Os micro-organismos que habitam o interior das
plantas são chamados de micro-organismos endofíticos. Eles podem ser encontrados
em tecidos e órgãos vegetais como raízes, folhas, frutos e sementes. A
comunidade endofítica é constituída principalmente por fungos e bactérias que,
ao contrário dos micro-organismos patogênicos, não causam prejuízos aos seus
hospedeiros. Para termos uma noção do tamanho desta comunidade, conhecemos hoje
cerca de seis mil e quinhentos fungos endofíticos isolados de árvores e de herbáceas,
porém acredita-se que este número seja muito maior, e ainda estamos longe de
descobrir todas as espécies bacterianas e fúngicas associadas às plantas. Considerando
que existam aproximadamente 300.000 espécies de plantas superiores, e que uma
planta individual é colonizada por vários endófitos, a oportunidade de se
descobrir novos e interessantes micro-organismos é muito grande.
Os efeitos dos micro-organismos endofíticos nas
plantas são variados. Atualmente, a atenção
tem sido voltada ao estudo de endofíticos que podem atuar no controle biológico
de doenças vegetais e também aos que tem a capacidade de promover o crescimento
vegetal. Além disso, esses micro-organismos constituem um grupo ainda
pouco estudado de organismos produtores de metabólitos secundários com possível
aplicação biotecnológica.
Por ocuparem um nicho ecológico semelhante
àqueles ocupados por patógenos, os micro-organismos endofíticos apresentam
grande potencial para o controle biológico. Muitos apresentam produção de toxinas
e compostos secundários que protegem a planta hospedeira do ataque de fungos e
bactérias fitopatogênicas, insetos e até mesmo de outros animais herbívoros. Os
principais compostos produzidos por estes micro-organismos são os antifúngicos,
antibióticos, alcalóides e as neurotoxinas, tóxicos principalmente a insetos.
Além disso, existem diversos fungos entomopatogênicos, ou seja, que conseguem
colonizar insetos através de seu tegumento (ou “pele” dos insetos) por onde vai
crescendo, ramificando-se internamente, prejudicando os processos fisiológicos
dos insetos, que acabam morrendo.
Por ser um agente natural, o controle biológico
surge como uma alternativa ao uso de agroquímicos como os pesticidas que,
embora eficientes, apresentam riscos tanto aos trabalhadores que fazem sua
aplicação no campo, como também aos consumidores desses produtos. Em geral,
quando um micro-organismo é capaz de causar danos ou influenciar na ação de um
determinado patógeno, ele se apresenta como um agente específico, ou seja, ele realiza
esta reação apenas contra uma determinada espécie ou gênero. Essa característica
de especificidade é extremamente importante pois, além de não contaminar o meio
ambiente, esses micro-organismos, de maneira geral, não apresentam a mesma
capacidade de ação contra outros animais.
Existem muitas espécies de endofíticos utilizados
no controle biológico, como é o caso de Pseudomonas
sp., Metarhizium anisopliae, Zoophthora radicans, Bacillus thuringiensis, dentre outras.
Consequentemente, existem diferentes formas de aplicação destes micro-organismos,
alguns são aplicados nas sementes, outros nas folhas, outros após a colheita,
variando conforme o patógeno que se pretende combater.
A estratégia de aplicação de micro-organismos
que beneficiem o crescimento de plantas também é bastante promissora. Este tipo
de ação visa à substituição parcial ou total de fertilizantes e defensivos
químicos, os quais estão cada vez mais escassos e caros, além de causarem vários
problemas à saúde humana e ao meio ambiente.
A promoção do crescimento vegetal por
micro-organismos endofíticos pode ser o resultado de diversos mecanismos como:
indução de resistência sistêmica da planta contra fitopatógenos, fornecimento
de substâncias reguladoras do crescimento dos micro-organismos para as plantas
(como o ácido-indol-acético (AIA) e aminoácidos). Alguns endófitos também são
capazes de aumentar a disponibilidade de nutrientes através de processos como a
fixação biológica de nitrogênio, solubilização de fosfato mineral e produção de
sequestradores de ferro do solo, como os sideróforos.
Os efeitos no crescimento das plantas são
variados, podendo influenciar no crescimento das raízes, da parte aérea, no
aumento do peso da matéria seca, na área foliar, na velocidade de germinação
das sementes até mesmo na produtividade final.
Pseudomonas, Bacillus, Burkholderia e Streptomyces
estão entre os principais gêneros bacterianos empregados na agricultura visando
a promoção de crescimento das mais diversas culturas vegetais.
Tendo em vista a capacidade que os micro-organismos
possuem de produzir compostos benéficos ao crescimento e desenvolvimento de
plantas, seus metabólitos estão sendo cada vez mais estudados para tentar
atender à crescente necessidade por novas drogas, agentes quimioterápicos e
agroindustriais que sejam, ao mesmo tempo, mais efetivos, menos tóxicos e que
apresentem menor impacto ambiental.
O termo utilizado para busca de fontes
biológicas com características que podem ter valor para o desenvolvimento
comercial é “bioprospecção”, ou seja, a bioprospecção representa o processo que
busca no meio ambiente organismos, enzimas ou compostos que possam dar origem a
produtos de interesse, como medicamentos, inseticidas e defensivos agrícolas.
Desta forma, o desenvolvimento de novos produtos ou processos na área da
biotecnologia, tendo como base a bioprospecção,
só é possível graças à biodiversidade
microbiana existente, pois a mesma nos fornece inúmeras possibilidades de
desenvolvimento às novas aplicações biotecnológicas.
Essas são apenas algumas das aplicações que os
micro-organismos que vivem associados às plantas podem ter. Podemos notar que
seus benefícios, sejam eles diretos ou indiretos, incluem não somente o reino
vegetal, mas também todos nós.
Por Bruna Batista
bruna.biotec@hotmail.com
Jaqueline Almeida
jackalmeidajau@hotmail.com
Endophytic microorganisms and their interactions with plants
The
microorganisms that inhabit the interior of plants are called endophytic
microorganisms. They can be found in tissues or plant organs such as roots,
leaves, fruits and seeds. The endophytic community is constituted mainly by
fungi and bacteria, and differently of pathogenic microorganisms, they do not
cause damage to their hosts. To get a sense of the size of this community, six
thousand five hundred endophytic fungi were isolated from trees and grasses,
but it is believed that this number is much higher and we are still far from
discovering all bacterial and fungal species associated with plants. Considering
that there are approximately 300,000 species of higher plants and that an
individual plant is colonized by various endophytes, the opportunity to discover
new and interesting microorganisms is very wide.
The
effects of these endophytic microorganisms in plants are diverse. Currently, studies
have been focused on endophytic that can act in biological control of plant
diseases and those who have the ability to promote plant growth. These
microorganisms are a poorly studied group with great potential to produce
secondary metabolites with biotechnological applications.
Endophytic
microorganisms occupy a similar ecological niche to pathogens and for it they
have great potential for biological control. Many of them produce toxin and
secondary compounds that protect the host plant from several pathogenic fungal
and bacteria, insects and even against other herbivorous animals. The main
compounds produced by these microorganisms are antifungal agents, antibiotics,
alkaloids and neurotoxins, particularly toxic to insects. In addition, there
are several entomopathogenic fungi, they can colonize insects through their
integument (or "skin" of the insects) where they are able to grow,
branch out internally, damaging physiological processes of insects, which
eventually will die.
Biological
control is considered an alternative to the use of agricultural chemicals such
as pesticides that, although effective, pose risks both to workers who make
their application in the field and to consumers of these products. In general,
when a microorganism is able to cause harm or influence the action of a particular
pathogen, it is classified as a specific agent, meaning, it performs this
reaction only against a particular species or genus. This specificity characteristic
is extremely important because, they do not contaminate the environment and these
microorganisms, in general, do not have the same capacity for action against
other animals.
There
are many species of endophytic used in biological control, such as Pseudomonas sp., Metarhizium anisopliae, Zoophthora
radicans, Bacillus thuringiensis,
and others. Consequently, there are different ways of applying these
microorganisms, some are applied in the seeds, others in the leaves, others
after harvesting, varying with the pathogen that is intended to combat.
The
microorganism application strategy which benefit plant growth is also very
promising. This kind of action aimed at partial or total replacement of
chemical fertilizers and pesticides, which are increasingly scarce and
expensive, and cause several problems to human health and to the environment.
The plant
growth promotion by endophytes can be the result of several mechanisms such as
induction of systemic plant resistance against plant pathogens, providing
growth regulatory substances to the plants (such as indole acetic acid (AIA)
and amino acids). Some endophytes are also able to increase the availability of
nutrients through processes such as biological nitrogen fixation, mineral
phosphate solubilization and production of captors of iron from the soil, such
as siderophores.
The
effects on plant growth are diverse and can influence the roots and shoot
growth, increase weight of dry matter, leaf area, the speed of seed germination
and even the final yield. Pseudomonas,
Bacillus, Burkholderia and Streptomyces
are among the main bacterial genera employed in agriculture aimed at growth
promoting of various crops.
In
view of the ability of microorganisms to produce beneficial compounds to plants
growth and development, their metabolites are being increasingly studied to try
to meet the growing need for new drugs, chemotherapeutic and agro industrial
agents that are, at the same time, more effective, less toxic, and have less
environmental impact.
The
term used to search from biological sources with features that can have
commercial development value is "bioprospection", i.e.,
bioprospection is the process that seeks to organisms in the environment,
enzymes or compounds that may give rise to products of interest, as medicines,
insecticides and pesticides. Thus, the development of new products or processes
in biotechnology area, based on bioprospection, is only possible thanks to the
existing microbial biodiversity that provides us with countless possibilities
of new biotechnological applications development.
These
are just some applications of microorganisms that live associated with plants. We
can note that its benefits, whether direct or indirect, include not only the
vegetable kingdom, but also all of us.
By
Bruna Batista
bruna.biotec@hotmail.com
Jaqueline
Almeida
jackalmeidajau@hotmail.com
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