Pesquisadores identificaram um mecanismo molecular que pode ser explorado para aumentar a resistência do tomateiro à traça-do-tomateiro (Phthorimaea absoluta). O estudo demonstrou que a substituição de quatro aminoácidos na enzima GAME8 altera a preferência da enzima ao processar um precursor dos glicoalcaloides e, com isso, modifica a configuração tridimensional do composto final. Aplicada à enzima do tomateiro cultivado, essa alteração favorece a formação de filotomatina, composto com maior atividade defensiva contra a praga. A descoberta abre perspectivas para o desenvolvimento de cultivares resistentes por meio de edição genética.
O estudo comparou o tomateiro cultivado com a espécie silvestre Solanum pennellii. Os pesquisadores concentraram a análise nos glicoalcaloides esteroidais, metabólitos especializados envolvidos na defesa vegetal contra insetos herbívoros e patógenos.
Nas folhas do tomateiro cultivado, predomina a alfa-tomatina. Já nas folhas de Solanum pennellii predomina a filotomatina, embora o teor total de glicoalcaloides da espécie silvestre corresponda a cerca de um quarto do observado no tomateiro cultivado. Os compostos apresentam a mesma composição molecular e a mesma estrutura de açúcares, mas diferem na organização espacial de parte da molécula.
Trata-se de um caso de estereoisomeria: os dois compostos têm composição e ligações químicas idênticas, mas diferem na configuração de centros quirais – átomos de carbono ligados a quatro grupos distintos. Essas diferenças de configuração tridimensional podem modificar a interação dos compostos com estruturas biológicas e alterar sua atividade.
Os pesquisadores confirmaram a configuração da filotomatina por ressonância magnética nuclear. A análise identificou diferenças nos centros quirais do anel F da estrutura esteroidal. A filotomatina apresenta configuração 22R,25R, enquanto a alfa-tomatina possui configuração 22S,25S.
Enzima controla configuração molecular
O grupo identificou o gene GAME8 como responsável pela diferença na formação dos compostos. Esse gene codifica uma enzima envolvida na biossíntese dos glicoalcaloides esteroidais.
O tomateiro silvestre possui dois genes GAME8 muito semelhantes, GAME8a e GAME8b. A enzima codificada pelo primeiro favorece a formação de intermediários com configuração R, associados à produção de filotomatina. A do segundo direciona a síntese para intermediários com configuração S, associados à alfa-tomatina.
No tomateiro cultivado, as duas cópias de GAME8 apresentam sequências codificadoras idênticas. Ambas favorecem a configuração S e, consequentemente, o acúmulo de alfa-tomatina.
Para compreender o mecanismo, os pesquisadores combinaram mapeamento genético, expressão heteróloga de genes, mutagênese dirigida e modelagem molecular.
Os experimentos identificaram quatro resíduos de aminoácidos determinantes para a seletividade da enzima. Essas posições influenciam o encaixe da molécula precursora na cavidade catalítica de GAME8.
A orientação do substrato determina qual átomo de hidrogênio participa da reação de hidroxilação. Com isso, a enzima direciona predominantemente a formação de uma das duas configurações espaciais.
A substituição combinada dos quatro aminoácidos permitiu modificar a preferência catalítica da enzima. Os testes foram realizados por expressão heteróloga em Nicotiana benthamiana, planta aparentada do tabaco usada como sistema de produção. O resultado demonstrou a possibilidade de controlar a configuração dos glicoalcaloides mediante alterações específicas na sequência proteica.
Filotomatina aumenta defesa contra a traça
Os pesquisadores avaliaram os efeitos dos compostos sobre Phthorimaea absoluta, inseto especializado no tomateiro, e Spodoptera litura, espécie generalista capaz de utilizar diferentes plantas hospedeiras.
Os bioensaios envolveram plantas com diferentes perfis de glicoalcaloides e dietas artificiais contendo os compostos isolados. Essa abordagem permitiu distinguir os efeitos da estrutura química daqueles associados a outras características vegetais.
A filotomatina apresentou maior atividade defensiva contra Phthorimaea absoluta em comparação com a alfa-tomatina. Os resultados demonstraram a importância da configuração molecular para a proteção contra esse inseto.
A comparação entre linhagens reforçou o papel da estrutura química. O tomateiro cultivado M82 e a linhagem BIL6676, derivada do cruzamento com Solanum pennellii e portadora dos genes GAME8a e GAME8b da espécie silvestre, apresentam quantidades totais semelhantes de glicoalcaloides, mas proporções diferentes de cada forma. As larvas cresceram menos na BIL6676, rica em filotomatina.
O resultado indica que a eficácia da defesa química não depende exclusivamente da concentração total de metabólitos. A configuração espacial das moléculas também influencia sua atividade biológica.
Entretanto, os experimentos com Spodoptera litura não identificaram diferenças relevantes entre os efeitos defensivos da filotomatina e da alfa-tomatina.
Essa resposta demonstra a especificidade da interação entre compostos vegetais e espécies de insetos. A superioridade da filotomatina contra Phthorimaea absoluta não representa, necessariamente, maior proteção contra outros herbívoros.
Os pesquisadores ainda não identificaram o alvo molecular responsável pela diferença de atividade dos glicoalcaloides no organismo da traça.
Distribuição dos compostos varia entre tecidos
A investigação também encontrou diferenças na distribuição dos glicoalcaloides entre órgãos de Solanum pennellii.
A filotomatina predominou nas folhas, enquanto raízes, flores e frutos apresentaram maior acúmulo de alfa-tomatina.
Essa distribuição acompanhou a expressão relativa dos genes GAME8. Nas folhas, a expressão de GAME8a superou a de GAME8b. Nos demais tecidos, ocorreu a relação inversa.
Os cientistas consideram a possibilidade de essa distribuição refletir processos evolutivos associados à pressão exercida por herbívoros especializados. Entretanto, os resultados ainda não permitem estabelecer uma relação evolutiva causal.
Edição genética pode ampliar resistência
A identificação dos quatro aminoácidos determinantes da atividade de GAME8 oferece uma possibilidade para o melhoramento genético do tomateiro.
Segundo Jiancai Li, tecnologias atuais de edição genética permitem modificar essas posições na enzima do tomateiro cultivado. A alteração poderia favorecer a produção de filotomatina sem introdução de genes de outras espécies.
A estratégia buscaria aumentar a resistência a Phthorimaea absoluta mediante mudanças na configuração dos compostos defensivos produzidos pela própria planta.
Entretanto, a aplicação comercial depende de novas avaliações. Será necessário investigar a resposta contra outras pragas, como a mosca-branca.
Também precisam ser examinadas possíveis alterações na qualidade dos frutos, no sabor e nas propriedades antinutricionais dos glicoalcaloides.
Os resultados apresentados até agora demonstram o funcionamento do mecanismo bioquímico e seus efeitos sobre os insetos avaliados. O estudo não apresenta uma cultivar comercial desenvolvida por edição genética com essa característica (doi 10.1038/s41467-026-76200-4).
A pesquisa reuniu cientistas de instituições da China, do Brasil e da Alemanha. Os cientistas envolvidos no trabalho: Jiancai Li, José Maurício Simões Bento e Ian T. Baldwin.
