Synthetic plant defense elicitors

Resumo

Para se defenderem contra patógenos invasores, as plantas utilizam uma complexa rede regulatória que coordena extensa reprogramação transcricional e metabólica. Embora muitos dos principais atores dessa rede associada à imunidade sejam conhecidos, os detalhes de sua topologia e dinâmica ainda são pouco compreendidos. Como alternativa aos estudos genéticos diretos e reversos, abordagens relacionadas à química genética baseadas em pequenas moléculas bioativas ganharam popularidade substancial na análise de vias e redes biológicas. O uso de tais sondas moleculares pode permitir que os pesquisadores acessem espaços biológicos anteriormente inacessíveis a análises genéticas devido à redundância gênica ou à letalidade de mutações. Eliciadores sintéticos são pequenas moléculas semelhantes a fármacos que induzem respostas de defesa em plantas, mas são distintos dos eliciadores naturais conhecidos da imunidade vegetal. Embora a descoberta de alguns eliciadores sintéticos já tenha sido relatada na década de 1970, avanços recentes na síntese química combinatória agora permitem a realização de triagens de alto rendimento de baixo custo para compostos bioativos indutores de defesa vegetal. Juntamente com ferramentas e recursos de genética reversa disponíveis para plantas modelo e sistemas agrícolas, coleções abrangentes de novos eliciadores sintéticos provavelmente permitirão que os cientistas estudem os meandros das vias e redes de sinalização de defesa das plantas de forma sem precedentes. Como os eliciadores sintéticos podem proteger as culturas contra doenças, sem a necessidade de serem diretamente tóxicos para organismos patogênicos, eles também podem servir como alternativas promissoras aos pesticidas biocidas convencionais, que muitas vezes são prejudiciais para o meio ambiente, agricultores e consumidores. Aqui, discutimos vários tipos de eliciadores sintéticos que têm sido usados em estudos sobre o sistema imunológico das plantas, seus modos de ação, bem como sua aplicação na proteção de cultivos.

Abstract

To defend themselves against invading pathogens plants utilize a complex regulatory network that coordinates extensive transcriptional and metabolic reprogramming. Although many of the key players of this immunity-associated network are known, the details of its topology and dynamics are still poorly understood. As an alternative to forward and reverse genetic studies, chemical genetics-related approaches based on bioactive small molecules have gained substantial popularity in the analysis of biological pathways and networks. Use of such molecular probes can allow researchers to access biological space that was previously inaccessible to genetic analyses due to gene redundancy or lethality of mutations. Synthetic elicitors are small drug-like molecules that induce plant defense responses, but are distinct from known natural elicitors of plant immunity. While the discovery of some synthetic elicitors had already been reported in the 1970s, recent breakthroughs in combinatorial chemical synthesis now allow for inexpensive high-throughput screens for bioactive plant defense-inducing compounds. Along with powerful reverse genetics tools and resources available for model plants and crop systems, comprehensive collections of new synthetic elicitors will likely allow plant scientists to study the intricacies of plant defense signaling pathways and networks in an unparalleled fashion. As synthetic elicitors can protect crops from diseases, without the need to be directly toxic for pathogenic organisms, they may also serve as promising alternatives to conventional biocidal pesticides, which often are harmful for the environment, farmers and consumers. Here we are discussing various types of synthetic elicitors that have been used for studies on the plant immune system, their modes-of-action as well as their application in crop protection.