Proxecto da FUNDACIÓN H2020: Base mediada por Fusarium oxysporum da modulación específica de tipo celular das interaccións multihóspede
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2018 -2020
- Orzamento asignado 170.121,6 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto FOUNDATION
Dado que F. oxysporum crece principalmente de forma intercelular durante as primeiras etapas, formulamos a hipótese de que o patóxeno podería segregar proteínas de patoxeneidade, coñecidas como efectores, neste espazo intercelular para determinar a compatibilidade xeral e xestionar a inmunidade do hóspede. Como parte da miña bolsa MSCA, establecín principalmente o illamento de fluído apoplástico de raíces de tomate infectadas e empreguei a proteómica de descubrimento para identificar efectores.
Estes "efectores apoplásticos centrais" identificados codifican proteínas hipotéticas pequenas, segregadas e ricas en cisteína, que se conservan en todo o complexo de especies de Fusarium (Redkar et al., en preparación). Estes efectores principais, denominados (ERC: efector para a compatibilidade de raíces ERC1-3), son inducidos na planta tras a colonización entre hóspedes e non hóspedes e contribúen á virulencia. Tamén realicei unha análise exhaustiva de RNA-Seq durante as primeiras etapas da colonización por F. oxysporum e descubrín que unha proporción significativa do secretoma codifica principalmente efectores que se conservan en todo o complexo específico de Fusarium. Isto suxire que Fusarium depende dun repertorio conservado de efectores para establecer compatibilidade en hóspedes e non hóspedes, e entón os determinantes específicos do hóspede poden desempeñar principalmente un papel na determinación do murchamento, que é específico do hóspede.
Tamén investigamos a natureza do proteoma radicular intercelular activo durante a colonización por Fusarium e como a súa actividade desencadea a sinalización de defensa. O líquido apoplástico infectado empregouse para a elaboración de perfís de proteínas baseados na actividade (ABPP), o que indicou que Fusarium é capaz de suprimir diferentes clases de proteases. Baseándome nestes achados e no noso interese na inmunidade apoplásica, dirixo un artigo de investigación destacado en Trends in Plant Science (doi.org/10.1016/j.tplants.2019.06.009). O artigo destaca o traballo sobre o efector Pit2 de Ustilago maydis, que ten un dominio inhibidor da protease e imita o substrato da protease. Ademais, coescribín unha revisión sobre o coñecemento actual das interaccións moleculares entre os fungos do carbón e os seus hóspedes en Annual Reviews (doi: 10.1146/annurev-phyto-082718-100139). Isto influíu na investigación en curso no campo das interaccións planta-patóxeno.
Ademais, empreguei o patosistema Arabidopsis-Fusarium para comprender os sinais derivados do hóspede que o fungo detecta ao chegar ao xilema. A endoderme da raíz é unha capa celular protectora que separa a zona cortical e a vasculatura. O espazo entre as células endodérmicas está impregnado cun polímero hidrofóbico baseado na lignina, chamado banda de Caspary (CS), que actúa como unha barreira selectiva. As proteínas de membrana asociadas á parede celular (CASP) fusiónanse para formar unha banda continua guiada pola vía Schengen ben definida (SGN). A miña hipótese é que as marchitacións vasculares probablemente interfiren con diferentes compoñentes da vía SGN para detectar a vasculatura. Empregamos unha colección de mutantes de Arabidopsis na vía SGN, que mostran diferentes graos de fenotipo de patoxenicidade con F. oxysporum Fo5176. Polo tanto, a vía CS parece estar implicada no guiado de Fusarium cara á vasculatura. Os resultados do meu proxecto foron presentados en seminarios de investigación na Conferencia de bolseiros CEPLAS na Universidade de Düsseldorf (Alemaña) e no IISER (Pune, India).
De agora en diante, continuarei no meu laboratorio de acollida grazas á bolsa Juan de la Cierva. Estou a traballar na caracterización funcional dos efectores CORE identificados en Fusarium. Tamén explorarei as pistas interesantes sobre a interferencia de Fusarium coa vía da franxa de Caspary na detección vascular. Ao remate, o meu obxectivo é publicar dous artigos de investigación nos que se detallen os meus achados.
Ademais do traballo proposto, tamén fun o autor correspondente de dous artigos de comentario: un que describe como os patóxenos das raíces evolucionaron para dirixirse aos principais reguladores transcricionais da vía do ácido salicílico (doi: 10.1098/rstb.2015.0459) e outro que ofrece unha visión xeral de como os patóxenos evolucionaron para utilizar proteínas transportadoras para funcións de virulencia (doi: 10.1111/nph.14137).
Os fungos patóxenos teñen un impacto drástico na nutrición humana ao reducir a produtividade das colleitas. Moitas interaccións entre fungos e plantas prodúcense no solo e afectan crucialmente á saúde das plantas. Sábese moi pouco sobre como os patóxenos transmitidos polo solo infectan as raíces e afectan a inmunidade do hóspede. Un grupo particularmente destrutivo de fungos que infectan as raíces causa a murcha vascular, que ataca moitos cultivos, coloniza as raíces e provoca unha murcha progresiva. Estas enfermidades están entre as máis difíciles de controlar, xa que os patóxenos adoitan ser inaccesibles aos produtos químicos presentes nas raíces. Polo tanto, contrólanse con compostos de fumigación non específicos que teñen un efecto nocivo. Para desenvolver unha solución sostible para estes fungos, é crucial comprender plenamente como estes patóxenos establecen compatibilidade con diversos hóspedes e os procesos vexetais aos que se dirixen.
O xénero de fungos Fusarium contén moitos patóxenos transmitidos polo solo que causan enfermidades murchas en numerosos cultivos. Actualmente, hai pouca información sobre a etapa crucial de infección biotrófica (fase vital) de Fusarium. O fungo penetra nas raíces e finalmente coloniza o xilema, o que provoca a morte ou a falta de morte, e mesmo estilos de vida endófitos. Polo tanto, Fusarium é un modelo excelente para investigar a compatibilidade multihóspede e a inmunosupresión. O control dos patóxenos vexetais transmitidos polo solo é moi difícil debido á súa alta persistencia e á notable capacidade de adaptación á planta hospedadora e ao ambiente.
Dado que a maioría dos funxicidas do solo están prohibidos pola lexislación da UE, existe unha necesidade urxente de desenvolver novas estratexias de control que sexan eficientes, duradeiras e respectuosas co medio ambiente. A identificación dos eventos moleculares que subxacen ao desenvolvemento de enfermidades en diversos hóspedes aborda a antiga pregunta de como estes fungos detectan o sistema vascular do hóspede. Isto é de interese fundamental nas interaccións microbianas. O obxectivo xeral da miña proposta é comprender os mecanismos subxacentes á colonización de plantas por F. oxysporum para conquistar unha ampla gama de hóspedes. A miña hipótese é que a alteración do espazo intercelular (apoplasto) onde reside principalmente o patóxeno durante as etapas biotróficas no hóspede/non hóspede servirá como sitio de acción dos determinantes de patoxenidade "esenciais" para colonizar un amplo espectro de cultivos agronomicamente importantes.
Os fungos teñen un impacto devastador na nutrición e a saúde humanas. Cada ano, os fungos patóxenos causan enormes perdas agrícolas nas plantas de cultivo e contaminan os alimentos con micotoxinas nocivas. O patóxeno fúnxico transmitido polo solo, Fusarium oxysporum, infecta as raíces das plantas e o tecido vascular, causando enfermidades murchas en máis de 100 cultivos diferentes, incluíndo dicotiledóneas e monocotiledóneas. Unha cepa particularmente agresiva deste patóxeno, a raza tropical 4, está a ameazar as plantacións de bananas de todo o mundo. Actualmente, hai pouca información sobre a etapa crucial da infección biotrófica por patóxenos vasculares, desde a penetración da raíz ata a colonización dos vasos do xilema. Fusarium proporciona un modelo excelente para investigar a detección, adaptación e supresión da inmunidade das plantas específica de células asociadas ás primeiras etapas da infección. O grupo de hóspedes informou recentemente sobre o mecanismo de detección quimiotrófica empregado por este patóxeno e identificou as sinais da planta hóspede percibidas por Fusarium no solo. Ademais, o seu traballo revelou unha acción combinada de encimas implicados na remodelación da parede celular dos fungos e na degradación da parede celular das plantas, o que contribúe á virulencia deste patóxeno. Neste proxecto, o noso obxectivo é identificar os xenes de virulencia específicos de células que F. oxysporum usa para colonizar unha dicotiledónea (Arabidopsis) fronte a un hóspede monocotiledóneo (banana) que ten unha arquitectura de tecido vascular fundamentalmente diferente. Empregaremos RNA-Seq dual acoplada con microdisección por captura láser (LCM) para identificar os compoñentes de compatibilidade principais tanto no patóxeno como na planta, que son esenciais para establecer a enfermidade de murcha. Isto levará á identificación e caracterización de posibles obxectivos nesta interacción que poderían empregarse para desenvolver novas estratexias de resistencia nos esforzos en curso de mellora da bananera. Polo tanto, este proxecto avanzará no coñecemento fundamental de como un fungo detecta e coloniza unha gama tan ampla de hóspedes, ao tempo que creará novas oportunidades para a protección dos cultivos ao diseccionar a interacción a unha resolución específica do tipo de célula.
Os achados do meu proxecto MSCA xeraron novos coñecementos sobre as estratexias de colonización dos patóxenos das raíces. A identificación de efectores conservados en Fusarium que probablemente mediean a compatibilidade permitiranos comprender mellor os mecanismos moleculares subxacentes á necesidade dunha fase biotrófica curta no ciclo de vida do patóxeno. Ademais, a identificación dos procesos apoplásticos nas plantas que manipulan patóxenos como o Fusarium proporcionará novas vías para comprender as interaccións moleculares e contribuirá ao desenvolvemento da resistencia. En xeral, creo que os resultados do meu proxecto terán amplas implicacións, xa que ofrecen unha primeira ollada ás etapas cruciais da infección asintomática destes importantes patóxenos fúnxicos.
Ademais, ao promocionar a miña investigación a través de artigos xerais e interactuar con estudantes de escolas a través de Skype con Scientist, puiden chegar a un público xeral. Isto proporcionoume unha plataforma excelente para promocionar o meu traballo e dar a coñecer a miña investigación ao público. Do mesmo xeito, a miña participación en congresos permitiume ampliar a miña rede profesional, o que aumenta as miñas oportunidades de converterme nun investigador principal de éxito.
- UNIVERSIDAD DE CORDOBA (UCO)
Proxectos relacionados
