Base genética del biocontrol en Penicillium rubens cepa 212: (PO212)

• Autores: Elena Requena Galindo
• Directores de la Tesis: Eduardo Antonio Espeso Fernández (dir. tes.), Inmaculada Larena Nistal (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Aranzazu Gómez Garay (presid.), Jessica Gil Serna (secret.), Rosario Torres Sanchís (voc.), María Belén Rubio Pérez (voc.), David Ruano Rosa (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biología por la Universidad Complutense de Madrid
• Calificación: Sobresaliente Cum Laude
• Materias:
  • Ciencias agrarias
    • Fitopatología
      • Control biológico de enfermedades
      • Hongos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen

  • Las enfermedades vegetales causadas por hongos amenazan el aumento de la producción agrícola mundial, así como su calidad, costes y evolución de los mercados. Tradicionalmente son controladas por productos fitosanitarios, muchos de ellos retirados por su efecto nocivo en la salud humana, animal y medio ambiente. Actualmente se están desarrollando alternativas sostenibles como el control biológico empleando microorganismos. Penicillium rubens cepa 212 (PO212) es un eficaz agente de control biológico (ACB) frente a Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici (FOL) en tomate. La inducción de resistencia es su principal modo de acción. Sin embargo, se desconocen los mecanismos genéticos y moleculares que desencadenan esta respuesta.

    Esta Tesis doctoral se enfoca a dar respuesta al mecanismo genético de biocontrol de PO212 desde un punto de vista genómico y transcriptómico.

    La secuenciación y la genómica comparada permiten identificar rutas o mutaciones específicas en los distintos organismos comparados. El genoma de PO212, tras su secuenciación presentó un tamaño de 29,82 Mb, organizado en 65 scaffolds. La comparación con genomas de otros P. rubens y P. chrysogenum sólo permitió confirmar la re-clasificación de PO212 en el clado P. rubens. La ausencia de capacidad de evaluación del comportamiento de biocontrol de estas cepas, motivó la secuenciación de la cepa S27 de P. rubens carente de actividad biocontrol. El genoma de S27, de 29,89 Mb, organizado en 414 scaffolds mostró alta conservación de secuencia con PO212. Una re-secuenciación con PacBio de PO212 y S27 se llevó a cabo para mejorar los ensamblajes obteniéndose genomas de 13 scaffolds. La genómica comparada evidenció variaciones de único nucleótido, además de la inserción de dos regiones mitocondriales (Numts) en ambos genomas. La implicación con el fenotipo de biocontrol de PO212 fue descartada. Las diferencias genómicas no explican la capacidad de biocontrol de PO212 y apuntan a una expresión diferencial de genes.

    Las xilanasas, enzimas implicadas en degradar el xilano, han sido descritas como elicitores de la respuesta de defensa vegetal. Entender su regulación en PO212 podría indicarnos su implicación en la actividad de biocontrol. Tras el análisis del sistema xilanolítico (xlnA, xlnE, xylP, xlnD, xlnR y araR) en PO212 y S27, empleando distintas fuentes de carbono, se observaron diferencias en los patrones de expresión. La regulación de la expresión de los genes xilanolíticos se estudió generando dos cepas nulas en el factor transcripcional XlnR mediante un sistema de recombinación homóloga. En ausencia de XlnR detectamos baja expresión de xlnA, xlnE, xylP y xlnD, pero aumentó la expresión de araR en presencia de xilano. Además, las cepas nulas en xlnR perdieron la capacidad para reducir la fusariosis vascular en tomate, apoyando el modelo de implicación del regulador XlnR o la presencia extracelular de xilanasas en la mediación de la actividad de biocontrol de PO212.

    Finalmente, se estudió el perfil transcripcional de PO212 y S27 en respuesta a la presencia/ ausencia de planta. El análisis comparativo mostró diferencias de genes sobreexpresados y reprimidos entre las cepas, lo que indicaría diferencias transcripcionales en rutas o patrones de señalización. Además, observamos una mayor represión de genes en PO212 vs S27. La mayor diferencia se observó en conidios en suspensión de 48 horas sin planta.

    En conclusión, las diferencias genómicas son descartadas como responsables de la capacidad de biocontrol de PO212. Los análisis de expresión de XlnR, y del sistema xilanolítico, apuntan a un papel en el biocontrol y los análisis transcriptómicos indican una desregulación generalizada en ambas cepas con y sin planta. La interacción con la planta y el mecanismo que se desencadena en PO212 pueden ser los inductores de la respuesta de defensa vegetal.