Os micro-organismos endofíticos e suas interações com as plantas

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