Proxecto H2020 FOUNDATION: base mediada por Fusarium oxysporum da modulación específica de tipo celular de interaccións multi-hospedante
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2018 -2020
- Orzamento asignado 170.121,6 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto FOUNDATION
Dado que F. oxysporum crece principalmente intercelularmente durante as primeiras etapas, plantexamos a hipótese de que o patóxeno podería segregar proteínas de patoxenicidade, coñecidas como efectoras, neste espazo intercelular para determinar a compatibilidade global e xestionar a inmunidade do hóspede. Como parte da miña bolsa de MSCA, establecín principalmente o illamento do fluído apoplástico das raíces de tomate infectadas e utilicei a proteómica de descubrimento para identificar efectores.
Estes "efectores apoplásticos centrais" identificados codifican hipotéticas proteínas pequenas, secretadas e ricas en cisteína, que se conservan no complexo de especies de Fusarium (Redkar et al., en preparación). Estes efectores principais, denominados (ERC: Efector for Root Compatibility ERC1-3), indúcense na planta tras a colonización do hóspede/non hóspede e contribúen á virulencia. Tamén realicei unha análise exhaustiva de ARN-Seq durante as primeiras etapas da colonización de F. oxysporum e atopei que unha proporción significativa do secretoma codifica principalmente efectores que se conservan no complexo específico de Fusarium. Isto suxire que Fusarium depende dun repertorio conservado de efectores para establecer a compatibilidade en hóspedes e non hóspedes, e entón os determinantes específicos do hóspede poden desempeñar un papel fundamentalmente na determinación do marchito, que é específico do hóspede.
Tamén investigamos a natureza do proteoma activo da raíz intercelular durante a colonización de Fusarium e como a súa actividade desencadea a sinalización de defensa. O fluído apoplásico infectado utilizouse para o perfil de proteínas baseado na actividade (ABPP), o que indicaba que Fusarium é capaz de suprimir diferentes clases de proteases. En base a estes descubrimentos e o noso interese pola 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 no efector Ustilago maydis Pit2, que ten un dominio inhibidor da protease e imita o substrato da protease. Ademais, fun coautor dunha 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 plantas-patóxenos.
Ademais, usei o patosistema Arabidopsis-Fusarium para comprender os sinais derivados do hóspede que o fungo detecta ao chegar ao xilema. A endoderme radicular é unha capa celular protectora que separa a zona cortical e a vasculatura. O espazo entre as células endodérmicas está impregnado cun polímero hidrófobo a base de lignina, chamado banda de Casparian (CS), e actúa como barreira selectiva. As proteínas de membrana asociadas á parede celular (CASP) fusiónanse para formar unha banda continua que é guiada pola vía de Schengen (SGN) ben definida. A miña hipótese é que o marchitez vascular probablemente interfira con diferentes compoñentes da vía SGN para detectar a vasculatura. Usamos unha colección de mutantes de Arabidopsis na vía SGN, que mostran distintos graos de fenotipo de patoxenicidade con F. oxysporum Fo5176. Polo tanto, a vía CS parece estar implicada na guía de Fusarium cara á vasculatura. Os resultados do meu proxecto foron presentados en seminarios de investigación na CEPLAS Fellows Conference na Universidade de Düsseldorf (Alemaña) e no IISER (Pune, India).
A partir de agora seguirei no meu laboratorio de acollida grazas á bolsa Juan de la Cierva. Estou traballando na caracterización funcional dos efectores CORE identificados en Fusarium. Tamén explorarei as pistas interesantes sobre a interferencia de Fusarium coa vía da Franxa de Casparian na detección da vasculatura. Ao rematar, o meu obxectivo é publicar dous traballos de investigación que detallen os meus descubrimentos.
Ademais do traballo proposto, tamén fun o autor correspondente de dous artigos de comentarios: un que describe como evolucionaron os patóxenos radiculares para dirixirse aos reguladores transcripcionais mestres da vía do ácido salicílico (doi: 10.1098/rstb.2015.0459) e outro que ofrece unha visión xeral de como evolucionaron os patóxenos para utilizar as funcións de proteínas transportadoras (para utilizar as funcións de transporte do ácido salicílico). 10.1111/nph.14137).
Os fungos patóxenos teñen un impacto drástico na nutrición humana ao reducir a produtividade dos cultivos. Moitas interaccións entre fungos e plantas ocorren no chan e afectan de forma crucial á saúde das plantas. Sábese moi pouco sobre como os patóxenos do solo infectan as raíces e afectan a inmunidade do hóspede. Un grupo particularmente destrutivo de fungos que infectan as raíces provoca o marchitez vascular, que ataca moitos cultivos, coloniza as raíces e provoca un marchito progresivo. 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 fundamental comprender completamente como estes patóxenos establecen a compatibilidade con diversos hóspedes e os procesos vexetais aos que se dirixe.
O xénero de fungos Fusarium contén moitos patóxenos transmitidos polo solo que causan enfermidades do marchito 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, provocando a morte ou a falta de morte, e mesmo estilos de vida endofíticos. Polo tanto, Fusarium é un excelente modelo para investigar a compatibilidade multihost e a inmunosupresión. Controlar os patóxenos vexetais transmitidos polo solo é moi difícil debido á súa alta persistencia e á súa notable capacidade de adaptación á planta hóspede e ao medio.
Dado que a maioría dos funxicidas do solo están prohibidos pola lexislación da UE, hai unha necesidade urxente de desenvolver novas estratexias de control que sexan eficientes, duradeiros e respectuosas co medio ambiente. A identificación dos eventos moleculares que subxacen ao desenvolvemento da enfermidade en diversos hóspedes aborda a cuestión de longa data de como estes fungos perciben 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 das plantas por parte de F. oxysporum para conquistar unha ampla gama de hóspedes. A miña hipótese é que a interrupción do espazo intercelular (apoplasto) onde o patóxeno reside principalmente durante as etapas biotróficas no hóspede/non hóspede servirá como lugar de acción dos determinantes da patoxenicidade "núcleo" para colonizar un amplo espectro de cultivos importantes agronomicamente.
Os fungos teñen un impacto devastador na nutrición e na saúde humana. Cada ano, os fungos patóxenos provocan enormes perdas agrícolas nas plantas de cultivo e contaminan os alimentos con micotoxinas nocivas. O patóxeno fúngico transmitido polo solo, Fusarium oxysporum, infecta as raíces das plantas e o tecido vascular, causando enfermidades de marchitez en máis de 100 cultivos diferentes, incluíndo dicotiledóneas e monocotiledóneas. Unha cepa particularmente agresiva deste patóxeno, a raza tropical 4, está ameazando as plantacións de plátanos en todo o mundo. Actualmente, hai pouca información sobre o estadio crucial da infección biotrófica por patóxenos vasculares, desde a penetración das raíces ata a colonización dos vasos do xilema. Fusarium proporciona un excelente modelo para investigar a detección, adaptación e supresión da inmunidade vexetal específica das células asociadas ás primeiras fases da infección. O grupo hóspede informou recentemente sobre o mecanismo de detección quimiotrófica utilizado por este patóxeno e identificou as indicacións da planta hóspede percibidas por Fusarium no chan. Ademais, o seu traballo revelou unha acción combinada de encimas implicados na remodelación da parede celular dos fungos e na degradación da parede celular vexetal, o que contribúe á virulencia deste patóxeno. Neste proxecto, pretendemos identificar os xenes de virulencia específicos da célula que F. oxysporum usa para colonizar un hóspede dicotiledóneo (Arabidopsis) fronte a un hóspede monocotiledóneo (plátano) que ten unha arquitectura de tecido vascular fundamentalmente diferente. Usaremos ARN-Seq dual xunto coa microdisección de captura con láser (LCM) para identificar compoñentes de compatibilidade do núcleo tanto no patóxeno como na planta, que son esenciais para establecer a enfermidade do marchitez. Isto levará á identificación e caracterización de dianas potenciais nesta interacción que poderían utilizarse para desenvolver novas estratexias de resistencia nos esforzos de mellora do plátano en curso. Polo tanto, este proxecto avanzará no coñecemento fundamental de como un fungo detecta e coloniza unha variedade tan ampla de hóspedes, ao tempo que se crean novas oportunidades para a protección dos cultivos mediante a disección da interacción con resolución específica do tipo celular.
Os descubrimentos do meu proxecto MSCA xeraron novos coñecementos sobre as estratexias de colonización dos patóxenos radiculares. A identificación de efectores conservados en Fusarium que probablemente median na compatibilidade permitiranos comprender mellor os mecanismos moleculares subxacentes ao requisito dunha curta fase biotrófica no ciclo de vida do patóxeno. Ademais, identificar os procesos apoplásicos en plantas que manipulan patóxenos como Fusarium proporcionará novas vías para comprender as interaccións moleculares e contribuirá ao desenvolvemento de resistencias. En xeral, creo que os resultados do meu proxecto terán amplas implicacións, xa que ofrecen unha primeira ollada ás cruciais etapas de infección asintomática destes importantes patóxenos fúngicos.
Ademais, ao promover a miña investigación a través de artigos xerais e interactuar cos estudantes da escola a través de Skype con Scientist, puiden chegar a un público xeral. Isto proporcionoume unha excelente plataforma para promocionar o meu traballo e achegar a miña investigación ao público. Así mesmo, a miña participación en congresos permitiume ampliar a miña rede profesional, aumentando as miñas oportunidades de converterme nun investigador principal de éxito.
- UNIVERSIDAD DE CORDOBA (UCO)
Proxectos relacionados
