Potencial químico e biotecnológico de fungos endofíticos de Spartina alterniflora

Abstract

Estima-se que cerca de 20% de todo CO2 capturado pelas plantas são convertidos em compostos orgânicos voláteis (COVs). Estes compostos são de suma importância pois são responsáveis pela interação da planta com o ambiente ao seu redor, servindo para sinalizar a um simbionte parceiro, da atração de polinizadores para a reprodução até de carnívoros para a diminuição da herbivoria. Fungos endofíticos vivem assintomaticamente dentro das plantas e podem ser transmitidos para futuras gerações pelas sementes. Durante o longo tempo de evolução eles se especializaram em produzir COVs para interagir com a planta hospedeira e o ambiente ao seu redor, manipulando, paralisando ou até estimulando a produção metabólica de seu hospedeiro. Compreender este fato é o primeiro passo para entender e atuar nos processos biológicos e ecológicos que impactam na produção de alimentos, medicamentos, controle de doenças e pragas na agricultura. Neste trabalho foi realizada a identificação de 56 COVs que são produzidos por Annulohypoxylon stygium pertencente a família Xylariaceae entre os quais, podemos observar compostos com atividade bactericida, estimulante de crescimento, entre outros. A. stygium foi isolado de S. alterniflora pertencente a família Poaceae popularmente conhecida como capim marinho, e conhecida por biodegradar hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs), substâncias tóxicas, mutagênicas e teratogênicas. Um dos objetivos deste trabalho foi avaliar se os microrganismos isolados de S. alterniflora eram resistentes a presença destes contaminantes e se seriam os responsáveis pela degradação de HPAs. Foi possível averiguar a resistência deles mas não a degradação. Dez fungos isolados de S. alterniflora foram cultivados em dois meios líquidos (Malte e Czapek), e avaliados por RMN de 1H, CLAE-DAD, atividade antifúngica (cerca de metade dos extratos foram muito ativos), anticolinesterásica (somente o extrato de Malte de A. stygium apresentou forte atividade) e citotóxica (nenhum extrato foi considerado promissor). A partir destes resultados selecionou-se A. stygium para cultivo em escala ampliada levando ao isolamento de quatro substâncias (3,4-dihidro-3,4,6,8-tetrahidroxi-1(2H)-naftalenona, 3,4-dihidro-3,4,8-trihidroxi-1(2H)-naftalenona, 3,4-dihidro-4,8-dihidroxi-1(2H)-naftalenona e 6,8-dihidroxi-3-(2-hidroxipropil)-isocoumarina). Diversas substâncias isoladas e identificadas apresentam atividades biológicas, como antifúngica, antibiótica e estimulante de crescimento entre outras, corroborando com a hipótese de simbiose entre o microrganismo e a planta hospedeira. A identificação destas substâncias é o primeiro passo para a compreensão das correlações ecológicas que podem sedimentar essa hipótese. Adicionalmente, fornece informações para a atuação biológica e ecológica cruciais na saúde da planta, levando a novas estratégias para melhorar o controle de doenças e a remediação em problemas ambientais.

It is estimated that around 20% of all CO2 captured by plants is converted into volatile organic compounds (VOCs). These compounds are of utmost importance as they are responsible for the plant's interaction with the environment around it, serving to signal a partner symbiont, from attracting pollinators for reproduction to carnivores to reduce herbivory. Endophytic fungi live asymptomatically inside plants and can be transmitted to future generations by seeds. During the long time of evolution they have specialized in producing VOCs to interact with the host plant and the surrounding environment, manipulating, paralyzing or even stimulating the host's metabolic production. Understanding this fact is the first step towards understanding and acting on the biological and ecological processes that impact the production of food, medicines, disease and pest control in agriculture. In this study, the identification of 56 VOCs that are produced by Annulohypoxylon stygium belonging to the Xylariaceae family was carried out, among which we can observe compounds with bactericidal activity, growth stimulant, among others. A. stygium was isolated from S. alterniflora belonging to the Poaceae family popularly known as saltmarsh cordgrass, and known to biodegrade polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), toxic, mutagenic and teratogenic substances. One of the objectives of this work was to evaluate whether the microorganisms isolated from S. alterniflora were resistant to the presence of these contaminants and whether they would be responsible for the degradation of PAHs. It was possible to verify their resistance but not their degradation. Ten fungi isolated from S. alterniflora were cultured in two liquid media (Malt and Czapek), and evaluated by 1H NMR, HPLC-DAD, antifungal activity (about half of the extracts were very active), anticholinesterase activity (only Malt extract from A. stygium showed strong activity) and cytotoxic (no extract was considered promising). Based on these results, A. stygium was selected for cultivation on an enlarged scale, leading to the isolation of four substances (3,4-dihydro-3,4,6,8-tetrahydroxy-1(2H)-naphthalenone, 3,4-dihydro-3,4,8-trihydroxy-1(2H)-naphthalenone, 3,4-dihydro-4,8-dihydroxy-1(2H)-naphthalenone and 6,8-dihydroxy-3-(2-hydroxypropyl)-isocoumarin). Various isolated and identified substances exhibit biological activities, such as antifungal, antibiotic, and growth-stimulating properties, among others, supporting the hypothesis of symbiosis between the microorganism and the host plant. The identification of these substances is the first step towards understanding the ecological correlations that may support this hypothesis. Additionally, it provides crucial biological and ecological insights into the plant's health, leading to new strategies for enhancing disease control and remediating environmental issues.