Interações ecológicas afetam a bioatividade de plantas medicinais

Jun 19, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12165 (2023) Citar este artigo

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Os óleos essenciais produzidos por plantas medicinais possuem importantes propriedades bioativas (antibacterianas, antioxidantes) de alto valor para a sociedade humana. A polinização e a herbivoria podem modificar as defesas químicas das plantas e, portanto, podem influenciar a bioatividade dos óleos essenciais. No entanto, o efeito das interações ecológicas na bioatividade das plantas ainda não foi avaliado. Testamos a hipótese de que a polinização cruzada e a herbivoria simulada modificam a composição química dos óleos essenciais, melhorando as propriedades bioativas da planta medicinal Lepechinia floribunda (Lamiaceae). Através de experimentos controlados, mostramos que os óleos essenciais da progênie de plantas cruzadas tinham uma maior abundância relativa de terpenos oxigenados e quase dobraram o efeito bacteriostático sobre Staphylococcus aureus, em comparação com a progênie endogâmica (isto é, a progênie produzida na ausência de polinizadores). A herbivoria afetou negativa e positivamente a produção de compostos raros em plantas endogâmicas e cruzadas, respectivamente, mas seus efeitos na bioatividade ainda permanecem desconhecidos. Mostramos pela primeira vez que, ao mediar a polinização cruzada (serviço ecossistêmico indireto), os polinizadores podem melhorar os serviços ecossistêmicos ligados à atividade biológica dos óleos essenciais das plantas. Salientamos a importância da componente qualitativa da polinização (auto, cruzada); um aspecto geralmente negligenciado em estudos de serviços de polinização.

As angiospermas são o núcleo da maioria das teias de interação mutualística e antagônica terrestres1. Muitas espécies de angiospermas estabelecem interações mutualísticas com fungos micorrízicos e polinizadores, o que lhes permite obter nutrientes específicos do solo e reprodução sexuada, respectivamente. Da mesma forma, as plantas também estabelecem interações antagônicas com herbívoros e microrganismos prejudiciais, que geralmente impactam negativamente a aptidão das plantas1. Curiosamente, as interações das plantas com organismos tão diferentes como fungos, bactérias, animais e outras plantas são sinalizadas por metabólitos secundários como os terpenos, que são os principais componentes dos óleos essenciais das plantas1,2,3. As funções ecológicas dos terpenos incluem defesa contra patógenos e herbívoros, bem como atrativos e recompensas para organismos benéficos, como fungos micorrízicos e polinizadores4,5. Dado que os terpenos são altamente bioativos6, os óleos essenciais têm sido amplamente utilizados pelo homem em cerimónias culturais e como recursos medicinais, farmacêuticos, agronómicos, cosméticos e alimentares3,7,8,9. Portanto, os óleos essenciais de plantas representam benefícios que os humanos obtêm da natureza (serviços ecossistêmicos) e sua bioatividade pode ser modelada por interações ecológicas. A produção e composição dos óleos essenciais das plantas são altamente variáveis ​​devido a fatores intrínsecos e extrínsecos. Intrinsecamente, as plantas podem modificar a composição química e a abundância de seus óleos essenciais de acordo com seus estágios ontogenéticos e fenológicos, e com o tipo de órgão (flor, folha) onde é produzido10. Além disso, tanto fatores abióticos extrínsecos (por exemplo, luz, umidade, disponibilidade de nutrientes)2,9, quanto fatores bióticos (por exemplo, interações mutualísticas e antagônicas) podem afetar o perfil químico da planta2,11,12,13.

A herbivoria é uma interação antagônica que geralmente é considerada um desserviço ao ecossistema, pois reduz o rendimento das culturas e favorece a transmissão de doenças15. Porém, a herbivoria desencadeia alterações na composição química das plantas. As plantas produzem dois tipos de defesas químicas: as defesas constitutivas são aquelas produzidas continuamente, enquanto as defesas induzíveis são aquelas produzidas após danos mecânicos e/ou herbívoros6. Assim, após a herbivoria, as plantas podem produzir alguns grupos de compostos indutíveis que aumentam a sua proteção contra herbívoros e patógenos transmitidos por herbívoros (defesas induzíveis; por exemplo, 16,17). Portanto, algum nível de herbivoria pode ser benéfico para aumentar a atividade biológica dos óleos essenciais contra outros organismos, como insetos e micróbios (bioatividade). Da mesma forma, a qualidade da polinização (ou seja, polinização cruzada versus autopolinização) pode afetar as defesas químicas constitutivas e indutíveis da planta produzidas após a herbivoria. Os efeitos da qualidade da polinização no perfil químico das plantas dependerão do sistema de reprodução da planta. De fato, principalmente as espécies de plantas cruzadas e mistas têm maior probabilidade de sofrer depressão por endogamia (menor aptidão) após a autopolinização do que as plantas autopolinizadoras. Foi demonstrado que as plantas endogâmicas (originadas por autopolinização) apresentam maior herbivoria e maior incidência de doenças do que plantas cruzadas (originadas por polinização cruzada)18,19. Estudos químicos anteriores apoiam esta ideia, uma vez que as plantas produzidas por autofecundação tinham uma expressão reduzida de defesas constitutivas e menor capacidade de regular positivamente as defesas químicas após danos do que as plantas produzidas por cruzamento . Notavelmente, em plantas polinizadas por animais, a polinização cruzada é realizada principalmente por polinizadores, enquanto a autopolinização pode ser viável por ambos, com (autofecundação mediada por polinizadores) e sem polinizadores (autopolinização autônoma). Assim, a polinização cruzada mediada por polinizadores pode aumentar a bioatividade dos óleos essenciais. Ainda mais, ambas as interações, polinização e herbivoria, podem ter efeitos sinérgicos na bioatividade das plantas.