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Título: Molecular and metabolic investigation into the fungal-fungal interaction between the soilborne plant pathogen «Rhizoctania solani» and the mycoparasite «Stachybotrys elegans»
Autores: Chamoun, Rony
Fecha: 2013
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Agriculture - Plant Pathology
Descripción: Mycoparasitism, the direct attack of one fungus on another, is a complex process that involves sequential events, including recognition, attack and subsequent penetration and killing of the host. The cellular interaction between Stachybotrys elegans a mycoparasite of the soilborne plant pathogen Rhizoctonia solani begins with molecular and chemical interactions that lead to expression of several genes or components of signaling pathways, and secretion of many metabolite biomarkers. Transcriptional changes of several mycoparasitism-induced genes (oxidoreductase, cytochrome P450 monooxygenase, carboxylesterase, and O-methyltransferase) during an extended period of interaction were associated with the formation of excessive coils and infection pegs which are required for limiting the growth of the pathogen. Hyphae and sclerotia of R. solani triggered different expression patterns of these genes, which is a clear indication that multiple regulatory mechanisms might be involved during the mycoparasitic process. In response to attack, hyphal and sclerotial cells of R. solani had elevated expression of pyridoxal reductase, a precursor of vitamin B6 or its derivatives which are known as antioxidants and quenchers of reactive oxygen species. The high elevated expression of some genes belonging to the mycoparasite and the host suggests that these genes play an important role during the mycoparasitic process and host defense, respectively. As a first step toward understanding the molecular basis of signal transduction during the cross talk between S. elegans and R. solani, the cloning and complete characterization of smkA, the first MAP kinase (MAPK/ERK1/2) gene from S. elegans was accomplished. At the transcriptional level, smkA was significantly induced in response to hyphal parasitism compared to parasitized sclerotia. However, under starvation condition, smkA levels were significantly induced at a later stage of growth. Western blot analysis against ERK1/2 showed an increase in their phosphorylated forms when S. elegans was grown under starvation condition compared to that detected in response to mycoparasitism. A higher abundance of phosphorylated ERK1/2 at the third day of interaction compared to that estimated under starvation condition was detected by applying LC–MS/MS. Direct Infusion Orbitrap MS (DI-MS) and robust bioinformatics tools highlighted a total of 486 metabolites as biomarkers in parasitized cells of R. solani, and in cells from monocultures of R. solani. Carboxylic acids and alkaloids were the predominant chemical groups in parasitized cells compared to those in R. solani monocultures indicating their role in the mycoparasitism. The increase in relative intensity of R. solani-derived indole biomarker, 11-hydroxycanthin-6-one, is indicative of a defense reaction against S. elegans. This study provides new knowledge that can be exploited for plant disease management strategies and for research dealing with biotechnology such as genetic engineering and/or biomarker-assisted plant breeding.
Le mycoparasitisme est un procédé complexe par lequel un champignon en attaque un autre par une série d'événements, soit l'identification, l'attaque et la pénétration subséquente et la mort de l'hôte. L'interaction cellulaire entre Stachybotrys elegans, un mycoparasite du cryptogame Rhizoctonia solani, est caractérisée par des interactions moléculaires et chimiques résultant en l'expression de plusieurs gènes ou composantes de mécanismes de transduction du signal ainsi que la sécrétion de plusieurs métabolites biomarqueurs. Des changements dans la transcription de plusieurs gènes (oxydoréductase, cytochrome P450 monooxygénase, carboxylesterase, et O-méthyltransférase) activés par le mycoparasitisme durant une longue période d'interaction sont associés à l'enroulement et au développement de tubes pénétrants de type infectieux tous deux requis pour limiter la croissance du pathogène. Les hyphes et les sclérotes de R. solani ont initié différents patrons d'expression génique indiquant clairement que plusieurs mécanismes de régulation sont impliqués lors du mycoparasitisme. En réponse à l'attaque, des cellules d'hyphes et de sclérotes ont exprimé abondamment la pyridoxal réductase qui est un précurseur de la vitamine B6 ou de ses dérivés connue pour leur effet antioxydant. Une augmentation dans l'expression de certains gènes appartenant au mycoparasite et à l'hôte suggère que ceux-ci jouent un rôle important lors du mycoparasitisme et de la défense de l'hôte, respectivement. Afin de comprendre la base moléculaire de la transduction du signal durant l'échange entre S. elegans et R. solani, le clonage et la caractérisation complète de smkA, le premier gène codant pour une MAP kinase (MAPK/ERK1/2) chez S. elegans, ont été accomplis. Au niveau de la transcription, smkA a été induit significativement en réponse au parasitisme des hyphes en comparaison avec les sclérotes parasités. Toutefois, en absence de nutriments, les transcrits de smkA ont été induits significativement à un stade de croissance plus avancé. Une analyse par immunobuvardage contre ERK1/2 a démontré une augmentation de la traduction des formes phosphorylées de ces protéines lorsque S. elegans était cultivé en absence de nutriments en comparaison avec la quantité détectée lors du mycoparasitisme. Grâce à la méthode LC–MS/MS, une plus grande concentration des formes phosphorylées de ERK1/2 a été détectée au troisième jour d'interaction en comparaison avec celle estimée en absence de nutriments. À l'aide de la spectrométrie de masse Orbitrap (DI-MS) et d'outils de bioinformatique, 486 métabolites biomarqueurs ont été détectés dans les cellules parasitées de R. solani et dans les cellules provenant de monocultures de R. solani. En comparaison avec les monocultures de R. solani, les groupes chimiques prédominants dans les cellules parasitées étaient les acides carboxyliques et les alkaloids ce qui les associe au mycoparasitisme. L'augmentation de l'intensité relative du biomarqueur d'alkaloid dérivé de R. solani, 11- hydroxycanthin-6-one, est un indicateur de la réaction défensive contre S. elegans. Les résultats de cette recherche apportent de nouvelles connaissances utiles à la phytoprotection et à la recherche en biotechnologie comme le génie génétique et/ou la sélection végétale assistée par biomarqueurs.
Idioma: en