Estudo metabolômico da cinética da infeção por Phakopsora pachyrhizi em soja utilizando espectrometria de massas, molecular network e análise de componentes principais

Abstract

Resumo: A soja é uma das principais fontes de proteína vegetal sendo conhecida por sua ampla gama em aplicações agrícolas, alimentícias e industriais, bem como por seus benefícios à saúde. Entretanto, a cultura de soja pode sofrer severas perdas na produtividade e rendimento com o surgimento de doenças como a ferrugem asiática (FAS), causada pelo fungo patógeno Phakopsora pachyrhizi. Este estudo propõe a abordagem metabolômica não direcionada utilizando cromatografia líquida de ultra alta eficiência acoplada a espectrometria de massas sequencial de alta resolução (UHPLC-MS/MS), utilizando a plataforma Global Natural Products Social Molecular Networking (GNPS) para identificação de substancias químicas com o objetivo de investigar possíveis candidatos a biomarcadores da doença e entender melhor o mecanismo envolvido entre planta- patógeno e análise de componentes principais (PCA). O experimento foi realizado com os genótipos de soja suscetíveis (BRS184) e um genótipo resistente com Rpp5. O ensaio foi feito com três repetições e o isolado de ferrugem foi inoculado na primeira e na segunda folha trifoliolada de cada planta. Por fim, estas folhas foram coletadas em intervalos de 0, 6, 12, e 24 horas após a inoculação. Foi possível identificar e classificar putativamente os metabólitos em aminoácidos, fenilpropanoides, lipídeos, cumarinas e terpenos. Dentre esses, podemos destacar os compostos putativamente identificados como Proline, Pipecolic Acid, Phenylalanine, Linoleic acid, Soyasaponin I, Genistein, Daidzein, 6''-O-Malonyldaidzin, 6''-O-Malonylgenistin, Kaempferol 3-O-rhamnoside-7-O- glucoside, Kaempferol 3-O-beta-D-sophoroside, Biochanin A O-glucoside malonylated. A maioria dos metabólitos identificados pertence às vias sintéticas de metabólitos intermediários e secundários de defesa de plantas. A Análise de Componentes Principais forneceu a separação das amostras em grupos plantas controle e inoculadas. Assim, os dados obtidos podem proporcionar um maior entendimento sobre o papel potencial de alguns metabólitos na resistência de plantas a FAS

Abstract: Soybean is one of the main sources of vegetable protein and is known for its wide range of agricultural, food and industrial applications, as well as its health benefits. However, the soybean crop can suffer several losses in productivity and yield with the entry of diseases, such as Asian Soybean Rust (ASR), caused by the pathogenic fungus Phakopsora pachyrhizi. Despite being among the main diseases with greater virulence, not much is known about the metabolism of the plant invaded by the pathogen. Thus, in this study, we propose an untargeted metabolomics approach using ultra-high-performance liquid chromatography coupled with high-resolution sequential mass spectrometry (UHPLC- MS/MS), using the Global Natural Products Social Molecular Networking (GNPS) platform to identify chemical substances in order to investigate possible candidates for disease biomarkers and better understand the mechanism involved between plant-pathogen and principal component analysis (PCA). The experiment was carried out with similar soybean genotypes (BRS184) and a resistant genotype with Rpp5. The test was performed with three replicates and the rust isolate was inoculated on the first and second trifoliate leaves of each plant. Finally, these leaves were collected at intervals of 0, 6, 12 and 24 hours after inoculation (hpi). It was possible to identify and classify the metabolites putatively into amino acids, phenylpropanoids, lipids, coumarins and terpenes. Among these, we can highlight the compounds putatively identified as Proline, Pipecolic Acid, Phenylalanine, Linoleic acid, Soyasaponin I, Genistein, Daidzein, 6''-O-Malonyldaidzin, 6''-O-Malonylgenistin, Kaempferol 3-O-rhamnoside- 7-O-glucoside, Kaempferol 3-O-beta- D-sophoroside, Biochanin A malonilated O-glucoside, among others. Most of the identified metabolites belong to the synthetic pathways of intermediate and secondary plant defense metabolites. PCA analysis provided a group separation of control and inoculated plant samples. Thus, the data obtained may provide a greater understanding of the potential role of some metabolites in plant resistance to ASR.