeira dispara as respostas de defesa, que, ativadas rápido e intensamente, impedem a multiplicação do patógeno evitando assim a doença (Vantini et al.,

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2008). Um evento no início desta reação de hipersensibilidade é a geração de superóxido (O2) e acúmulo de peróxido de hidrogênio (H2O2) em uma explosão oxidativa produzindo os ‘Reactive Oxygen Intermediates’ (ROIs), isto é, espécies ativas de oxigênio (Jones e Dangl, 2006), que juntamente com a produção de óxido nítrico (NO), desempenham um papel chave na ativação dos mecanismos de resistência a doenças em animais e plantas (Delledonne et al., 2001).

A ativação das respostas de defesa, entre outros fatores, envolve uma regulação do equilíbrio de fitormônios como o ácido salicílico (AS) etileno (ET) e ácido jasmônico (AJ) (Zvereva e Pooggin, 2012). Estudos evidenciam que patógenos biotróficos e hemibiotróficos são geralmente sensíveis a respostas de defesa que são reguladas por AS, enquanto patógenos com o modo de vida necrotrófico são comumente impedidos pelas defesas controladas por AJ e ET (Deller et al., 2011). No processo de defesa, ocorre também a produção de fenóis, espessamento da parede celular da planta, acúmulo de fitohormôrnios, formação de fitoalexinas e indução de expressão de proteínas relacionadas à defesa que limitam a colonização de tecidos vegetais e impedem a manifestação da doença (Hammond-Kosak e Jones, 2003). A resposta de defesa sistêmica conhecida como resistência sistêmica adquirida ou SAR (Systemic acquired resistance) exige o acúmulo endógeno de AS, resultando na reprogramação transcricional de uma bateria de genes que codificam proteínas PR. Esta resistência de longa duração e amplo espectro é o AS produzido no local da infecção que se move célula a célula sob a forma de metil-AS através do plasmodesmata ou pelo floema para o resto da planta (Muthamilarasan e Prasad, 2013).