Estudo de microRNAs de plantas responsivos à infecção por fungos do gênero Colletotrichum spp.

Abstract

Os fungos hemibiotróficos do gênero Colletotrichum são causadores da antracnose, uma doença devastadora que afeta um amplo número de plantas de importância econômica no mundo. As respostas de defesa de plantas contra estresses bióticos e abióticos contam com a regulação postranscricional de múltiplos genes, incluindo a ação de microRNAs (miRNAs). Esses pequenos RNAs desempenham um papel crucial nos mecanismos regulatórios do sistema imune de plantas em resposta ao ataque de um a série de microrganismos, tais como vírus, bactérias e fungos. A compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na imunidade de plantas contra Colletotrichum spp. favorece o desenvolvimento de ferramentas biotecnológicas visando o controle do impacto econômico causado pelas perdas na produção. Portanto, essa revisão teve por objetivo realizar uma revisão integrativa sobre o atual estado da arte de miRNAs associados a defesa de plantas contra Colletotrichum spp. Quatro bases de dados foram consultadas e buscou-se por trabalhos publicados entre 2001 e maio de 2021. A partir da determinação de palavras-chave e critérios de inclusão e exclusão, foram selecionados 13 trabalhos para análise, nos quais foi investigada a interação planta-patógeno com nove espécies de plantas e sete espécies de Colletotrichum. A partir da coleta e análise dos dados obtidos foi possível determinar dois cenários a partir do perfil de modulação da expressão de genes de miRNAs e seus alvos. No primeiro contexto, quando miRNAs são induzidos e diminuem o acúmulo de seus alvos, as plantas avaliadas apresentaram resistência. Esse cenário foi descrito no perfil de mes-miR160, mes-miR393 e can-miRn37a, e seus respectivos alvos Fator de Resposta de Auxina 10 (ARF10), Resposta de Inibidor de Transporte 1 (TIR1) e Fatores de Resposta de Etileno (ERFs). Essa informação revela que esses miRNAs estão envolvidos na modulação de respostas de defesa dependentes de hormônios. Em contrapartida, o aumento do acúmulo de ptc-miR472a e a inibição dos seus genes alvos, NBS-LLR, resultam no aumento da susceptibilidade a infecção por Colletotrichum. O cenário oposto, quando ocorre a repressão dos genes de miRNAs e aumento do acúmulo dos seus alvos, foi observado que também pode resultar no aumento da resistência. Esse perfil de expressão foi descrito em ath-miR773, ath-miR858 e mdm-miRln20, que regulam a Metiltransferase 2 (MET2), uma proteína com domínios mieloblastose (MYB) e uma proteína com domínios TIR-NBS (TN1-GLS), respectivamente. Esses dados sugerem que miRNAs também desempenham um papel importante na regulação de vias de metabólitos secundários de plantas, bem como a regulação de outros genes relacionados a defesa. Portanto, as informações disponíveis revelam que o perfil de expressão de miRNAs é modulado em reação a infecção por Colletotrichum spp. em suas respectivas plantas hospedeiras. Além disso, essas evidências apontam que miRNAs efetuam papéis importantes na regulação de vias fisiológicas em resposta ao ataque do patógeno. O presente estudo contribui com o esclarecimento sobre o atual conhecimento sobre miRNAs de plantas envolvidos em mecanismos regulatórios durante a interação com Colletotrichum spp. Não obstante, essa revisão pode auxiliar na seleção de miRNAs candidatos em futuros estudos envolvendo os patossistemas em questão.

The hemibiotrophic fungus Colletotrichum spp. causes anthracnose, a devastating disease that affects a wide number of economically important crops around the world. Plant defense response to biotic and abiotic stress includes the post-transcriptional regulation of multiple genes, including microRNAs (miRNAs). These small RNAs interpret a crucial role in the regulatory mechanisms involved in the plant innate immune system against viral, bacterial and fungal attack. Understanding the molecular machinery entailed in plant immune response to Colletotrichum spp. enables the development of biotechnological tools in order to minimize production losses. Thus, in this integrative review we aimed to investigate the current status of miRNAs associated to plant defense against Colletotrichum spp. We analyzed four databases for studies published from 2001 up to May 20, 2021. Through chosen keywords and determined criteria of inclusion and exclusion, a total of 13 studies were listed containing the established terms. In these reports, nine plant species and seven Colletotrichum species were investigated during plant-pathogen interaction. Through the obtained data we could spot two scenarios analyzing the modulation profile of miRNAs and their targets. On the first context, when miRNAs are upregulated resulting in the downstream of their targets, the plant had a resistance response to infection. This situation was observed with mes-miR160, mes-miR393 and can-miRn37a and their targets Auxin Response Factor 10 (ARF10), Transport Inhibitor Response 1 (TIR1) and Ethylene response factors (ERFs) genes, respectively. This information indicates the involvement of mes-miR160, mes-miR393 and can-miRn37a in the modulation of hormone-dependent plant defense response. Oppositely, the higher accumulation of ptc-miR472 and the inhibition of its target, NBS-LRR genes, resulted in susceptibility to Colletotrichum infection. Another scenario was observed when miRNAs were downregulated leading to an accumulation of their targets and resulting in plant resistance response. This expression profile was reported for ath-miR773, ath-miR858 and mdm-miRln20, which regulates Methyltransferase 2 (MET2), myeloblastosis containing domain protein (MYB) and protein with TIR-NBS domains (TN1-GLS), respectively. This suggests that miRNAs also play an important role in the regulation of plant secondary metabolites pathways as well as the regulation of defense genes. Therefore, the available data reveal that the expression profile of miRNAs diverges in response to different Colletotrichum species during interaction with their respective host plants. Besides, this evidence suggests that miRNAs play important roles in several physiological pathways to respond to pathogen attack. This study provides important insights into the current state of the art of miRNAs in regulatory mechanisms during Colletotrichum spp. attack. Furthermore, this review may help in the selection of miRNAs as new components to be explored in future studies involving these pathosystem.