Projecte H2020 FOUNDATION: Base intervinguda per Fusarium oxysporum de la modulació específica del tipus de cèl·lula en la interacció amb múltiples hostes
- Tipus Projecte
- Estat Completat
- Execució 2018 -2020
- Pressupost assignat 170.121,6 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte FOUNDATION
Atès que F. oxysporum creix principalment intercel·lularment durant les primeres etapes, plantegem la hipòtesi que el patogen podria secretar proteïnes de patogenicitat, conegudes com a efectors, en aquest espai intercel·lular per determinar la compatibilitat general i gestionar la immunitat de l'hoste. Com a part de la meva beca MSCA, vaig establir principalment l'aïllament de fluid apoplàstic d'arrels de tomàquet infectades i vaig utilitzar la proteòmica de descobriment per identificar efectors.
Aquests "efectes apoplàstics centrals" identificats codifiquen per a proteïnes hipotètiques petites, secretades i riques en cisteïna, que es conserven a tot el complex d'espècies de Fusarium (Redkar et al., en prep.). Aquests efectors centrals, anomenats (ERC: Efector per a la Compatibilitat Radicular ERC1-3), s'indueixen in planta després de la colonització de l'hospedador/no hostatger i contribueixen a la virulència. També vaig fer una anàlisi exhaustiva d'ARN-Seq durant les primeres etapes de la colonització per F. oxysporum i vaig descobrir que una proporció important del secretoma codifica principalment per a efectors que es conserven a tot el complex específic de Fusarium. Això suggereix que Fusarium depèn d'un repertori conservat d'efectors per establir la compatibilitat en hostes i no hostes, i després els determinants específics de l'hospedador poden exercir principalment un paper en determinar el marciment, que és específic de l'hospedador.
També investiguem la naturalesa del proteoma radicular intercel·lular actiu durant la colonització per Fusarium i com la seva activitat desencadena la senyalització de defensa. El fluid apoplàstic infectat es va utilitzar per al Perfilat de Proteïnes Basat en l'Activitat (ABPP), que va indicar que Fusarium és capaç de suprimir diferents classes de proteases. Amb base en aquestes troballes i el nostre interès en la immunitat apoplàstica, lidero un article de recerca destacat a Trends in Plant Science (doi.org/10.1016/j.tplants.2019.06.009). L'article destaca el treball sobre l'efector d'Ustilago maydis Pit2, que té un domini inhibidor de proteases i que imita el substrat de la proteasa. A més, vaig ser coautor d'una revisió sobre el coneixement actual de les interaccions moleculars dels fongs del carbó i els seus hostes a Annual Reviews (doi: 10.1146/annurev-phyto-082718-100139). Això ha influït en la investigació en curs a l'àmbit de la interacció planta-patogen.
A més, he utilitzat el patosistema Arabidopsis-Fusarium per comprendre els senyals derivats de l'hoste que el fong detecta en assolir el xilema. L'endodermis de l'arrel és una capa cel·lular protectora que separa la zona cortical i la vasculatura. L'espai entre les cèl·lules endodèrmiques s'impregna amb un polímer hidrofòbic a base de lignina, anomenat banda de Casparian (CS), i actua com una barrera selectiva. Les proteïnes de membrana associades a la paret cel·lular (CASP) es fusionen per formar una banda contínua que és guiada per la ben definida via Schengen (SGN). La meva hipòtesi és que les pansides vasculars probablement interfereixen amb diferents components de la via SGN per detectar la vasculatura. Utilitzem una col·lecció de mutants d'Arabidopsi a la via SGN, que mostren diversos graus de fenotip de patogenicitat amb F. oxysporum Fo5176. Per tant, la via CS sembla estar involucrada a guiar Fusarium cap a la vasculatura. Els resultats del meu projecte es van presentar en seminaris de recerca a la Conferència de Becaris CEPLAS de la Universitat de Düsseldorf (Alemanya) i de l'IISER (Pune, Índia).
D'ara endavant, continuaré al meu laboratori amfitrió gràcies a la beca Joan de la Cierva. Estic treballant en la caracterització funcional dels efectors CORE identificats a Fusarium. També exploraré les interessants pistes sobre la interferència de Fusarium amb la via de la Franja de Casparian a la detecció de la vasculatura. En acabar, el meu objectiu és publicar dos articles de recerca que detallin les meves troballes.
A més del treball proposat, també vaig ser l'autor corresponent de dos articles de comentari: un que descriu com els patògens de l'arrel han evolucionat per dirigir-se als reguladors transcripcionals mestres de la via de l'àcid salicílic (doi: 10.1098/rstb.2015.0459) i un altre com ofereix una visió transportadores per a funcions de virulència (doi: 10.1111/nph.14137)
Els fongs patògens tenen un impacte dràstic en la nutrició humana en reduir la productivitat dels cultius. Moltes interaccions entre fongs i plantes ocorren a terra i afecten crucialment la salut de les plantes. Se sap molt poc sobre com els patògens transmesos per terra infecten les arrels i afecten la immunitat de l'hoste. Un grup particularment destructiu de fongs que infecten les arrels causa pansiment vascular, que ataca molts cultius, colonitza les arrels i causa un pansiment progressiu. Aquestes malalties es troben entre les més difícils de controlar, ja que els patògens solen ser inaccessibles als productes químics presents a les arrels. Per tant, es controlen amb compostos inespecífics per a fumigació que tenen un efecte perjudicial. Per generar una solució sostenible contra aquests fongs, és crucial comprendre a fons com aquests patògens estableixen compatibilitat amb diversos hostes i els processos vegetals a què es dirigeixen.
El gènere de fongs Fusarium conté molts patògens transmesos pel sòl que causen malalties de pansiment en nombrosos cultius. Actualment hi ha poca informació sobre la crucial etapa d'infecció biotròfica (fase vital) de Fusarium. El fong penetra a les arrels i finalment colonitza el xilema, cosa que provoca la mort o l'absència de mort, i fins i tot estils de vida endòfits. Per tant, Fusarium és un excel·lent model per investigar la compatibilitat multihoste i la immunosupressió. Controlar els fitopatògens transmesos per terra és molt difícil a causa de la seva alta persistència i la seva notable capacitat d'adaptació a la planta hoste i al medi ambient.
Atès que la majoria dels fungicides per a terra estan prohibits per la legislació de la UE, hi ha una necessitat urgent de desenvolupar noves estratègies de control que siguin eficients, duradores i respectuoses amb el medi ambient. Identificar els esdeveniments moleculars que sustenten el desenvolupament de malalties a diversos hostes resol l'antiga pregunta de com aquests fongs perceben el sistema vascular de l'hoste. Això és de fonamental interès en les interaccions microbianes. L'objectiu general de la meva proposta és comprendre els mecanismes subjacents a la colonització de plantes per F. oxysporum per conquerir un ampli rang d'hostes. La meva hipòtesi és que l'alteració de l'espai intercel·lular (apoplast) on resideix principalment el patogen durant les etapes biotròfiques a l'hoste/no hoste servirà com a lloc d'acció dels determinants de patogenicitat “centrals” per colonitzar un ampli espectre de cultius agronòmicament importants.
Els fongs tenen un impacte devastador en la nutrició i la salut humana. Cada any, els fongs patògens provoquen enormes pèrdues agrícoles a les plantes de cultiu i contaminen els aliments amb micotoxines nocives. El fong patogen transmès per terra, Fusarium oxysporum, infecta les arrels de les plantes i el teixit vascular, provocant malalties de pansiment en més de cent cultius diferents, incloses dicotiledònies i monocotiledònies. Un cep particularment agressiu d'aquest patogen, la raça tropical 4, està amenaçant les plantacions de banana a tot el món. Actualment, hi ha poca informació sobre l'etapa crucial de la infecció biotròfica dels patògens vasculars, des de la penetració de l'arrel fins a la colonització dels gots del xilema. Fusarium proporciona un model excel·lent per investigar la detecció, adaptació i supressió de la immunitat de les plantes específiques de les cèl·lules relacionades amb les primeres etapes de la infecció. El grup hoste va informar recentment sobre el mecanisme de detecció quimiotròfic utilitzat per aquest patogen i va identificar els senyals de la planta hoste percebuts per Fusarium a terra. A més, el seu treball va revelar una acció combinada d'enzims implicats en la remodelació de la paret cel·lular dels fongs i la degradació de la paret cel·lular de les plantes, fet que contribueix a la virulència d'aquest patogen. En aquest projecte, el nostre objectiu és identificar els gens de virulència específics de cèl·lules que F. oxysporum utilitza per colonitzar un hoste dicotiledoni (Arabidopsis) versus monocotiledònia (Banana) que té una arquitectura de teixit vascular fonamentalment diferent. Farem servir RNA-Seq dual juntament amb microdissecció per captura làser (LCM) per identificar components centrals de compatibilitat tant al patogen com a la planta, que són essencials per establir la malaltia de pansiment. Això conduirà a la identificació i caracterització d'objectius potencials en aquesta interacció que es podrien fer servir per desenvolupar noves estratègies de resistència en els esforços en curs de millora del banana. Per tant, aquest projecte avançarà en el coneixement fonamental de com un fong detecta i colonitza una gamma tan àmplia d'hostes, alhora que crearà noves oportunitats per a la protecció de cultius en disseccionar la interacció amb una resolució específica de tipus cel·lular.
Les troballes del meu projecte MSCA han generat nous coneixements sobre les estratègies de colonització dels patògens radiculars. La identificació d'efectors conservats a Fusarium que probablement utilitzen la compatibilitat ens permetrà comprendre millor els mecanismes moleculars subjacents a la necessitat d'una fase biotròfica curta en el cicle de vida dels patògens. A més, la identificació dels processos apoplàstics de les plantes que patògens com Fusarium manipulen proporcionarà noves vies per comprendre la interacció molecular i contribuirà al desenvolupament de resistència. En general, crec que els resultats del meu projecte tindran implicacions àmplies, ja que ofereixen una primera visió de les crucials fases d'infecció asimptomàtica d'aquests patògens fúngics importants.
Així mateix, en promoure la meva recerca mitjançant articles generals i interacció amb els alumnes de l'escola per Skype a Scientist, he pogut arribar a un públic general. Això m'ha proporcionat una plataforma excel·lent per promocionar la meva feina i donar a conèixer la meva recerca al públic. Així mateix, la meva participació a congressos m'ha permès ampliar la meva xarxa professional, augmentant les meves oportunitats de convertir-me en un investigador principal exitós.
- UNIVERSIDAD DE CORDOBA (UCO)
Projectes relacionats
