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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.64.2006.tde-04052007-085012
Document
Author
Full name
Valesca Pandolfi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2006
Supervisor
Committee
Carrer, Helaine (President)
Camargo, Luis Eduardo Aranha
Durham, Alan Mitchell
Etchegaray Júnior, Augusto
Figueira, Antonio Vargas de Oliveira
Title in Portuguese
Análise transcricional do fitopatógeno Fusarium graminearum Schwabe na interação antagonista com a bactéria Pantoea agglomerans Gavini.
Keywords in Portuguese
Antagonismo
cDNA
Expressão diferencial
Fitopatógeno
RT-PCRq
Abstract in Portuguese
Gramíneas cultivadas, como trigo, cevada e milho são produtos agrícolas de fundamental importância no Brasil. Entre os fatores causadores de perdas na produção de grãos dessas espécies estão os estresses causados por fitopatógenos como Fusarium graminearum Schwabe (teleomorfo Gibberella zeae Schw.), agente causador da fusariose e de difícil controle químico, biológico ou mesmo genético. Uma estratégia que tem se mostrado eficiente no controle de doenças é a utilização de microrganismos antagonistas a diferentes fitopatógenos, dentre os quais destaca-se a bactéria P. agglomerans. O presente trabalho teve como objetivo identificar genes diferencialmente expressos em interações fungo fitopatogênico-microrganismo antagonista, considerando como modelo o sistema F. graminearum-P. agglomerans. A construção de uma biblioteca de cDNA de F. graminearum cultivado in vitro proporcionou a geração de 1.983 seqüências válidas, resultando em 1.283 unigenes. As categorias de maior representatividade desta biblioteca foram aquelas constituídas por proteínas envolvidas em vias da informação genética - DNA-RNA-proteína (26 %); proteínas hipotéticas (24 %) e proteínas do metabolismo (16 %). Tanto a categoria de proteínas envolvidas nos processos de desenvolvimento como as envolvidas na percepção a estímulos externos constituíram 10 % dos unigenes. Dentre os genes presumivelmente anotados, foram identificados aqueles codificadores de enzimas de importantes rotas metabólicas como gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase, fosfoglicerato quinases e fosfoenolpiruvato carboxilases, como também componentes produzidos pelo metabolismo secundário como micotoxinas e outras proteínas associadas a estresse e patogenicidade de fungos. Neste trabalho também foi verificado o potencial de antagonismo in vitro da bactéria P. agglomerans frente a três fitopatógenos de trigo: Drechslera tritici-repentis (Died.) Shoem e Bipolaris sorokiniana (Sacc. in Sorok.) e F. graminearum. Foi verificado que a inibição do crescimento destes fungos está associada à liberação de compostos solúveis e voláteis pela bactéria, que foram responsáveis por cerca de 50 % e 40 % de inibição, respectivamente. O perfil da expressão gênica de F. graminearum na interação com a bactéria P. agglomerans foi avaliado via macroarranjo. Dos 1.014 genes avaliados, 29 genes de F. graminearum foram diferencialmente expressos (p < 0,05) durante a interação com a bactéria antagonista, sendo 19 genes induzidos e 10 genes reprimidos. Entre os transcritos induzidos foram identificadas proteínas envolvidas nos processos de defesa e/ou virulência de fungos, cuja expressão foi induzida em resposta a estresses tanto abióticos como bióticos. Dos genes que foram reprimidos, destacaram-se: um transcrito com similaridade a uma proteína com um domínio do tipo dedo de zinco ?zinc finger? que é um fator de transcrição importante no processo de divisão celular, bem como proteínas envolvidas na cadeia respiratória, na modulação protéica e sinalização celular. Os dados do macroarranjo foram validados via transcrição reversa seguida de PCR quantitativo em tempo real (RT-PCRq), metodologia que se mostrou adequada para complementar a análise transcricional obtida por macroarranjo. As informações geradas na análise de antagonismo in vitro, bem como a análise e seqüenciamento dos transcritos, juntamente com a quantificação do nível de expressão na interação, foram fundamentais para compreender o padrão de resposta do fungo F. graminearum na interação com a bactéria P. agglomerans.
Title in English
Transcriptional analysis of the phytopathogen Fusarium graminearum Schwabe in antagonistic interaction with the bacteria Pantoea agglomerans Gavini
Keywords in English
Antagonism
cDNA
Differential expression
Phytopathogen
RT-PCRq
Abstract in English
Cultivated grasses such as wheat, barley and maize are agricultural products of fundamental economic and social importance in Brazil. Among causing factors of important grain production losses in these species are diseases caused by phytopathogenic fungi such as Fusarium graminearum Schwabe (teleomorfo Gibberella zeae Schw.), the causal agent of fusariosis, a disease of difficult chemical, biological or even genetic control. An efficient and promising strategy to be adopted in order to protect cultivated plants against such diseases is the selection of antagonist microorganisms, amongst them the bacteria Pantoea agglomerans. This microbiota might have an important impact in scab control, isolated or in an integrated management program with chemical treatment. The present work aimed at identifying differentially expressed sequences in pathogenic fungi-antagonistic microorganisms interactions, considering the F. graminearum ? P. agglomerans model. The construction of a cDNA library for F. graminearum grown in PDA medium generated 1,983 valid sequences and provided 1,283 unigenes. The most representative categories in this library were proteins involved in genetic information pathways, DNA-RNA-protein (26 %); hypothetical proteins (24 %); and proteins involved in metabolism (16 %). The protein category involved in developmental processes as well as those related to external stimuli perception comprised 10 % of the obtained unigenes. Among putatively annotated genes, some coding for enzymes of important metabolic routes were identified, such as glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, phosphoglycerate kinase and phophoenolpyruvate carboxylase. Also secondary metabolism compounds, specially micotoxins and proteins related to fungi stresses and pathogenicity were identified. In the present work, the control of three wheat phytopathogens, Drechslera tritici-repentis (Died.) Shoem, Bipolaris sorokiniana (Sacc.in Sorok.) and F. graminearum, using specific isolates of P. agglomerans was demonstrated. It was observed that the 50 % and 40 % growth inhibition of these fungi is associated to the bacteria release of soluble and volatile compounds, respectively. The gene expression profile of F. graminearum during interaction with the bacteria P. agglomerans was evaluated via macroarray. Among the 1,014 analysed genes, 29 F. graminearum genes were differentially expressed (p < 0,05) during its interaction with the antagonist bacteria: 19 genes were induced while 10 genes were repressed. Among the induced transcripts, proteins involved in fungi defense and/or virulence processes were identified, whose expression was induced in reponse to abiotic or biotic stresses. Among the identified repressed genes, a transcript similar to a protein containing a zinc finger-type domain, a transcription factor relevant in cell division, deserves special attention, as well as proteins involved in respiratory chain, in protein modulation and in cell signaling. Additionally, the macroarray data were validated by reverse transcription followed by real-time quantitative PCR (RT-PCRq), a suitable method for complementing transcriptional analysis through macroarray. Finally, the information generated in in vitro pathogenic fungi-antagonistic microorganisms interactions analysis, as well as in the analysis and sequencing of the obtained transcripts, together with the determination of the level of expression during the evaluated interactions were essential for better understanding the response pattern of the fungus F. graminearum in interaction with the bacteria P. agglomerans
 
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TESE_Valesca.pdf (2.62 Mbytes)
Publishing Date
2007-05-08
 
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