Especificidade da resistência em patossistemas envolvendo Magnaporthe grisea e cereais.

2006

Danos causados por Magnaporthe grisea em trigo.

2006

Identificação de genes de resistência à brusone (Magnaporthe grisea) em cultivares de arroz (Oryza sativa) utilizando marcadores moleculares

A brusone, causada por Magnaporthe grisea, é a doença mais importante do arroz. Uma vez que, o uso de cultivares resistentes é o método mais efetivo para o controle da doença, a pesquisa visa a identificação de novos genes que confiram resistência mais durável. O objetivo deste trabalho foi a identificação de cultivares que contenham os genes de resistência Pi-1, Pi-2 e Pi-11 utilizando marcadores moleculares. RG64, um marcador RFLP baseado em PCR, foi utilizado para verificar a presença do gene Pi-2 em 250 cultivares de arroz. Trinta e três cultivares apresentaram o mesmo perfil eletroforético da linha-quaseisogênica (NIL) C101A51, que contém o gene Pi-2. Verificou-se que 28 cultivares foram resistentes aos isolados inoculados, indicando que RG64 possui alta eficiência para a seleção de cultivares que contêm o gene Pi-2. Três marcadores microssatélites (RM) foram utilizados para verificar a presença do gene Pi-1 em 104 cultivares de arroz. Trinta cultivares, analisadas com RM254, apresentaram o mesmo perfil da NIL C104LAC, que contém o gene Pi-1. Verificou-se que 19 cultivares foram resistentes aos isolados inoculados. Três marcadores microssatélites foram utilizados para verificar a presença do gene Pi-11 em 104 cultivares de arroz. Oito cultivares, analisadas com RM210, apresentaram o mesmo perfil da NIL IR1529, que contém o gene Pi-11, mas somente uma foi resistente. Com exceção do RM254, os demais marcadores microssatélites tiveram baixa eficiência de seleção de cultivares com o mesmo perfil das NILs. Estes resultados indicam que o uso de marcadores moleculares pode ser útil para acelerar o processo de lançamento de cultivares com resistência à brusone. No entanto, ainda é preciso aumentar a eficiência de seleção, através de marcadores microssatélites com localização cromossomal mais próxima dos genes Pi-1 e Pi- 11. Em um futuro próximo, isto poderá ser possível com a disponibilização de mapas moleculares de maior resolução.

Análise da variabilidade de Magnaporthe grisea no Estado de Santa Catarina

A rápida perda da resistência das cultivares de arroz à brusone, causada por Magnaporthe grisea (Herb.) Barr, é geralmente atribuída à variabilidade genética do patógeno ou ainda à ocorrência de escape durante a seleção de novas cultivares. Com o objetivo de caracterizar a estrutura genética de um grupo de isolados de M. grisea em Santa Catarina (SC), plantas com sintomas de brusone foram coletadas em 12 municípios e na Estação Experimental da Epagri em Itajaí (EEI), SC. Os isolados foram analisados através de rep-PCR baseado no transposon Pot-2. Para a identificação das raças, um subgrupo de isolados foi inoculado na série internacional de cultivares diferenciais de arroz. As raças identificadas tiveram seu espectro de virulência avaliado em um grupo de cultivares com genes de resistência conhecidos (isolinhas). Isolados que apresentaram características genéticas distintas, foram avaliados quanto a capacidade de recombinação parassexual. Noventa e dois isolados monoconidiais obtidos foram agrupados através de rep-PCR em 13 haplótipos e 2 linhagens. Nove haplótipos encontrados na amostragem dos municípios não foram encontrados na EEI, indicando a ocorrência de escape. Seis raças de M. grisea foram identificadas a partir da inoculação de 28 isolados, representando 12 haplótipos na série diferencial, sendo que, 5 destas, foram avirulentas à isolinha que possui os genes de resistência Pi-1 e Pi-11. Por outro lado, o isolado 25, agrupado na raça IA-65, superou 4 das 5 isolinhas testadas. A análise da capacidade de recombinação parassexual mostra a existência de compatibilidade vegetativa associado à ocorrência de anastomoses entre três haplótipos, sendo identificados três possíveis isolados recombinantes.

Identificação de genes envolvidos na interação entre Magnaporthe grisea e arroz (Oryza sativa L.)

A brusone, causada pelo fungo Magnaporthe grisea (Hebert) Barr, é uma das mais importantes doenças da cultura do arroz. A resistência genética é a forma mais efetiva para o controle da doença. Os objetivos do presente trabalho foram: identificar genes envolvidos na resposta de resistência à infecção de M. grisea em arroz através das técnicas de expressão diferencial; obter e caracterizar uma biblioteca de cDNAs utilizando como modelo linhas quase-isogênicas de arroz (NILs = Near Isogenic Lines), contendo os genes de resistência Pi-1 e Pi-2; e avaliar e comparar a expressão diferencial de mRNAs, através dos cDNAs isolados em uma série de cultivares com resposta distinta à infecção de M. grisea. Foram identificados dois isolados com virulência diferencial para as NILs e um isolado para os cultivares. Os cDNAs relacionados à resistência do arroz à M. grisea foram identificados a partir de mRNAs isolados das NILs. Foram obtidos 30 fragmentos de cDNAs e 232 clones de cDNAs pelas técnicas de cDNA-AFLP e SSH, respectivamente. A análise das seqüências permitiu identificar genes envolvidos nos processos de metabolismo, transporte de íon inorgânico; transdução de sinais; fatores de transcrição; metabolismo de coenzima; conversão e produção de energia; metabolismo e transporte de carboidrato e biossíntese de proteína. Noventa clones isolados através da técnica de SSH foram selecionados e a expressão diferencial foi avaliada via hibridização em macroarranjos de cDNAs. A ausência de conservação entre os mRNAs diferencialmente expressos nas interações analisadas e a diversidade dos grupos de genes reflete a complexidade das respostas. A análise funcional in vivo desses genes poderá contribuir para utilização dos mesmos na obtenção de uma resistência de espectro amplo à brusone do arroz.

Methylation is not the main force repressing the retrotransposon MAGGY in Magnaporthe grisea

We have introduced the LTR-retrotransposon MAGGY into a naive genome of Magnaporthe grisea and estimated the copy number of MAGGY in a cell by serial isolation of fungal protoplasts at certain time intervals. The number of MAGGY elements rapidly increased for a short period following introduction. However, it did not increase geometrically and reached equilibrium at 20–30 copies per genome, indicating that MAGGY was repressed or silenced during proliferation. De novo methylation of MAGGY occurred immediately following invasion into the genome but the degree of methylation was constant and did not correlate with the repression of MAGGY. 5-Azacytidine treatment demethylated and transcriptionally activated the MAGGY element in regenerants but did not affect transpositional frequency, suggesting that post-transcriptional suppression, not methylation, is the main force that represses MAGGY proliferation in M.grisea. Support for this conclusion was also obtained by examining the methylation status of MAGGY sequences in field isolates of M.grisea with active or inactive MAGGY elements. Methylation of the MAGGY sequences was detected in some isolates but not in others. However, the methylation status did not correlate with the copy numbers and activity of the elements.

PLS1, a gene encoding a tetraspanin-like protein, is required for penetration of rice leaf by the fungal pathogen Magnaporthe grisea

We describe in this study punchless, a nonpathogenic mutant from the rice blast fungus M. grisea, obtained by plasmid-mediated insertional mutagenesis. As do most fungal plant pathogens, M. grisea differentiates an infection structure specialized for host penetration called the appressorium. We show that punchless differentiates appressoria that fail to breach either the leaf epidermis or artificial membranes such as cellophane. Cytological analysis of punchless appressoria shows that they have a cellular structure, turgor, and glycogen content similar to those of wild type before penetration, but that they are unable to differentiate penetration pegs. The inactivated gene, PLS1, encodes a putative integral membrane protein of 225 aa (Pls1p). A functional Pls1p-green fluorescent protein fusion protein was detected only in appressoria and was localized in plasma membranes and vacuoles. Pls1p is structurally related to the tetraspanin family. In animals, these proteins are components of membrane signaling complexes controlling cell differentiation, motility, and adhesion. We conclude that PLS1 controls an appressorial function essential for the penetration of the fungus into host leaves.

Mg-SINE: a short interspersed nuclear element from the rice blast fungus, Magnaporthe grisea.

A short interspersed nuclear element, Mg-SINE, was isolated and characterized from the genome of the rice blast fungus, Magnaporthe grisea. Mg-SINE was isolated as an insertion element within Pot2, an inverted-repeat transposon from M. grisea and shows typical features of a mammalian SINE. Mg-SINE is present as a 0.47-kb interspersed sequence at approximately 100 copies per haploid genome in both rice and non-rice isolates of M. grisea, indicating a common evolutionary origin. Secondary structure analysis of Mg-SINE revealed a tRNA-related region at the 5' end which folds into a cloverleaf structure. Genomic fusions resulting in chimeric Mg-SINEs (Ch-SINEs) composed of a sequence homologous to Mg-SINE at the 3' end and an unrelated sequence at its 5' end were also isolated, indicating that this and other DNA rearrangements mediated by these elements may have a major effect on the genomic architecture of this fungus.

枯草芽孢杆菌生物学特性及其与稻瘟病菌互作的蛋白质组学研究

枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是革兰氏阳性细菌研究的模式菌株，为重要的生防菌剂。本论文以枯草芽孢杆菌ATCC6051作对照，首次对新型菌株KB-1111和KB-1122进行了生物学特性、生防潜力以及与水稻稻瘟病致病菌互作的蛋白质组学研究。 形态学观察表明，菌株KB-1111和KB-1122在细胞形态、芽孢的大小、运动性、菌落褶皱和色素的生成等方面与菌株ATCC6051相似，具有枯草芽孢杆菌的典型特征。生理生化测定以及对多种碳源的利用结果显示，三个菌株大部分指标检测结果相同，只在几个方面等存在差异。 体外平板对峙抑菌试验说明，枯草芽孢杆菌ATCC6051、KB-1111和KB-1122对8种作物、果蔬代表性病害致病真菌具有明显的拮抗效果。其中，菌株KB-1122的广谱抗真菌活性优于KB-1111，而KB-1111又强于对照菌株ATCC6051，尤其是对稻瘟病（M. grisea P131）和蔬菜菌核病（S. sclerotiorum）显现出强烈的抑制作用，具备生防拮抗菌的优秀性能。 比较蛋白质组学分析结果表明，液体悬浮培养枯草芽孢杆菌KB-1111、KB-1122二维蛋白质组表达谱至少有11个胞内蛋白和10个胞外蛋白出现丰度差异。其中，菌株KB-1122中胁迫或逆境反应相关ATP酶、顺乌头酸水合酶和alpha-淀粉酶前体在细胞内蛋白质组，以及分泌型蛋白―内切葡聚糖酶在胞外蛋白质组中的高丰度表达可能与菌株KB-1122的优势拮抗能力相关。 将对数生长期的枯草芽孢杆菌KB-1122与菌丝丰富期的稻瘟病菌P131悬浮混合共培养发现，在24小时的共培养过程中，稻瘟病菌P131菌丝体及芽管经历了致变、破裂、细胞质溢出直至菌丝体崩溃等一系列变化，枯草芽孢杆菌KB-1122表现出强烈的拮抗效应。差异显示蛋白质组学研究表明，共培养菌体蛋白质组至少有39个蛋白点丰度发生显著变化，其中33个蛋白点得到成功鉴定，包括12个上调蛋白和21个下调蛋白。根据鉴定结果分析，这些上调的蛋白质全部来源于枯草芽孢杆菌，而下调的蛋白全部属于稻瘟病菌。共培养过程中的培养液蛋白质组至少有20个蛋白点丰度发生显著变化，其中18个蛋白点得到成功鉴定。根据以上分析结果初步认为，3-磷酸甘油醛脱氢酶、丝氨酸蛋白激酶和内切葡聚糖酶在枯草芽孢杆菌KB-1122与稻瘟病菌P131相互作用的过程中可能是B. subtilis KB-1122发挥抗真菌活性的关键性蛋白。

Brachypodium distachyon. A new model system for functional genomics in grasses

John Draper, Luis A.J. Mur, Glyn Jenkins, Gadab C. Ghosh-Biswas, Pauline Bablak, Robert Hasterok,and Andrew P.M. Routledge (2001). Brachypodium distachyon. A new model system for functional genomics in grasses. Plant Physiology, 127 (4), 1539-1555. Sponsorship: BBSRC / Gatsby Foundation RAE2008

Desenvolvimento de uma estratégia de fusão gênica visando à localização de proteínas em plantas

Uma significativa quantidade de proteínas vegetais apresenta-se compartimentalizada nas diversas estruturas celulares. A sua localização pode conduzir à elucidação do funcionamento dos processos biossintéticos e catabólicos e auxiliar na identificação de genes importantes. A fim de localizar produtos gênicos relacionados à resistência, foi utilizada a fusão de cDNAs de arroz (Oryza sativa L.) ao gene da proteína verde fluorescente (GFP). Os cDNAs foram obtidos a partir de uma biblioteca supressiva subtrativa de genes de arroz durante uma interação incompatível com o fungo Magnaporthe grisea. Estes cDNAs foram fusionados a uma versão intensificada de gfp e usados para transformar 500 plantas de Arabidopsis thaliana. Outras 50 plantas foram transformadas com o mesmo vetor, porém sem a fusão (vetor vazio). Foram obtidas aproximadamente 25.500 sementes oriundas das plantas transformadas com as fusões EGFP::cDNAs e 35.000 sementes das transformadas com o vetor vazio, produzindo, respectivamente, 750 e 800 plantas tolerantes ao herbicida glufosinato de amônio. Após a seleção, segmentos foliares das plantas foram analisados por microscopia de fluorescência, visando o estabelecimento do padrão de localização de EGFP. Foram observadas 18 plantas transformadas com a fusão EGFP::cDNAs e 16 plantas transformadas com o vetor vazio apresentando expressão detectável de GFP. Uma planta transformada com uma fusão EGFP::cDNA apresentou localização diferenciada da fluorescência, notadamente nas células guarda dos estômatos e nos tricomas. Após seqüenciamento do cDNA fusionado, foi verificado que esta planta apresentava uma inserção similar a uma seqüência codificante de uma quinase, uma classe de enzimas envolvidas na transdução de sinais em resposta à infecção por patógenos.

Impacto do aumento da concentração de CO2 do ar sobre a brusone do arroz

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Signaling via cAMP in Fungi: Interconnections with Mitogen-Activated Protein Kinase Pathways

The cAMP signal transduction pathway controls a wide variety of processes in fungi. For example, considerable progress has been made in describing the involvement of cAMP pathway components in the control of morphogenesis in Saccharomyces cerevisiae, Ustilago maydis, and Magnaporthe grisea. These morphological processes include the establishment of filamentous growth in S. cerevisiae and U. maydis, and the differentiation of an appressorial infection structure in M. grisea. The discovery that appressorium formation requires cAMP signaling provides an immediate connection to fungal virulence. This connection may have broader implications among fungal pathogens because recent work indicates that cAMP signaling controls the expression of virulence traits in the human pathogen Cryptococcus neoformans. In this fungus, cAMP also influences mating, as has been found for Schizosaccharomyces pombe and as may occur in U. maydis. Finally, cAMP and mitogen- activated protein kinase pathways appear to function coordinately to control the response of certain fungi, e.g., Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe, to environmental stress. There are clues that interconnections between these pathways may be common in the control of many fungal processes.

Enantioselektive Organokatalyse in Epoxidierungen und Cyanhydrinbildungen

In der vorliegenden Arbeit mit dem Titel „Enantioselektive Organokatalyse in Epoxidierungen und Cyanhydrinbildungen“ wurde die Synthese zweier Cyclophan-carbaldimine durchgeführt. Beide Verbindungen bestehen aus einem Glykosyl-Baustein und einem Paracyclophan-Baustein, die über eine Imin-Bindung verbrückt sind. Die Cyclophan-carbaldimine wurden dann als Katalysatoren in einer Reihe von enantioselektiven Reaktionen verwendet. Enantioselektive Reaktionen bilden von zwei spiegelbildlichen Produkten stets eines im Überschuss. Zu diesen Reaktionen zählen die in dieser Arbeit durchgeführten enantioselektiven Epoxidierungen und enantioselektiven Cyanhydrinsynthesen. Die enantioselektiven Epoxidierungen waren dabei als Teil der Totalsynthesen der Naturstoffe Dasyscyphin D und Caripyrin geplant. Diese beiden Naturstoffe zeigten in biologischen Tests am Institut für Biotechnologie und Wirkstoffforschung (IBWF) in Kaiserslautern Aktivität gegen den Reisbrand-Pilz Magnaporthe grisea, der für Ernteverluste in beträchtlichem Ausmaß verantwortlich ist. Das Caripyrin selbst beinhaltet eine Epoxidstruktur. Mittels der oben angeführten Katalysatoren wurde versucht, diese Epoxidstruktur selektiv einzuführen. Dies gelang nicht, aber der Naturstoff konnte mittels Epoxidierung durch m-Chlorperbenzoesäure erstmals dargestellt werden. In mehreren biologischen Vergleichstests am IBWF Kaiserslautern zeigte auch das synthetische Caripyrin mit dem natürlichen Caripyrin vergleichbare biologische Aktivität.rnDas Dasyscyphin D an sich trägt keine Epoxidfunktion. Dennoch spielt sie auch hier eine wichtige Rolle. Innerhalb der geplanten Totalsynthese von Dasyscyphin D sollte die Farnesylseitenkette eines aromatischen Ringes selektiv epoxidiert werden. Durch einen elektrophilen Angriff an dieses Epoxid sollte im Anschluss eine Cyclisierung zum Dasyscyphin-Grundgerüst eingeleitet werden, aus dem dann Dasyscyphin D dargestellt werden sollte. Im Gegensatz zur Caripyrin-Synthese, bei der die selektive Epoxidierung nicht gelang, scheint sie in der Synthese von Dasyscyphin D sattgefunden zu haben, allerdings ist eine Isolierung des Reaktionsproduktes noch nicht gelungen. Folglich konnte das Dasyscyphin D noch nicht erfolgreich synthetisiert werden.rnDie Versuche zur enantioselektiven Cyanhydrin-Synthese waren nicht Bestandteil einer Totalsynthese. Die Cyanhydrine wurden zuerst als Racemate synthetisiert und gaschromatographisch vermessen, um auf diese Weise die exakten Retentionszeiten der einzelnen Enantiomere zu ermitteln. Anschließend wurden die Cyanhydrine dann enantioselektiv dargestellt und ebenfalls gaschromatographisch vermessen. Durch den Vergleich mit den racemischen Cyanhydrinen konnte dabei direkt aus der Reaktionslösung gemessen werden, was erforderlich war, da eine Isolierung der Cyanhydrine unter den gewählten Reaktionsbedingen nicht gelang. Aus den gaschromatographischen Messungen konnten Enantiomerenüberschüsse von bis zu 95 % ermittelt werden. Weiterhin ergaben die Messungen, dass der Arabinosyl-Katalysator im Vergleich mit dem Galactosyl-Katalysator eine geringere Enantioselektivität induziert, was vermutlich auf leichte räumliche Differenzen der beiden Katalysatoren zurückzuführen ist. Ein weiteres wichtiges Ergebnis war, dass beide Katalysatoren, wie geplant, unterschiedliche Enantiomere im Überschuss bilden. Die Glykosyl- und Paracyclophan-Bausteine der beiden Katalysatoren waren so gewählt worden, dass beide Katalysatoren pseudo-Enantiomere bilden. Auf diese Weise sollte eine Einflussnahme auf das gebildete Enantiomer durch die Wahl des entsprechenden Cyclophan-carbaldimin-Katalysators möglich gemacht werden, was, wie bereits erwähnt, gelang.rn