Admir Giachini Departamento de Microbiologia - UFSC

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Fungos ectomicorrízicos no Brasil: panorama atual e perspectivas futuras Admir Giachini Departamento de Microbiologia - UFSC

Ectomicorrizas no Brasil
1. Introdução Os simbiontes vegetais Estudos de diversidade fúngica Caracterização de espécies Isolamento e manutenção de isolados Testes de compatibilidade e eficiência Testes de agressividade e permanência dos fungos no viveiro e no campo As perspectivas para os inoculantes ectomicorrízicos

Os simbiontes vegetais No mundo: > 4 bilhões de ha (SBS, 2008) 47 % florestas tropicais 33 % florestas boreais 11% florestas temperadas 9 % florestas subtropicais Brasil, EUA, Rússia, China e Canadá (> 2 bilhões ha) Ectomicorrizas em praticamente todos

Florestas de coníferas
Vegetação Sub-alpino Florestas de coníferas Forma de Nitrogênio Florestas tropicais Orgânico Pampas Tipo de Micorriza Amônio Ericóide Nitrato Ecto Arbuscular Decréscimo de latitude ou longitude Adaptado de Sylvia, 1991

Os simbiontes vegetais (SBS, 2008) Reflorestamentos e o impacto econômico Aumento na área reflorestada em + de 4 % nos últimos 2 anos no Brasil No mundo movimento de mais de US$ 10 trilhões (3 % do comércio mundial) No Brasil cerca de 4 % do PIB (± US$ 45 bilhões/ano) Empregos: florestas plantadas cerca de 9 milhões Exportações brasileiras em 2007: US$ 160 bilhões (17 % > que 2006)

Os simbiontes vegetais (SBS, 2008) Reflorestamentos e o impacto econômico Essência Área plantada (SBS, 2008) Eucalipto (Eucalyptus spp.) 3,75 milhões ha Pinus (Pinus spp.) 1,80 milhão ha Total 5,55 milhões ha Outras 425,2 mil ha Acácia negra 189,6 mil ha Seringueira 85,8 mil ha Teca 48,6 mil ha Araucária 17,5 mil ha Pópulus 2,8 mil ha Paricá 79,2 mil ha 1,7 mil ha 5,98 milhões ha

Estudos de diversidade fúngica (43 citações) Singer 1950 Singer & Digilio 1951 Singer 1953 Singer & Digilio 1957 Rick 1961 Singer 1964 Guzmán 1970 Singer & Araújo 1979 Krügner & Tomazello Filho 1981 Singer et al. 1983 Schawn 1984 Kasuya 1988 Rajchenberg & Meijer 1990 Raithelhuber 1991 Meijer & Baird 1992 Bas & Meijer 1993 Guimarães 1993 Stivje & Meijer 1993 Putzke et al. 1994 Giachini 1995 Coelho et al. 1997 Watling & Meijer 1997 Kasuya 1988 Buyck & Meijer 1999 Guerrero & Homrich 1999 Putzke 1999 Giachini et al. 2000 Meijer 2001 Carvalho & Amazonas 2002 Silva 2002 Puntzke 2003 Cortez & Coelho 2005 Sobestiasnky 2005 Andreazza 2006 Baseia et al. 2006 Meijer 2006 Mello et al. 2006 Sulzbacher et al. 2007 Cortez et al. 2008 Karstedt & Stürmer 2008 Meijer 2008 Cortez 2009 Sulzbacher et al. 2010

Estudos de diversidade fúngica Amanita (9 espécies) Austroboletus festivus Boletinellus (2 espécies) Boletus (2 espécies) Calostoma zanchianum Cantharellus (3 espécies) Chaciporus piperatus Chondrogaster (3 espécies) Clavulina aff. rugosa Coltricia (6 espécies) Coltriciella oblectabilis Cortinarius (4 espécies) Descomyces (3 espécies) Entoloma bloxamii Gloeocantharellus corneri Gyroporus castaneus Hebeloma sacchariolens Hydnangium carneum Hydnoton thelephorus Hymenogaster vulgaris Hysterangium (4 espécies) Inocybe (16 espécies) Labyrinthomyces varius Laccaria (9 espécies) Lactarius (12 espécies) Leucogaster braunii Neopaxillus echinospermus Octaviania (3 espécies)

Estudos de diversidade fúngica Paxillus (2 espécies) Phaeoclavulina (7 espécies) Phlebopus (3 espécies) Phyllobolites miniatus Phylloporia spathulata Pisolithus (5 espécies) Ramaria (7 espécies) Rhizopogon (7 espécies) Russula (11 espécies) Sarcodon atroviridis Scleroderma (12 espécies) Sclerogaster luteocarneus Setchelliogaster tenuipes Suillus (5 espécies) Tapinella panuoides Thelephora (5 espécies) Tricholoma (8 espécies) Tylopillus sp. Xerocomus (3 espécies)

Estudos de diversidade fúngica Muito a ser feito Estudos de prazo mais longo Estudos que englobem corpos de frutificação, mas também micorrizas Estudos de populações fúngicas Avaliação da persistência dos fungos no campo Avaliação da colonização em função da sazonalidade Avaliações continuadas tanto em florestas nativas quanto florestas introduzidas Avaliação de crossing over fúngico entre as essências florestais

Caracterização de espécies Identificação morfológica x identificação molecular Definição dos objetivos do estudo Definição das regiões a ser amostradas: DNA mitocondrial DNA nuclear Dificuldades de caracterização (baseado principalmente em espécies do hemisfério Norte) Criação de um banco de dados com informações dos fungos Brasileiros Definição dos algoritmos para análise (concordância entre os estudos)

Isolamento e manutenção de isolados Porque isolar? Quando isolar? De onde e como isolar Definição dos melhores meios de cultivo Utilização de antibióticos Adição de compostos via filtração (tiamina, p.e.) Como manter? Como garantir a identidade do isolado in vitro? Isolei, e agora, pra que serve?

Testes de compatibilidade e eficiência Falta de informação sobre compatibilidade do fungo em relação a diferentes espécies de simbiontes Determinação das condições de formação da simbiose Confirmação da manutenção da associação Busca de metodologias para garantir a associação: Alterações nas condições nutricionais da planta? Aditivos no plantio? Mix de espécies fúngicas? Melhoramento genético dos fungos? ???

Testes de agressividade e permanência dos fungos no viveiro e no campo Determinar as condições da associação Propiciar as melhores condições para o fungo Avaliar a agressividade e permanência dos fungos no viveiro Avaliar a agressividade e permanência dos fungos no campo Normalmente 4 meses depois de introduzidos os fungos introduzidos desaparecem (Oliveira et al. 1994) Como driblar esse problema? Determinar as condições que potencializam a permanência da associação pretendida

As perspectivas para os inoculantes ectomicorrízicos Diferentes tipos de inoculantes Molina & Trappe 1982 Brundett et al. 1996 Costa et al. 1997 Rodrigues et al. 1999 Alves et al. 2001 O uso de serrapilheira: vantagens e desvantagens Suspensão de carpóforos em pó: vantagens e desvantagens Cultivo em substrato líquido Cultivo em substrato sólido: turfa + vermiculita Paradigma das altas fertilizações Falta de dados comprobatórios da real eficiência da inoculação

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos China, França, EUA, Austrália, Brasil, etc. Fungos geneticamente modificados: Expressar toxinas inseticidas Expressar genes inibidores de proteinases Expressar fatores quelantes na presença de metais (não absorção) Expressar genes que atuem na inibição da população de patógenos Técnicas de mutagênese

SIMBIONTE PROTOPLASTO cDNA MICROARRAYS CARIOTIPAGEM MUTAGÊNESE
Adaptado de Costa et al. (2004) SIMBIONTE PROTOPLASTO cDNA MICROARRAYS CARIOTIPAGEM MUTAGÊNESE TRANSFORMAÇÃO Tamanho do genoma Localização dos genes Variabilidade genética Identidade e papel de genes relacionados à simbiose Identificação de genes expressos diferencialmente Sequência temporal da expressão de genes relacionados à simbiose

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos Seleção de fungos eficientes na sobrevivência e crescimento dos simbiontes vegetais Capacidade de se associar à planta de interesse (compatibilidade) Capacidade de promover o crescimento das plantas (eficiência) Capacidade de crescer em cultivos industriais (larga escala) Habilidade de disponibilizar P Habilidade de utilizar fontes orgânicas de N (decomposição de proteínas, etc.) Capacidade capilar (manto) Habilidade de solubilizar minerais (P, K, etc.)

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos Seleção de fungos eficientes na sobrevivência e crescimento dos simbiontes vegetais Habilidade de absorver e imobilizar metais (reduzir toxicidade do simbionte vegetal) Capacidade de promover crescimento do simbionte vegetal em solos erodidos ou poluídos (carvão, Cu, etc.) Capacidade de tolerar estresses físicos, químicos e biológicos envolvidos na produção

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos Produção de inoculantes Deve propiciar o armazenamento, transporte, e manutenção da viabilidade do fungo garantindo a simbiose Deve ser compatível com o simbionte vegetal Deve estar livre de patógenos Os custos devem ser compatíveis

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos Tipos de inoculantes À base de solo (pedaços de raízes, esporos, outros propágulos, etc.) Fácil obtenção Risco de patógenos Alta variabilidade À base de esporos Possibilidade de peletização Na forma de suspensão (irrigação) Disponibilidade sazonal

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos Tipos de inoculantes Culturas puras Fungos isolados Disponibilidade sem sazonalidade Possibilidade de aumento de escala Baixa variabilidade genética Baixos riscos de patógenos associados Possibilita estudos de eficiência do isolado previamente à sua utilização

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos Tipos de inoculantes Cultivo sólido - vantagens De certa forma diminui os riscos de contaminação pela ausência de água livre Ainda é o método mais empregado em mistura turfa+vermiculita Produção pode ser efetuada em sacos ou frascos O cultivo se dá por 2-4 meses Empregada nos EUA, França, México, Brasil, Libéria, etc. Fungos mais empregados: Pisolithus, Hebeloma, Laccaria, Suillus, Cenococcum, Thelephora, etc.

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos Tipos de inoculantes Cultivo sólido - limitações Matriz não é homogênea (lotes distintos) Difícil de controlar pH, O2 e T Difícil de predizer o sistema de cultivo Partículas grandes (> 3 mm Ø) podem apresentar condições anaeróbicas no interior e aeróbicas na superfície Pode ocorrer autolimitação pelo acúmulo de calor Apresenta dificuldades para a esterilização do substrato Necessidade de grandes espaços para armazenamento Custos podem aumentar

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos Tipos de inoculantes Cultivo submerso (líquido) - vantagens Fácil mistura Permite uniformidade Permite rápida modificação das condições de cultivo (pH, O2 dissolvido, T, velocidade de agitação e concentração de nutrientes) Não necessita de grandes espaços para armazenamento O período de produção é mais curto Facilita a automação do processo: biorreatores

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos Tipos de inoculantes Cultivo submerso (líquido) - vantagens Tem se demonstrado mais eficiente no campo Possibilidade de armazenamento por até 6 meses sem perda da viabilidade do fungo (Rhizopogon 18 meses – Oliveira et al. 2006) Possibilidades de produtividades em biorreator de até 1 g.L-1.dia-1 Rossi (2006) mostrou que 1 biorreator de 5 L tem capacidade de produzir, numa única batelada, inóculo suficiente para inocular mais de plântulas, o suficiente par 200 ha de plantio

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos Tipos de inoculantes Cultivo submerso (líquido) - vantagens Possibilita o encapsulamento do micélio (pellets de alginato de Ca, por exemplo) Possibilidade de adicionar aditivos ao pellet para melhorar a estabilidade e a conservação Possibilidade de preparar o inoculante com mais de um tipo de microrganismo Possibilidade de dispersão mais uniforme do inoculante no substrato de plantio

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos Tipos de inoculantes Cultivo submerso (líquido) - limitações Baixa velocidade de crescimento de muitos fungos ectomicorrízicos facilitando contaminações Falta de informação sobre a engenharia do processo Falta de informação sobre a fisiologia e bioquímica do crescimento dos fungos em meio líquido Dificuldade de escalonamento para níveis industriais

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos A demanda de inoculantes No mundo: Consumo de madeira em 2005 = 3 bilhões de m3 (United Nations Organization 2006) Assumindo uma produção de 400 m3/ha = 12 bilhões de mudas/ano Inoculantes (caso fossem inoculadas) = 4,3 t de biomassa fúngica/ano Biorreator airlift com capacidade de L com 2 cultivos mensais = necessidade de 1168 biorreatores além de uns 420 biorreatores menores para a produção do inóculo inicial Necessidade de produzir kg de biomassa fúngica/ano

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos A demanda de inoculantes No Brasil: Cerca de 1,13 bilhões de mudas/ano (Pinus e Eucalyptus) Utilizando 3-5 g de biomassa fúngica/m3 de substrato (Garbaye 1990) suficiente para inocular cerca de 14 mil mudas Necessidade de 726 kg de biomassa fúngica/ano Biorreator airlift com capacidade de L com 2 cultivos mensais = necessidade de 110 biorreatores além de uns 40 biorreatores menores para a produção do inóculo inicial

As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos A demanda de inoculantes Custo de uma muda micorrizada com selo de certificação = R$ 0,20 Custo do inoculante para o produtor = R$ 0,02 Custo de produção inferior a R$ 0,5/planta Ganhos pela inoculação de 10 a 400 % Assim, um custo de 10 % na produção é insignificante em relação ao benefício de 10 % de madeira produzida O potencial do mercado de inoculantes no Brasil é superior a R$ 23 milhões/ano

CONSIDERACOES FINAIS Incentivar e incrementar estudos de diversidade, distribuicao e entendimento dos habitats de ocorrência dos fungos ECM (em florestas com plantas nativas e exóticas) Incentivar e incrementar estudos de isolamento e caracterização de espécies ECM Incentivar estudos de micorrização controlada das espécies isoladas visando a obtenção de isolados compatíveis, eficientes e agressivos tanto para plantas no viveiro quanto no campo

CONSIDERACOES FINAIS Aumentar os estudos de produção de inoculantes de forma industrial: cinética de crescimento, determinação dos parâmetros de cultivo, técnicas de veiculação da biomassa fúngica, armazenamento e viabilidade do inoculante, aplicação, etc. Criar uma mentalidade biotecnológica nas empresas de reflorestamento, órgãos responsáveis pela recuperação de áreas degradadas sobre a importância e3 benefício das associações micorrízicas, demonstrando que é possível através dessas técnicas atingir resultados promissores e satisfatórios

CONVITE Curso de Micorrizas (especialmente ECM)
Ministrante: Dr. Martin Ryberg, University of Tennessee, EUA Local: UFSC, Florianópolis Data: 24 a 27 de Novembro de 2010 Horário: 08:00-12:00 e 14:00-18:00 Organizador: Curso de Pós-graduação em Biotecnologia e Biociências Número de vagas: 20 Créditos: 02 Horas aula: 30

CONVITE Programação Data Hora Atividade 24/Nov 08:00-12:00
Introdução geral, micorrizas, distribuição, ecossistemas e tipos de micorrizas, classificação e evolução 14:00-18:00 Introdução às metodologias moleculares (primers, extração, protocolos, dificuldades, etc.) 25/Nov Coleta Análise dos materiais (raízes e basidiomas), identificação, morfotipos 26/Nov 8:00-12:00 Prática extração de DNA Prática amplificação de genes 27/Nov 9:00-12:00 Análise de sequências, programas de filogenia, etc. 14:00-17:00 28/Nov 09:00-13:00 Discussão dos resultados entre os coordenadores e o ministrador do curso, com o intuito de iniciar parcerias interinstitucionais

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