Metabolismo del glucógeno y procesos celulares implicados en dinámica nuclear y fusión de hifas en Fusarium oxysporum

Abstract

Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici es un hongo patógeno que infecta la planta del tomate a través de su raíz tratándose de uno de los pocos patógenos del suelo estudiados, que además sirve como modelo multihospedador. En este trabajo se ha estudiado la implicación sobre la biología y virulencia de este hongo de dos procesos relacionados con la supervivencia en condiciones limitantes: el metabolismo del glucógeno y la autofagia. El metabolismo del glucógeno se investigó mediante la inactivación dirigida de los genes responsables de la biosíntesis del glucógeno: la glucogenina (gnn1); la glucógeno sintasa (gls1) y enzima ramificadora (gbe1), así como los implicados en la degradación: la glucógeno fosforilasa (gph1) y la enzima desramificadora (gdb1). No se detectó acumulación de glucógeno en los mutantes de la biosíntesis, mientras que aumentó entre un 20-40% y 80% respectivamente, con respecto al silvestre en los mutantes simples y dobles en los genes del catabolismo. La transcripción de los genes del metabolismo del glucógeno durante la infección en planta alcanzó el máximo a los 4 días, de manera similar a lo observado durante el crecimiento en cultivo axénico. Por otro lado, los mutantes afectados en gdb1 redujeron significativamente la fusión entre hifas en comparación con el silvestre, correlacionando con menor formación de agregados durante el crecimiento en medio de aglutinación. Además, todos los mutantes mostraron similar patrón de virulencia en el modelo animal invertebrado Galleria mellonella. Curiosamente, sólo los mutantes Δgdb1 mostraron virulencia reducida durante la infección en planta, un 40% en comparación con el silvestre. Por otro lado, en F. oxysporum, la fusión entre hifas vegetativas desencadena la división nuclear en la hifa invasora, seguida por la migración de un núcleo a la hifa receptora y la degradación del núcleo residente. En este trabajo hemos examinado el papel de la autofagia en la degradación nuclear inducida por fusión. Mediante la búsqueda in silico en el genoma de F. oxysporum, se identificaron 16 genes implicados en la ruta central de la autofagia, incluida la proteína Atg8 necesaria para la formación de la membrana autofagosomal. Se generaron mutantes Δatg8 sobre un fondo genético en el que...

Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici is a pathogenic fungus that infects tomato plants through the roots, it is one of the few soil pathogens studied, that also acts as multihost. In this work we have studied the implication of two processes related with survival to limiting conditions, glycogen metabolism and autophagy, over the fungus biology and virulence. Glycogen metabolism has been investigated by targeted inactivation of the genes responsible for glycogen biosynthesis: the glycogenin (gnn1); glycogen synthase (gls1) and branching enzyme (gbe1), and the genes involved in degradation: glycogen phosphorylase (gph1) and debranching enzyme (gdb1). Glycogen accumulation was abolished in mutants lacking biosynthesis genes, whereas it increased by 20–40% or 80%, respectively, in the single and double mutants affected in catabolic genes. The transcription of glycogen metabolism genes during plant infection peaked after 4 days, similar to it was observed during growth in culture media. Furthermore, the mutants affected in gdb1 reduced significantly hyphal fusion compared to wild and correlating with formation of slightly smaller aggregates during growth in agglutination media. Furthermore, all mutants showed similar levels of virulence in the invertebrate animal model Galleria mellonella. Interestingly, only the mutant Δgdb1 reduced virulence during plant infection, up to 40% compared to the wild type. On the other hand, in F. oxysporum, vegetative hyphal fusion triggers nuclear division in the invading hypha followed by migration of a nucleus into the receptor hypha and degradation of the resident nucleus. In this study we examined the role of autophagy in fusion-induced nuclear degradation. By searching the genome of F. oxysporum we identified 16 genes involved in core autophagy, including Atg8 which is required for the formation of autofagosomal membrane. Δatg8 mutants were generated in a genetic background where the H1 histone is fused to cherry fluorescent protein (CHFP) to facilitate analysis of nuclear dynamics. The Δatg8 mutants did not show MDC-positive staining without nitrogen source suggesting that Atg8 is indispensable for the development of autophagy in F. oxysporum. In contrast to wild type, hyphae of the Δatg8 mutants showed a significant fraction of compartments with more than...