Fitopatologia - Nematoides, Patogenia e Mecanismos de Penetracao - AGI 404

Disciplina AGI 404 Fitopatologia Geral DATA Discente Docente Rômulo Caique Gonçalves Feletti Atividade 3 1 Quais as principais características externas e internas do filo nematódea 2 Descreva o que é um nematoide endoparasita e ectoparasita quando são sedentários e migratórios 3 Quais as características das plantas hospedeiras de nematoides e das plantas que inibem o desenvolvimento e multiplicação de nematoides De exemplo de plantas e explique a fisiologia do aprisionamento 4 Apresente as principais características da família Pratylenchidae Quais as principais pragas dessa família 5 Quais as principais características do gênero Meloidogyne De exemplos das principais pragas desse gênero 6 Quais as principais características do gênero Heterodera De exemplos das principais pragas desse gênero 7 Quais as principais características do gênero Rotylenchulus De exemplos das principais pragas desse gênero 8 Apresente as principais técnicas para a amostragem e avaliação de nematoides em áreas cultivadas com culturas anuais e perenes 9 Qual o papel das enzimas no processo patogênico provocado por fungos bactérias e nematoides aos vegetais superiores 10 Qual o papel das toxinas no processo patogênico provocado por fungos aos vegetais superiores 11 Qual o papel dos hormônios no processo patogênico provocado por fungos bactérias e nematoides aos vegetais superiores 12 Qual o papel dos haustórios no processo patogênico provocado por fungos aos vegetais superiores 13 Explique os mecanismos de penetração dos fungos no processo fitopatogênico 14 Explique os mecanismos de penetração das bactérias no processo fitopatogênico 15 Explique os mecanismos de penetração dos nematoides no processo fitopatogênico 16 Explique os mecanismos de penetração dos vírus no processo fitopatogênico 17 Na degradação da cutícula dos vegetais penetração ativa os fungos produzem cutinase e suberinase Como estas enzimas atuam no processo de penetração 18 Quais as principais proteínas encontradas nas camadas da lamela média e da parede celular dos vegetais superiores passiveis de degradação enzimática no processo patogênico provocado pelos fungos 19 Qual o papel das toxinas seletivas e não seletivas quanto à virulência e agressividade do patógeno 20 Cite 5 hormônios 3 estimulantes e 2 inibidores mais frequentemente produzidos pelos vegetais superiores suas características e função específica 21 De exemplos de hormônios produzidos por organismos fitopatogênicos e seus efeitos no metabolismo do hospedeiro 22 Quais são e como atuam os principais mecanismos de defesa estruturais pré formados dos vegetais superiores 23 Quais são e como atuam os principais mecanismos de defesa estruturais pós formados dos vegetais superiores 24 Quais são e como atuam os principais mecanismos de defesa bioquímicos pré formados dos vegetais superiores 25 Quais são e como atuam os principais mecanismos de defesa bioquímicos pós formados dos vegetais superiores 26 Considerando a cutícula como a primeira barreira estrutural do hospedeiro no processo patogênico de que maneira podemos interferir no mecanismo de defesa dos vegetais contra o processo de penetração ativa e passiva de fungos e bactérias 1 Seu corpo é bilateralmente simétrico e triploblástico Eles são de forma cilíndrica Eles exibem organização em nível de tecido Eles têm sistemas digestórios unidirecionais com uma boca em uma extremidade e um ânus na outra Possuem uma cavidade chamada pseudoceloma que é revestido de um lado com mesoderma e do outro lado com endoderma 2 Os nematóides ectoparasitas geralmete alimentam em células próximas da superfície e podem inserir parte de sua porção anterior dentro dos tecidos vegetais onde eles se alimentam Os nematóides endoparasitas entram nas plantas passam através do processo de maturação põem ovos e se alimentam nos tecidos da planta Os nematóides endoparasitas entram nas plantas passam através do processo de maturação põem ovos e se alimentam nos tecidos da planta Os ectoparasitas são geralmente muito maiores que os endoparasitas e possuem um estilete mais longo Ambos podem ser classificados como sedentários e migratórios Endoparasitas sedentários são aqueles que envolvem as relações alimentares mais complexas e especializadas com a planta hospedeira e os endoparasitas migradores por sua vez podem abandonar o hospedeiro a qualquer momento 3 As plantas antagonistas são aquelas capazes de evitar o crescimento de algumas espécies de nematoides por meio de inibição repelência ou liberação de substâncias tóxicas Alguns exemplos de plantas antagonistas que têm sucesso no controle de nematoides são crotalárias C juncea C breviflora cravodedefunto e mucunas O mecanismo do aprisionamento do nematóide é ocasionado pela dilatação das células do anel constritor formado pelo fungo revestido por uma camada adesiva superficial os nematóides ao entrarem nos anéis em geral se retorcem e não conseguem sair A composição da cutícula varia entre as diferentes espécies de nematóides notadamente quanto aos tipos de açúcares lecitinas determinando a especificidade dos fungos nematófagos aos seus respectivos hospedeiros 4 O tamanho do estilete de Pratylenchus é variável entre 115 a 23 µm dependendo da espécie O estilete é curto e robusto com nódulos basais bem desenvolvidos O esôfago é dividido em procorpo metacorpo ou bulbo mediano ístmo e bulbo basal que é a porção terminal glandular De uma maneira geral as espécies do gênero apresentam região labial baixa sobreposição ventral das glândulas esofagianas sobre o intestino são vermiformes e as fêmeas monodelfas prodelfas com a vulva situada no terço posterior do corpo As fêmeas e os machos do gênero possuem tamanho de 04 a 07 mm de comprimento e 20 a 25 µm de diâmetro porém pode ocorrer variação no tamanho entre espécimes extraídos de diferentes espécies vegetais Indivíduos de uma mesma espécie extraídos do solo são menores e menos vigorosos que espécimes extraídos das raízes da planta hospedeira A reprodução de Pratylenchus spp se dá por anfimixia quando os machos são abundantes na espécie partenogênese mitótica ou partenogênese meiótica quando os machos são raros O ciclo de vida é variável entre 3 a 8 semanas dependendo das condições ambientais podendo até ser concluído em 28 dias se houver temperaturas entre 30 a 35 C As fases do ciclo de vida constam basicamente de ovo onde o juvenil de primeiro estádio sofre a primeira ecdise formando o juvenil de segundo estádio que após eclodir sofre uma segunda ecdise formando o juvenil de terceiro estádio que passa por uma terceira ecdise formando o juvenil de quarto estádio sofrendo uma quarta ecdise e formando o adulto com diferenciação entre macho e fêmea As fêmeas produzem em média de 80 a 150 ovos durante toda a vida As fêmeas adultas depositam os ovos individualmente no tecido da raiz ou no solo e todos os estágios juvenis fora do ovo e adultos podem infectar as raízes do hospedeiro 5 Os nematoides pertencentes ao gênero Meloidogyne são parasitos obrigatórios distribuídos em todo o mundo e parasitam quase todas as espécies de plantas superiores Se reproduzem e se alimentam de células vegetais vivas modificadas nas raízes das plantas onde induzem galhas pequenas a grandes Os sintomas são diversos e incluem deficiências nutricionais atrofia falta de vigor necrose radicular galhas radiculares com tamanho e formato variados amarelecimento ramificação anormal das raízes murcha e clorose além de afetar a captação de água e nutrientes e a translocação ascendente pelo sistema radicular afetando não apenas a produção mas também a qualidade do produto No ciclo de vida de Meloidogyne as fêmeas depositam os ovos em massas gelatinosas compostas por uma matriz de glicoproteínas com propriedades antimicrobianas produzida pelas glândulas retais da fêmea mantendo os ovos protegidos contra extremos ambientais e predação O ciclo de vida é composto por quatro fases ovo J1 J2 J3 e J4 Os estágios J3 e J4 não possuem um estilete funcional e por tanto não se alimentam Os machos quando presentes são vermiformes e não há evidências de que se alimentem As células gigantes são células de transferência funcionais baseadas na morfologia Os fotossintatos passam pelas células gigantes antes de serem ingeridos pelos nematóides Cada célula gigante formada por Meloidogyne se desenvolve a partir de uma única célula inicial e não pela coalescência de várias células adjacentes Elas são multinucleadas contendo até 80 núcleos cada onde os núcleos individuais dentro de cada célula gigante são poliploides alguns com aumento de oito vezes no número de cromossomos fazendo com que cada célula gigante tenha até 600 vezes no número de cópias de cada gene da planta 6 É um nematóide endoparasita sedentário que pode causar sérias perdas na produção de soja até mesmo sua perda total Seu ciclo de vida varia de 21 24 dias O desenvolvimento inclui 4 ecdises sendo que o II estágio Juvenil que é a fase infectante Este eclode e sai do cisto colocandose em posição paralela ao eixo principal da raiz com a região anterior próxima ao cilindro central As larvas das fêmeas gradativamente adquirem o formato de limão rompendo o córtex radicular emergindo à superfície permanecendo apenas a região anterior embutida nos tecidos com o restante do corpo à mostra fora da raiz Os machos após atingirem o estágio adulto abandonam as raízes As fêmeas fertilizadas produzem e armazenam os ovos no interior de seu corpo e após a sua morte sua cutícula alterase quimicamente adquirindo coloração marrom e transformandose em uma estrutura protetora rígida denominada cisto com mais ou menos 500 ovos que podem permanecer viáveis por até 7 anos mesmo sem a presença de um hospedeiro Após a fecundação os ovos maturam dentro do corpo da fêmea que degenera a uma massa gelatinosa que serve de proteção para os ovos Pode também ser coberta pela camada subcristalina possivelmente produzida por um fungo simbionte 7 O nematóide Rotylenchus reniformis vulgarmente chamado de nematóide reniforme parasita plantas de diversas culturas como o abacaxi soja café feijão maracujá e algodão Sua importância tem crescido devido à ocorrência de áreas com populações elevadas deste patógeno O ciclo de vida do nematoide reniforme tem início quando as fêmeas adultas maduras depositam aproximadamente 50 a 120 ovos dentro de uma matriz gelatinosa que envolve totalmente o corpo do nematoide em sua parte reniforme exposta no solo Esses ovos possuem individualmente um juvenil do segundo estádio referido por J2 Em condições favoráveis os J2 eclodem no solo Em seguida se desenvolvem processandose duas ecdises que levam aos estádios seguintes J3 e J4 sem se alimentarem Em condições ambientais desfavoráveis assumem um tipo de vida latente denominado criptobiose sobrevivendo muito tempo Os machos não fitoparasitas permanecem no solo copulam e morrem As fêmeas completam o seu desenvolvimento orgânico e funcional no solo e são denominadas fêmeas adultas imaturas Em condições ambientais favoráveis ocorrem as cópulas portanto R reniformis se reproduz por anfimixia Esta é a forma infectante da espécie ou seja a que infecta a planta Na presença da raiz da planta hospedeira a fêmea vermiforme penetra conforme mencionado apenas a região anterior do corpo no córtex radicular estabelecendo um sítio de alimentação permanente passando a ter comportamento sedentário No local definitivo de alimentação formamse células diferenciadas à frente da região frontal da fêmea das quais o nematoide retira os seus alimentos Com a evolução do parasitismo interação plantanematoide a fêmea aumenta seu volume corporal passando à forma reniforme forma de rim e em seguida expele pela vulva uma massa gelatinosa que encobre toda a porção do corpo projetada para fora da raiz iniciando logo em seguida a postura dos ovos Diante de múltiplas infecções surge elevado número de necroses radiculares e diminuição ou desaparecimento de pelos absorventes esses são os sintomas primários da doença que é conhecida popularmente por rotilenculose Como consequência o sistema radicular se torna ineficiente dificultando a absorção e o transporte de água e nutrientes na sequência surgem os sintomas secundários ou reflexos caracterizados por nanismo clorose e amarelecimento foliar O ciclo de vida de R reniformis dura um período de duas e meia semanas podendo se prolongar por até mais de dois anos dependendo da temperatura e da presença de planta hospedeira 8 Diferentes fatores podem influenciar a distribuição de organismos como por exemplo disponibilidade de nutrientes habitat apropriado para reprodução e sobrevivência interação com outros organismos da mesma espécie ou diferentes espécies O conhecimento prévio da distribuição dos organismos é importante no estabelecimento de um plano de amostragem Os principais modelos de distribuição espacial e horizontal de patógenos de plantas são Distribuição ao acaso quando a distribuição dos organismos ocorre de maneira inteiramente casualizada Distribuição em agregados quando os organismos tendem a se encontrar reunidos em grupos no campo Distribuição regular quando os organismos estão uniformemente distribuídos em uma população Durante a amostragem devese caminhar em ziguezague no local Coletar amostras junto às plantas com sintomas moderados evitandose aquelas muito atacadas e já gravemente depauperadas se houver manchas ou reboleiras amostrar em suas periferias ou margens especialmente se os sintomas forem muito severos nas plantas da parte mais central 9 Os mecanismos de defesa das plantas contra fitopatógenos envolvem alterações metabólicas que estão correlacionadas com mudanças na atividade de enzimas chaves nos metabolismos primário e secundário A enzima peroxidase H2O2 oxiredutase EC 11117 a qual está presente nos tecidos das plantas em certas células animais e em microrganismos é conhecida por participar de vários processos fisiológicos de grande importância Ela cataliza a oxidação e a eventual polimerização de álcool hidroxicinâmico em presença de peróxido de hidrogênio originando lignina As peroxidases participam da biossíntese do hormônio vegetal etileno da oxidação de compostos fenólicos os quais acumulamse em resposta à infecção oxidação do ácido indolil3acético AIA e na biossíntese de lignina Mudanças na atividade das peroxidases têm sido freqüentemente correlacionadas a resposta de resistência ou suscetibilidade em diferentes patossistemas A fenilalanina amônialiase FAL EC 4315 é a enzima do metabolismo secundário mais intensivamente estudada em plantas devido a importância nas reações do metabolismo dos compostos fenólicos e estabilidade e facilidade de preparação para os ensaios enzimáticos Essa enzima é responsável pela desaminação da Lfenilalanina transformandoa em ácido transcinâmico e amônia O ácido transcinâmico pode ser incorporado em muitos diferentes compostos fenólicos ácido 4coumárico ácido cafeico ácido ferúlico e ácido sinápico os quais estão presentes na formação de ésteres coumarinas flavonóides e ligninas A FAL já foi isolada de algas fungos e principalmente de plantas superiores não tendo sido ainda detectada em células bacterianas ou tecidos animais 10São substâncias produzidas pelo patógeno ou advindas de consequências da interação patógenohospedeiro capazes de causar alterações mórbidas na planta quer de natureza fisiológica metabólica ou estrutural As toxinas podem atuar na planta hospedeira de várias maneiras ação sobre enzimas ação sobre o metabolismo de ácidos nucleícos ação sobre a fotossíntese ação sobre o metabolismo de proteínas ação sobre o crescimento ação sobre o fluxo de água ação sobre a permeabilidade de membranas induzindo a morte de células e tecidos Como exemplos temse ácido oxálico produzido por Sclerotium rolfsii causa a morte de células superficiais do hospedeiro antes da penetração piricularina produzida por Piricularia oryzae licomarasmina e ácido fusárico produzidos por Fusarium oxysporum ocasionando alterações na permeabilidade celular e desordem do protoplasma do hospedeiro 11São produzidos por alguns patógenos interferindo no crescimento e desenvolvimento normal das células desorganizando os tecidos e órgãos afetados Como exemplos temse a produção de giberelina em plantas de arroz por Giberella fujikuroi Fusarium moniliforme induzindo um crescimento desordenado das plantas tornando seus tecidos mais tenros facilitando o seu ataque nematóides das galhas Meloidogyne spp produzindo auxinas para induzir as raízes das hospedeiras a produzirem galhas hiperplasia e hipertrofia de células 12Ramo especializado de uma hifa de um fungo parasita que penetra na célula viva de um hospedeiro dele extraindo alimentos Designa o órgão especializado de plantas parasitas como por exemplo a cuscuta que penetra os tecidos da planta hospedeira deles obtendo substâncias alimentares 13A penetração pode ser realizada pelo auxílio de enzimas como cutinases pectinases celulases hemicelulases e ligninases que degradam cutina e compostos da parede celular Após infectar a planta o fungo pode crescer de maneira biotrófica obtendo nutrientes do hospedeiro sem provocar a morte das células 14O processo de infecção e colonização de plantas por bactérias caracterizase como um evento dinâmico envolvendo o reconhecimento dos sinais moleculares seguido do movimento da bactéria em direção a planta hospedeira sua adesão à superfície vegetal e posterior penetração e multiplicação no interior da planta Como regra geral as bactérias diferem dos fungos por não possuírem estruturas ativas que permitem a penetração nos tecidos vegetais Conseqüentemente fitobactérias não possuem a capacidade de exercer força mecânica ou física para vencer barreiras como da parede celular e a pressão de tugor da planta e por conseqüência penetrar em células epidérmicas intactas Diante disso a grande maioria das bactérias penetra na planta hospedeira passivamente exceção para bactérias do gênero Rhizobium e correlatas através de aberturas naturais ou ferimentos 15 Os nematóides adultos migram em películas de água nos caules para as folhas da planta hospedeira e penetram nas folhas através de aberturas naturais estômatos Uma vez nas folhas os nematóides migram alimentamse destrutivamente mudam e põem ovos 16Os vírus normalmente entram nas células vegetais através de danos celulares relâmpago e se movem de célula para célula principalmente via plasmodesmos como complexos de ribonucleoproteína viral vRNP eou vírions 17O patógeno ao tentar colonizar o hospedeiro através da superfície da folha utilizase de algumas enzimas para degradar a parede celular e outras barreiras físicas como a cutinase e a pectina 18Podemos distinguir dois tipos de parede celular vegetal a parede celular primária e a secundária A parede primária é depositada durante o crescimento celular e deve ser ao mesmo tempo mecanicamente estável e suficientemente flexível para permitir a expansão das células evitando sua ruptura As paredes celulares primárias consistem principalmente de polissacarídeos como celulose hemiceluloses e pectinas Já a parede celular secundária é depositada após cessar o crescimento celular e confere estabilidade mecânica a planta A parede secundária apresenta compostos de celulose e hemicelulose e que são muitas vezes impregnados de lignina Além dos polissacarídeos a parede das células vegetais contém centenas de diferentes proteínas 19As toxinas seletivas ao hospedeiro agem interrompendo processos bioquímicos e geralmente levam à morte celular programada O gene Hm1 que codifica uma redutase NADPHdependente em milho inativa a toxina HC produzida por Cochliobolus carbonum Esta toxina induz sintomas da doença em plantas suscetíveis por inibição da histona deacetilase A resistência à doença neste caso é devida à detoxificação e Hm1 foi o primeiro gene de resistência clonado de plantas 20Auxinas hormônios vegetais produzidos pelas células meristemáticas principalmente no ápice do caule e movemse célula a célula do ápice para a base desse órgão Existem vários tipos de auxina mas o principal é o ácido indolacético AIA produzido naturalmente Giberelinas hormônios vegetais que regulam vários processos de desenvolvimento incluindo alongamento de caule germinação dormência floração desenvolvimento de flores e senescência de folhas e frutos Citocininas são uma classe de hormônios vegetais que promovem a divisão celular ou citocinese nas raízes e brotos das plantas Eles estão envolvidos principalmente no crescimento e diferenciação celular mas também afetam a dominância apical o crescimento de gemas axilares e a senescência das folhas Etileno hormônio vegetal gasoso e incolor que é produzido por diversos órgãos vegetais e distribuído pela planta por difusão a partir do local onde é produzido Pode ser produzido como resposta a fatores de estresse como a seca bem como durante o amadurecimento de frutos Ácido abscísico hormônio vegetal que atua em vários processos de desenvolvimento de plantas incluindo a dormência de sementes e gomos o controle do tamanho do órgão e o fechamento estomático 21Alguns fitopatógenos produzem hormônios vegetais in vitro Porém em associação com a planta temse observado que a estimulação do aumento da síntese de hormônios pela planta hospedeira induzido pelo patógeno parece mais importante Por exemplo Pseudomonas solanacearum produz ácido indolacético AIA e etileno in vitro mas induz mudanças na planta hospedeira no sentido da acumulação de triptofano e consequente aumento de AIA e etileno Qualquer que seja a origem destes fatores de crescimento muitos dos sintomas externos e internos de murcha são atribuídos aos níveis anormais desses hormônios No caso do parasitismo refinado envolvendo Agrobacterium tumefaciens e plantas dicotiledóneas a bactéria produz níveis baixos de reguladores decrescimento in vitro porém através da inserção do plasmídeo Ti em células da planta e consequente transformação de seu genoma grandes quantidades de hormônio são produzidas ocorrendo proliferação não controlada de células vegetais e formação de galhas radiculares 22Barreiras estruturais préformadas podemos citar fatores como a cutícula tricomas estômatos e vasos condutores 23 As barreiras estruturais pósformadas podem envolver a lignificação suberificação formação de papilas e de camadas de abscisão e de cortiça bem como as tiloses 24É representado principalmente pelos fenóis as barreiras bioquímicas das plantas contra a invasão de fitopatógenos podem ser sintetizadas a partir da presença do patógeno ou de seus produtos sendo induzidas por eliciadores ou inibidores alocados na superfície do microrganismo em interação com receptores presentes na planta por meio de fenômenos de reconhecimento 25As barreiras bioquímicas pósformadas podem englobar o acúmulo de fitoalexinas e de proteínasPR bem como a formação de radicais livres oriundos principalmente do estresse oxidativo 26Mecanismo de defesa contra a penetração passivo cutícula estômatos e tricomas Mecanismo de defesa contra a penetração ativa tilose camada de abscisão e camada de cortiça