Titulo do Projeto: Biotechnology strategies to obtain resistant plants against plant
parasitic root-knot nematodes: transgenic crops and plant compounds
Palavras chave: biotechnology, plants, root-knot nematodes, cell cycle, seed extracts, galls
Summary:
Phytopathogenic nematodes represent a problem for world agriculture, with annual losses of
billions of dollars. The products available for their control is damaging for human health, the
environment and non-target organisms. The first part of this project is focused on ongoing
work of the principal investigator Dr. Janice de Almeida Engler at INRA (France) in
collaboration with Dr. Maria Fatima Grossi de Sa at Embrapa Genetic Resources and
Biotechnology, and involves the application of fundamental scientific knowledge on the plant
cell cycle inhibitors to control nematode infection. This work involves collaboration with the
renamed Dept. of Plant Systems Biology (VIB-Ghent University, Belgium). Functional
analysis using plant cell cycle inhibitor genes of the model host plant Arabidopsis thaliana,
named SMRs (Siamese related) and Kip Related Proteins (KRPs), clearly show to drastically
inhibit nematode feeding site development and as a result, controlling their reproduction.
Therefore application of these data is aimed to generate transgenic soybean harboring gall
specific constructs that will help to control nematode infection in the field. During previous
functional analysis two promoters have been identified which are giant-feeding cells specific.
Therefore, these promoters will be cloned, tested their expression in transgenic soybean roots
and potentially used for expressing cell cycle inhibitor genes or nematotoxic genes. These
constructs will be first tested in Arabidopsis for nematode infection competence. A second
part of this project is focused on how seed extracts may influence plant growth and
development or exert specific nematocide activity and therefore promising the use of plant
substances to nematode control. This work aims to evaluate seed extracts and compounds
with agricultural defensive activity, determine cytotoxicity of mammalian cells and
thermostability of the active molecules. The Metabolomic group headed by Dr. Thales Rocha
offers the possibility to develop research activities regarding the guided prospection,
characterization of plant nematotoxic compounds and the opportunity to exercise the project
proposed with active collaboration with other groups. The laboratory of Plant-Pest molecular
interaction at Embrapa Genetic Resources and Biotechnology holds the technology to carry
out biological experiments.
Confidently, these two strategies will firstly lead at transgenic plants with a certain level of
resistance against phytoparasitic nematodes, and secondly via the use of seed extracts to
obtain potential specific targets enabling future development of new products for agriculture.
Titulo Projeto: Estratégias de biotecnologia para obtenção de plantas resistentes a
nematoides de galhas: transgênicos e compostos de plantas
Palavras chave: biotecnologia, plantas, nematoides de galhas, ciclo celular, extratos de
semente, galhas.
Resumo:
Nematoides fitopatogênicos representam um problema para a agricultura mundial, com perdas
anuais estimadas em bilhões de dólares. Os produtos disponíveis para seu controle são
prejudiciais à saúde humana e o meio ambiente. A primeira parte deste projeto está focada no
trabalho em curso da pesquisadora Dra. Janice de Almeida Engler no INRA (França) em
colaboração com Dra. Maria Fátima Grossi de Sa na Embrapa Recursos Genéticos e
Biotecnologia e envolve a aplicação de conhecimentos científicos fundamentais sobre os
inibidores do ciclo celular de plantas para controlar a infecção de nematoides. Este trabalho
envolve a colaboração com o renomeado Dept. de Biologia de sistemas de plantas (VIBGhent University, Bélgica). A análise funcional usando genes inibidores de ciclo celular da
planta-modelo hospedeira Arabidopsis thaliana, chamados SMR (SIAMESE related genes) e
“Kip related proteins” (KRPs), mostram claramente uma drástica inibição da alimentação e
do desenvolvimento do nematoide, que consequentemente, controla sua reprodução. Portanto,
a aplicação destes dados é destinada a gerar eventos de soja transgênica expressando
construções específicas para inibição temporal e espacial do ciclo celular vegetal, e desta
forma controlar a infecção do nematoide no campo.
Durante a análise funcional foram identificados dois promotores que são especificamente
expressos em células gigantes induzidas pelo nematoide indutor de galha. Portanto, esses
promotores serão clonados, sua expressão testada em raízes de soja transgênica e,
potencialmente utilizados para expressar genes inibidores do ciclo celular ou genes
nematotóxicos. Essas construções serão primeiro testadas em Arabidopsis para competência
da infecção por nematóides. Uma segunda parte deste projeto está focada em como extratos
de sementes podem influenciar o desenvolvimento e o crescimento das plantas e/ou exercer
atividade nematóxica específica, como um método promissor para controle destes
fitoparasitas. Este trabalho visa avaliar extratos de semente e compostos contra pragas,
determinar a citotoxidade de células de mamíferos e estabilidade térmica das moléculas
ativas. O grupo de metabolômica chefiado pelo Dr. Thales Rocha oferece a possibilidade de
desenvolver atividades de investigação sobre a prospecção guiada, caracterização de
compostos de plantas potencialmente nematotóxicos e a oportunidade de executar o projeto
proposto com a colaboração ativa com outros grupos. O laboratório de interação molecular
planta-praga (LIMPP) na Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia detém a tecnologia
para realizar vários desses experimentos biológicos.
Acreditamos que estas duas estratégias possibilitará em primeiro lugar a geração de plantas
transgênicas com um consoderável nível de resistência contra nematoides fitoparasitas, e em
segundo lugar, através do uso de extratos de sementes, desenvolver no futuro novos produtos
para maior produtividade da agricultura.