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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Daniele Paschoal
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2018
Orientador
Banca examinadora
Figueira, Antonio Vargas de Oliveira (Presidente)
Moura, Daniel Scherer de
Teixeira, Paulo Jose Pereira Lima
Título em português
Análise metabolômica da interação Moniliophthora perniciosa x Solanum lycopersicum
Palavras-chave em português
Fisiologia
Metabólitos
Vassoura-de-bruxa
Resumo em português
A "vassoura-de-bruxa" é uma importante doença que acomete o cacaueiro, limitando a produção de cacau na América do Sul. O basidiomiceto Moniliophthora perniciosa, agente etiológico da doença, apresenta estilo de vida hemibiotrófico, causando sintomas de inchamento e indução de brotações laterais nos ramos infectados. O tomateiro (Solanum lycopersicum) cv. 'Micro-Tom' (MT) demonstrou ser um modelo genético adequado para o estudo da interação com o biótipo-S de M. perniciosa, exibindo sintomas característicos da infecção. Considerando-se a escassez de conhecimentos referentes aos mecanismos bioquímicos e fisiológicos da patogênese de M. perniciosa, este estudo visou investigar as alterações fisiológicas e metabólicas durante a infecção por M. perniciosa em MT. A infecção induziu sintomas de engrossamento de caule, clorose de folhas e redução de raízes e frutos em MT. Foram também observados a redução na taxa fotossintética, fechamento de estômatos, aumento na concentração intercelular de CO2 e redução na transpiração em folhas, e aumento da condutância e condutividade hidráulica no caule de plantas infectadas. A análise de metabólitos revelou o aumento de valina e metionina e a redução de ácido glicólico e mio-inositol-1 fosfato no início da infecção (4 dias após a infecção - DAI), enquanto que aos 10 DAI, foi detectada a diminuição de metabólitos associados à respiração e repressão de genes associados à fotossíntese e à biossíntese de amido. Aos 20 DAI, o aumento no metabolismo respiratório, a redução de sacarose e o aumento de frutose e poliaminas, e a indução de genes de degradação, transporte e sinalização de açúcares demonstrou uma alta demanda de energia e a realocação de carbono na região de infecção, sugerindo a formação de possível dreno. O aumento na translocação de 14C glicose para a região sintomática de MT infectado não foi observado nas linhas transgênicas 35S::AtCKX2, com baixos níveis de citocinina, enquanto que a aplicação de benzil-adenina aumentou a translocação de 14C glicose, sugerindo um papel da citocinina à formação de dreno em MT. A indução da via de fenilpropanoides e a provável produção de ascorbato indicam a produção de compostos antimicrobianos na tentativa de contenção da infecção. No entanto, aparentemente, a formação de flavonoides e ácido clorogênico é limitada. Além disso, o aumento na lignina poderia funcionar como nutriente para M. perniciosa na fase necrotrófica. A oxidação de prolina, poliaminas e ascorbato exibe um ambiente de estresse oxidativo na região de sintomas, enquanto que o aumento de rafinose e GABA sugere a neutralização de ROS, amenizando seu efeito prejudicial. Aos 30 DAI, a realocação de carbono e as vias de sinalização de açúcares foram alteradas. A aplicação de sacarose em plantas infectadas reduziu os sintomas de engrossamento do caule. A infecção do mutante single-flower truss e do seu oposto 35S::SFT demonstrou que M. perniciosa não afeta a transição do meristema vegetativo para reprodutivo, mas atrasa o desenvolvimento de flores. Por fim, a infecção dos mutantes para senescência lutescent e green flesh não alterou sintomas, nem permitiu a observação de necrose do tecido infectado. Um modelo bioquímico e fisiológico para infecção por M. perniciosa em MT foi proposto
Título em inglês
Metabolomic analysis of Moniliophthora perniciosa x Solanum lycopersicum interaction
Palavras-chave em inglês
Metabolites
Physiology
Witches' broom
Resumo em inglês
Witches' broom is a major disease of cacao, limiting cocoa production in South America. The basidiomycete Moniliophthora perniciosa, the disease causative agent, presents hemibiotrophic lifestyle with an extensive biotrophic period, promoting typical symptoms of hypertrophic growth of stems and proliferation of axillary shoots. The tomato (Solanum lycopersicum) cv. 'Micro-Tom' (MT) is a suitable genetic model to study pathogenic interaction of S-biotype M. perniciosa, exhibiting typical symptoms of the infection. Considering the lack of knowledge regarding biochemical and physiological mechanisms of M. perniciosa pathogenesis, this study aimed to investigate physiological and metabolic changes during MT infection of M. perniciosa. Inoculation of M. perniciosa caused stem thickening, leaf chlorosis and reduction in root growth and fruits in MT. We also observed a decline in photosynthetic rate (A), stomatal closure, increase in intracellular CO2, decrease in leaf transpiration and an increase on stem hydraulic conductance and conductivity in MT infected plants. Analysis of metabolites revealed an increase of methionine and valine content and a decrease in glycolic acid and mio-inositol-1-phosphate content at the beginning of MT infection (4 day after inoculation - DAI), whereas at 10 DAI, a decrease in metabolites associated with cell respiration, and downregulation of genes related to photosynthesis and starch biosynthesis was detected. At 20 DAI, an increase in respiratory metabolism, decrease in sucrose content and the accumulation of fructose and polyamines, and upregulation of genes related to sugar breakdown, transport, and signaling demonstrated high energy demand and carbon reallocation to infected stem, suggesting a possible sink formation. Major translocation of 14C glucose towards symptomatic MT stem infected was not observed in infected transgenic lines 35S::AtCKX2, with low levels of cytokinin, whereas benzyl-adenine application increased 14C-glucose translocation, suggesting a presumable role of cytokinin on inducing metabolic sink in MT. Upregulation of the phenylpropanoid pathway and the probable production of ascorbate suggest the production of antimicrobial compounds by the host in an attempt to contain the infection. However, apparently, the formation of flavonoids and chlorogenic acid is limited. Additionally, the increase in lignin could function as a nutrient for M. perniciosa consumption in the necrotrophic phase of infection. Proline, polyamines, and ascorbate oxidation exhibits an oxidative stress environment at the site of MT infection, whereas the accumulation of raffinose and GABA suggests ROS neutralization, mitigating its harmful effects. At 30 DAI, carbon reallocation and sugar signaling pathways were shifted. Sucrose exogenous application in MT infected plants by M. perniciosa reduced symptoms of stem swelling, but did not reduce root growth or number of fruits. Inoculation of single-flower truss sft mutant and its opposite 35S::SFT with M. pernciosa demonstrated that pathogen infection did not affect transition from vegetative to reproductive meristem, but decreased the development of flowers. Finally, inoculation of lutescent and green flesh senescence mutants neither altered symptoms of infection, nor enabled the observation of necrosis of infected tissue in MT background, as observed in cacao infected by M. perniciosa. A model for biochemical and physiological changes during MT infection by M. perniciosa was proposed
 
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Data de Publicação
2019-10-15
 
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