Maytenus ilicifolia e Xanthomonas albilineans: uma interação desvendada pela interdisciplinaridade entre a química e a genética - Fontanin, Karina Alves Pinheiro [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
Os trabalhos de biossíntese e compartimentalização em espécies da família Celastraceae realizados pelo grupo de pesquisa da Profa. Maysa Furlan trouxeram importantes elucidações no processo de formação dos triterpenos quinonametídeos, metabólitos secundários que mostram exclusivo acúmulo em espécies jovens dessa família e apresentam potencialidades biológicas, incluindo antitumoral, antimicrobiana e anti-inflamatória. Estudos biológicos recentes com foco na avaliação antimicrobiana desenvolvidos pelo nosso grupo em colaboração com o Prof. Rafael Guido do Instituto de Física da USP/São Carlos, demonstraram que os triterpenos quinonametídeos apresentam potencial atividade contra a bactéria Xanthomonas albilineans, a qual está presente no solo e é causadora da escaldadura das folhas em plantações de cana de açúcar trazendo limitações à produção de álcool e açúcar. Desta forma, o acúmulo dos triterpenos quinonametídeos pode estar relacionado a uma resposta da planta ao ataque de agentes infectantes como a X. albilineans, o que permitiria avaliar a sua via biossintética pela alteração do nível de expressão gênica responsável por dirigir a produção desses metabólitos. Com isso, o presente trabalho propõe avaliar a interação entre a espécie M. ilicifolia (Celastraceae) e a bactéria X. albilineans de forma a investigar se a biossíntese dos triterpenos quinonametídeos pode ser induzida e/ou otimizada pela ação do microrganismo. Os experimentos foram realizados pela interação entre cepas de X. albilineans e plântulas de M. ilicifolia e posterior análise dos extratos de raízes e folhas por cromatografia líquida de alta eficiência para detectar e quantificar os metabólitos de interesse. Outrossim, análises de expressão gênica da planta in natura e infectada foram realizadas para avaliar se houve alteração da expressão de genes conhecidos da via dos triterpenos em resposta à infecção. Os estudos demonstraram aumento da concentração em até 48 vezes para a pristimerina e até 44 vezes para a maitenina após infecção das plântulas de M. ilicifolia com X. albilineans, demonstrando que a interação planta/microrganismo pode potencializar a produção desta classe de substâncias, o que corrobora os resultados antibacterianos previamente obtidos. Por outro lado, não houve alteração significativa do nível de expressão dos genes que codificam a friedelina sintase e a oxidorredutase CYP712K4, indicando que a quantidade dessas enzimas pode não ser limitante para a via biossintética dos compostos em estudo. Assim, os resultados do presente trabalho proporcionam a busca de outras enzimas que sejam determinantes para a biossíntese dos triterpenos quinonametídeos nas condições de estresse biótico.

Studies dealing on biosynthesis and compartmentalization in species of the Celastraceae family carried out by the research group of Profa. Maysa Furlan brought important elucidation of the quinonemethide triterpenes pathway. These compounds are secondary metabolites that show exclusive accumulation in seedlings of Celastraceae species and show biological potentials, including antitumor, antimicrobial and anti-inflammatory. Recent biological studies focusing on antimicrobial evaluation developed by our research group, in collaboration with Prof. Rafael Guido from the Physics Institute of USP/São Carlos, demonstrated that the quinonemethide triterpenes show potential activity against Xanthomonas albilineans, which is present in the soil and infects sugarcane plantations, bringing limitations to the production of alcohol and sugar. Thus, the present work proposes to evaluate the in vivo interaction between M. ilicifolia (Celastraceae) and X. albilineans in order to study whether the biosynthesis of quinonemethide triterpenes can be induced and/or optimized by the action of such microorganism. These experiments were carried out by contact between X. albilineans strains and M. ilicifolia seedlings and subsequent analysis by high performance liquid chromatography coupled to a photodiode array detector to detect the presence and concentration of the metabolites of interest. Furthermore, gene expression analyzes of the in natura and infected plant were performed to evaluate whether there was variation of the expression of known genes of the triterpene pathway in response to infection. The studies showed an increase in the production up to 48 times of pristimerin and up to 44 times of maytenin after infection of M. ilicifolia seedlings with X. albilineans, demonstrating that the plant microorganism interaction can potentiate the production of this class of compounds, which corroborates the antibacterial results previously obtained. Furthermore, there was no significant change in the expression level of the genes that encode friedelin synthase and CYP712K4 oxidoreductase, indicating that the amount of these enzymes may not be limiting for the biosynthetic pathway of the compounds under study. Thus, the results of this work provide the search for other enzymes that are crucial for the biosynthesis of quinonemethide triterpenes under biotic stress conditions.
Maytenus ilicifolia and Xanthomonas albilineans: an interaction uncovered by interdisciplinarity between chemistry and genetics
Keywords: Espinheira Santa; Xanthomonas albilineans; Metabólitos; Bacterias patogênicas; Biossíntese