11 Variabilidade dos Agentes Fitopatogênico

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO
DEPARTAMENTO DE AGRONOMIA – ÁREA DE FITOSSANIDADE
FITOPATOLOGIA I
VARIABILIDADE DOS AGENTES FITOPATOGÊNICOS
Prof. Sami J. Michereff
1. INTRODUÇÃO
Um dos mais dinâmicos e significantes aspectos da biologia é que características de indivíduos dentro de uma espécie não são “fixadas”, isto é, elas não são idênticas mas variam de um indivíduo para outro. Portanto, todos os indivíduos produzidos como resultado de um processo sexual são diferentes um do outro e de seus pais em um número de características, embora muitas similaridades sejam mantidas. Isto é verdadeiro para fungos produzidos de esporos sexuais (oosporos, ascosporos e basidiosporos) e de nematóides produzidos de ovos fertilizados. Quando os indivíduos são produzidos assexuadamente, a freqüência e o grau de variabilidade na progênie são reduzidos grandemente. Devido ao grande número de indivíduos produzidos por microrganismos assexuadamente, a quantidade total de variabilidade produzida por estes microrganismos é provavelmente maior que a variabilidade total existente em microrganismos reproduzidos sexualmente.
Mais do que os vegetais superiores, os agentes fitopatogênicos, devido à sua alta plasticidade genética e o seu grau de dependência em relação aos fatores do ambiente, estão sujeitos a constantes variações, sejam genotípicas ou fenotípicas. As variações fenotípicas representam apenas respostas diferentes do mesmo genótipo a diversas circunstâncias do meio. Por exemplo, variações no tamanho de conídios em Cercospora em função da umidade atmosférica. Estas variações não são apenas morfológicas, mas também fisiológicas, e por vezes podem mudar fundamentalmente o comportamento patogênico do indivíduo, mudança esta que persiste enquanto durarem as condições que a estimulam. As variações genotípicas são transmissíveis aos descendentes, portanto alteram o seu patrimônio genético. São estas as responsáveis pelo aparecimento de novas raças e até de novas espécies, com características bem definidas.
2. MECANISMOS DE VARIABILIDADE 
Em plantas hospedeiras e patógenos, como muitos fungos e nematóides, que podem e normalmente se reproduzem por processos sexuais, variação na progênie é introduzida principalmente através de segregação e recombinação de genes durante a divisão meiótica do zigoto. Bactérias e até mesmo vírus, exibem variações que parecem ser o resultado de um processo sexual. Em muitos fungos, heteroploidia e certos processos parasexuais levam à variabilidade. Por outro lado, todas as plantas e patógenos, especialmente, bactérias, vírus e fungos, podem produzir variações na ausência de qualquer processo sexual por meio de mutações.
2.1. Mecanismos Gerais de Variabilidade de Agentes Fitopatogênicos
Dois mecanismos gerais de variabilidade ocorrem em agentes fitopatogênicos: mutação e hibridação.
( Mutação
São alterações que ocorrem no material genético do patógeno, exatamente nas bases púricas ou pirimídicas do DNA ou RNA (Fig. 1). Podem ser espontâneas ou induzidas por fungicidas, antibióticos, raios ultravioleta etc.
Figura 1. Exemplos de mutações gênica e cromossômica [segundo Camargo (1995)].
( Hibridação
Ocorre principalmente durante a reprodução sexual de fungos e nematóides. Dois núcleos haplóides (1N), contendo material genético ligeiramente diferente, unem-se para formar um núcleo diplóide (2N), chamado zigoto. O zigoto divide-se meioticamente e produz novas células haplóides. A recombinação dos fatores genéticos ocorre durante a divisão meiótica do zigoto, em que partes dos cromatídeos (e os genes que eles carregam) de um cromossomo do par são substituídos por partes dos cromatídeos do cromossomo do outro componente (Fig. 2).
Figura 2. Exemplo de hibridação em fungos ascomicetos [segundo Camargo (1995)].
2.2. Mecanismos Especializados de Variabilidade em Patógenos
Certos mecanismos de geração de variabilidade aparentemente operam apenas em determinados tipos de organismos.
2.2.1. Mecanismos de Variabilidade em Fungos
Embora a mutação seja o principal mecanismo criador de novos genes em fungos, outros mecanismos operam de forma conjunta ou separadamente, em que se destacam: heterocariose, parassexualidade e herança citoplasmática.
( Heterocariose
É a presença de dois ou mais núcleos geneticamente diferentes numa mesma hifa ou célula. A heterocariose pode originar raças, porém de pouca duração, por que no próprio desenvolvimento do fungo ele poderá perder um dos núcleos, constituindo uma situação instável.
( Parassexualidade
Como conseqüência da heterocariose, ou seja, pela presença de dois núcleos geneticamente diferentes num mesmo citoplasma, estes se fundem dando origem a um organismo geneticamente diferente (Fig. 3). Comumente ocorre nos fungos que não possuem a reprodução sexual, pois é um estágio semelhante a este.
( Herança Citoplasmática
As organelas presentes no citoplasma possuem genomas próprios, que podem conter genes determinantes de patogenicidade ou virulência. Desta forma, quando dois citoplasmas se fundem, o que ocorre nos ciclos sexual e parassexual e também na formação do heterocárion, novas combinações de núcleos e citoplasmas podem resultar.
Figura 3. Anastomose (A), heterocariose (B) e cariogamia (C) presentes no ciclo parassexual em fungos [segundo Camargo (1995)].
2.2.2. Mecanismos de Variabilidade em Bactérias
As bactérias possuem DNA cromossômico e extracromossômico, também chamado de DNA plasmidial, que não estão protegidos por uma membrana nuclear e não sofrem recombinação meiótica. As bactérias apresentam mecanismos especiais que possibilitam a troca de genes entre indivíduos, garantindo a existência da variabilidade genética criada por mecanismos outros que a mutação. Os principais mecanismos de variabilidade bacteriana são: transformação, transdução e conjugação.
( Transformação
É o processo de transferência do DNA de uma célula morta para uma célula bacteriana viva, a qual é transformada. A eficiência deste processo é muito baixa e por isso tem sido pouco usado no estudo de genética bacteriana (Fig. 4).
( Transdução
É a transferência de DNA de uma célula bacteriana viva para outra através de bacteriófagos (Fig. 4). 
( Conjugação
É um processo de recombinação sexual no qual duas bactérias, com fatores sexuais diferentes, entram em contato por meio dos pili, por tempo variável, transferindo DNA da célula doadora para a célula receptora. As células doadoras podem ter fatores como o tipo F+ ou Hfr (high frequency of recombination), estas últimas são capazes de doar grandes porções do DNA cromossômico (Fig. 4).
Figura 4. Transdução, transformação e conjugação bacteriana [segundo Romeiro (1996)].
2.2.3. Recombinação Genômica em Vírus
A mutação é o principal mecanismo gerador de variabilidade genética em vírus, uma vez que estes não possuem mecanismos de reparo do DNA. Entretanto, a recombinação genômica é outro mecanismo que contribui grandemente para a variabilidade genética, em que se destacam três tipos: recombinação legítima, recombinação aberrante e recombinação ilegítima.
( Recombinação Legítima
Duas partículas virais semelhantes (não necessariamente idênticas) trocam segmentos homólogos de DNA, ou seja, segmentos que ocupam a mesma posição no genoma. Pode ser por simples ou dupla permuta (Fig. 5).
( Recombinação Aberrante
Duas partículas virais semelhantes permutam segmentos não-homólogos do genoma, resultando em duplicações e deleções em ambos os genomas virais. Ocorre em vírus compostos de RNA, além da recombinação legítima.
( Recombinação Ilegítima
Partículas virais diferentes trocam segmentos genômicos entre sí.
a
Figura 5. Modelo de recombinação, por simples (a) ou dupla (b) permuta, entre estirpes mutantes do Vírus do mosaico da couve-flor (CaMV) [segundo Camargo (1995)].
3. ESTÁDIOS DE VARIAÇÃO EM AGENTES FITOPATOGÊNICOS
Os patógenos podem variar quanto à especificidade do hospedeiro e essa variação pode ser a nível inter ou intra-específico. Alguns termos relacionados a essesestádios de variação são utilizados, tais como: forma specialis, raça e biótipo (Tabela 2).
A população de um organismo em particular, por exemplo um fungo fitopatogênico, possui certas características morfológicas e outras fenotípicas em comum e constituem a espécie do patógeno, como Fusarium oxysporum, agente de murchas em vários hospedeiros. Alguns indivíduos desta espécie, entretanto, atacam somente certas espécies botânicas, constituindo grupos chamados formas especiais (formae specialis, abreviatura: f.sp.) ou variedades (abreviatura: var.). Como exemplo, as espécies de F. oxysporum que atacam tomateiro e feijoeiro são denominados F. oxysporum f.sp. lycopersici e F. oxysporum f.sp. phaseoli, respectivamente. Em bacteriologia, forma specialis é substituido por patovar (abreviatura: pv.). Com exemplo, Xanthomonas campestris pv. campestris, caracteriza as espécies da bactéria que atacam somente crucíferas. Alguns indivíduos atacam certas variedades da planta hospedeira mas não outras, sendo que os organismos que atacam um mesmo conjunto de variedades constituem uma raça. Algumas combinações desses estádios de variação podem ocorrer numa mesma espécie. Por exemplo, dentro de uma forma especial alguns indivíduos atacam certas variedades da planta hospedeira mas não outras, como ocorre em relação a F. oxysporum f.sp. lycopersici, que até o momento foram identificadas 3 raças, sendo que no Brasil a raça 1 é a mais prevalente e ocorre em vários estados produtores de tomate, a raça 2 vem crescendo de importância e já foi encontrada em São Paulo, Minas Gerais, Pernambuco e Maranhão, enquanto a raça 3 ainda não foi constatada no Brasil. Esporadicamente, podem surgir isolados mutantes dentro de uma raça, que apresentam um espectro de virulência alterado, podendo, por exemplo, atacar variedades antes resistentes. Esses isolado são denominados de variantes e o conjunto dos indivíduos resultantes da propagação assexuada destes são agrupados em um biótipo. Os biótipos podem ser elevados à categoria de raça quando do estabelecimento de uma série diferencial que os distingua das demais raças.
Tabela 2. Estádios de variação em fitopatógenos e plantas e características pelas quais são distinguidos.
	Características
	Fungos
	Bactérias
	Vírus
	Nematóides
	Plantas
	
	
	
	
	
	
	Morfologia e bioquímica
	Gênero
	Gênero
	Gênero
	Gênero
	Gênero
	
	(
	(
	(
	(
	(
	
	
	
	
	
	
	Morfologia e bioquímica
	Espécie
	Espécie
	Nome do vírus
	Espécie
	Espécie
	
	(
	(
	(
	(
	(
	
	
	
	
	
	
	Hospedeiro
	Forma especial ou variedade
	Patovar ou variedade
	Tipo
	Raça, biótipo, patótipo ou isolado
	Variedade ou cultivar
	
	(
	(
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Variedades diferenciadoras ou sintomas
	Raça
	Raça
	(
	(
	(
	
	(
	(
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	População localizada no campo
	Isolado
	Isolado
	Isolado
	Indivíduo
	Clone
	
	
	
	
	
	
4. RAÇAS DE FITOPATÓGENOS
Raças são populações de indivíduos com características morfológicas semelhantes, embora com fisiologia distinta. O conhecimento e o estudo das raças de um patógeno é importante para o melhoramento de plantas visando resistência a doenças. Quando uma variedade resistente passa a ser suscetível, algo aconteceu não com a variedade, mas com o patógeno, ou seja, o aparecimento de uma nova raça. 
As raças podem ser denominadas:
( Por letras gregas: Raça ( (alfa), ( (beta), ( (gama), ( (delta)
( Por números arábicos: Raça 1, 2, 3, 4
( Por algarismos romanos: Raça I, II, III, IV
( Com base na resistência do hospedeiro: Genótipo R1 suscetível à raça (1); genótipo R1R2 suscetível à raça (1,2) 
A identificação de raças é efetuada através da reação apresentada por variedades diferenciadoras em casa-de-vegetação, após a inoculação como o patógeno.
O número de raças de um patógeno (R) que pode ser identificado por certo número de variedades diferenciadoras (N) é dado pela seguinte fórmula:
R = 2N
Ex.: Quantas raças de um patógeno podem ser diferenciadas pelo uso de 2 (duas) variedades diferenciadoras?
R = 22 = 4
	Variedades
	Raças
	
	1
	2
	3
	4
	
	
	
	
	
	A
	R
	S
	R
	S
	B
	R
	S
	S
	R
	
	
	
	
	
5. TEORIA GENE-A-GENE DE FLOR
A coexistência de plantas hospedeiras e seus patógenos lado a lado na natureza indicam que os dois evoluiram conjuntamente. Mudanças na virulência dos patógenos parecem ser continuamente balanceadas por mudanças na resistência do hospedeiro, e vice-versa. Portanto, um dinâmico equilíbrio entre resistência e virulência é mantido, sendo que hospedeiro e patógeno sobrevivem por considerável período de tempo. 
A evolução conjunta da virulência e da resistência pode ser explicada pela teoria gene-a-gene, de acordo com a qual “para cada gene que condiciona uma reação de resistência no hospedeiro, existe um gene complementar no patógeno que condiciona a virulência, e vice-versa”. Esta teoria foi proposta em 1942, por H.H. Flor, após intensivas pesquisas a respeito da herança da resistência e da virulência no sistema linho-Melampsora lini. A teoria gene-a-gene é demonstrada em muitos outros patossistemas, como por exemplo Phytophthora infestans x batata (Tabela 1), permitindo uma melhor compreensão da natureza dinâmica das populações patogênicas e a possibilidade de surgimento de novas raças, o que muitas vezes determina o insucesso do controle de doenças de plantas pelo uso de variadades resistentes.
Tabela 1. Demonstração da teoria gene-a-gene de Flor no patossistema batata x Phytophthora infestans, onde R = resistente, S = suscetível, R1 designa o genótipo da variedade e Raça (1) designa o genótipo do patógeno capaz de vencer o gene de resistência da variedade.
	Genótipos do
	Raças do patógeno
	hospedeiro
	(0)
	(1)
	(2)
	(3)
	(1,2)
	(1,3)
	(2,3)
	(1,2,3)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Ro ou rr
	S
	S
	S
	S
	S
	S
	S
	S
	R1
	R
	S
	R
	R
	S
	S
	R
	S
	R2
	R
	R
	S
	R
	S
	R
	S
	S
	R3
	R
	R
	R
	S
	R
	S
	S
	S
	R1R2
	R
	R
	R
	R
	S
	R
	R
	S
	R1R3
	R
	R
	R
	R
	R
	S
	R
	S
	R2R3
	R
	R
	R
	R
	R
	R
	S
	S
	R1R2R3
	R
	R
	R
	R
	R
	R
	R
	S
	
	
	
	
	
	
	
	
	
6. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 
AGRIOS, G.N. Genetics of plant disease. In: AGRIOS, G.N. Plant pathology. 4th ed. San Diego: Academic Press, 1997. p.115-142.
CAMARGO, L.E.A. Mecanismos de varibilidade genética de agentes fitopatogênicos. In: BERGAMIN FILHO, A.; KIMATI, H.; AMORIM, L. (Eds.). Manual de fitopatologia: princípios e conceitos. 3. ed. São Paulo: Agronômica Ceres, 1995. v.1, p.455-469.
CAMARGO, L.E.A. Análise genética da resistência e da patogenicidade. In: BERGAMIN FILHO, A.; KIMATI, H.; AMORIM, L. (Eds.). Manual de fitopatologia: princípios e conceitos. 3. ed. São Paulo: Agronômica Ceres, 1995. v.1, p.470-493.
ROMEIRO, R.S. Fundamentos de bacteriologia de plantas. Viçosa: Universidade Federal de Viçosa, 1996. 50p.
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