Identificación de nuevos componentes de la ruta TOR de Fusarium oxysporum y determinación de su papel en la patogénesis

Abstract

El crecimiento infeccioso de patógenos fúngicos es controlado por distintas señales ambientales, tal como el estado de nutrientes. El hongo Fusarium oxysporum es un patógeno del suelo causante de la marchitez vascular, una enfermedad que provoca pérdidas importantes en a un amplio rango de especies de plantas. Además, F. oxysporum es un patógeno oportunista capaz de producir infecciones en humanos, ello queda reflejado en el aumento de casos de pacientes inmunodeprimidos con infecciones sistémicas que, en algunas ocasiones, son letales. La capacidad de una única cepa de F. oxysporum de causar enfermedad tanto en plantas de tomate como en ratones inmunodeprimidos hace que esta sirva de modelo para el análisis genético de la patogenicidad en plantas y animales. El presente trabajo tuvo como primer objetivo poner a punto el uso de la polilla de la cera Galleria mellonella como modelo de infección alternativo al ratón, para profundizar en el estudio de los mecanismos de virulencia de F. oxysporum en animales. F. oxysporum fue capaz de proliferar en larvas de G. mellonella y matar al hospedador tras inyectar microconidios en el hemocele. La mortalidad de las larvas dependía de la dosis de inóculo y fue significativamente más rápida a 30ºC que a 37ºC. Mutantes de F. oxysporum previamente examinados en plantas de tomate y ratones inmunodeprimidos fueron inoculados en Galleria, observándose una buena correlación entre los dos modelos animales de infección. Por tanto, G. mellonella representa un sistema útil de coste asumible y éticamente aceptable, para el estudio de los mecanismos de virulencia de F. oxysporum en animales. La segunda parte del trabajo se centró en la identificación y caracterización de distintos componentes de la cascada TOR en F. oxysporum y el papel de dicha ruta en el desarrollo y la virulencia del hongo. La proteína quinasa TOR está presente en todos los organismos eucariotas y controla el crecimiento y la proliferación celular en respuesta a nutrientes y otros estímulos ambientales. Actualmente se desconoce el papel de dicha ruta en la patogénesis fúngica. El análisis in silico del genoma de F. oxysporum, reveló la existencia de genes ortólogos de varios componentes de la ruta TOR caracterizados en mamíferos y en Saccharomyces cerevisiae. Para estudiar la función de estos componentes en F. oxysporum, se crearon una serie de mutantes mediante transformación genética y recombinación homóloga. El primer aspecto abordado fue el papel del gen rim15, responsable de una quinasa regulada negativamente por TOR, que controla la entrada en la fase de quiescencia G0. Aunque la deleción de rim15 no tuvo un efecto significativo en el crecimiento y el desarrollo del hongo, si causó una disminución de los síntomas de enfermedad durante la infección de plantas y de G. mellonella...

Infectious growth in fungal pathogens is controlled by environmental cues, including nutrient status. The fungus Fusarium oxysporum is a soilborne pathogen that produces vascular wilt disease on a wide range of different crop species. F. oxysporum is also considered an opportunistic pathogen able to cause lethal systemic infections in immunodepressed humans. A single strain of F. oxysporum can cause disease on tomato plants and immunosuppressed mice, making of it an ideal model for the analysis of virulence on plant and animal hosts. The first goal of the present work was to establish the use of the wax moth Galleria mellonella as an alternative to the mouse model, to study virulence mechanisms of F. oxysporum in animal hosts. F. oxysporum was able to proliferate in larvae of G. mellonella and kill the host when injected as microconidia into the hemocoel. Mortality depended on the dose of inoculum and was significantly more severe at 30°C than at 37°C. Fungal gene knockout mutants previously tested in the tomato and immunodepressed mouse systems were applied in the Galleria model revealing a good correlation between the two animal models. Thus, G. mellonella represents a useful, cost-effective and ethically acceptable system for testing animal pathogenicity in F. oxysporum. The second part of this work focused on the identification and characterization of components of the TOR cascade in F. oxysporum. The TOR protein kinase is conserved in all eukaryotic organisms and controls cellular growth and proliferation in response to nutrients and other environmental factors. Currently, the role of this cellular pathway in fungal pathogenicity is unknown. In silico analysis of the genome of F. oxysporum revealed the existence of orthologues of several known components of the TOR pathway in mammals and Saccharomyces cerevisiae. To study the function of these components in the development and the virulence of F. oxysporum, a series of mutants were created by genetic transformation and homologous recombination. The first approach was to study the role of Rim15 in F. oxysporum. Rim15 is a kinase negatively regulated by TOR, that controls entry into the G0 quiescence phase. Although deletion of rim15 did not affect growth and development of the fungus, it caused an attenuation of disease symptoms during infection of tomato plants and larvae of G. mellonella. Moreover, we studied the role of TOR signalling pathway by generating mutations in four upstream components of TOR: the putative amino acid transporters Slc1A5 and Slc7A5, the GTPase Gtr1 and the GTPase regulator Tsc2 (tuberous sclerosis complex 2). Deletion of the genes slc1a5 or slc7a5 did not affect growth and development of F. oxysporum, but impaired the ability to use certain amino acids such as leucine, and caused a decrease in disease symptoms during infection of tomato plants and G. mellonella. Inactivation of Tsc2 or expression of a constitutively active allele of gtr1 caused hyperactivation of TOR with distinct phenotypical effects. The...