Los hongos fitopatógenos utilizan proteínas antimicrobianas ancestrales para manipular a las plantas hospedadoras y alterar sus microbiomas durante la infección. Esta conclusión surge de un estudio dirigido por el profesor Bart Thomma del Instituto de Ciencias Vegetales de la Universidad de Colonia, en colaboración con el Centro de Investigación Colaborativa MiBiNet y el Clúster de Excelencia Ceplas.
El equipo identificó un origen evolutivo inesperado para las proteínas efectoras secretadas por los hongos. Estas moléculas participan en la infección debilitando las defensas del huésped. Según el estudio, algunas de ellas derivan de antiguas proteínas antimicrobianas, utilizadas por los hongos para competir con otros microorganismos antes de la aparición de interacciones patógenas con las plantas terrestres.
El resultado amplía la comprensión de las enfermedades fúngicas en las plantas. Los autores señalan una estrategia dual: el hongo ataca el sistema inmunitario de la planta y, al mismo tiempo, interfiere con la microbiota asociada al huésped. Esta microbiota incluye bacterias, hongos y otros microorganismos, parte de los cuales contribuye a la protección contra las enfermedades.
El estudio analizó el efector Vd424Y, producido por dalia verticilliumEste patógeno causa marchitamiento vascular en diversas plantas hospedantes, incluidos cultivos agrícolas. Los investigadores han demostrado que Vd424Y altera la composición de la microbiota durante la infección y contribuye al desarrollo de la enfermedad.
El equipo también descubrió que las mutaciones otorgaban a este efector la capacidad de penetrar en las células vegetales, alcanzar el núcleo celular e influir en las reacciones inmunitarias de la planta y otros procesos celulares. Por lo tanto, Vd424Y cumple dos funciones: manipula la inmunidad de la planta y favorece al hongo en la competencia con otros microorganismos.
Para rastrear proteínas con actividad antimicrobiana, los autores desarrollaron una herramienta basada en aprendizaje automático llamada Amapec. El sistema predice la actividad antimicrobiana en posibles efectores fúngicos. La herramienta clasificó las proteínas secretadas por hongos e indicó una amplia presencia de posibles antimicrobianos en los secretomas analizados.
El análisis incluyó tres hongos con estilos de vida distintos: Rizofago irregular, asociado con micorrizas arbusculares; Coprinopsis cinerea, saprófito del suelo; y dalia verticilliumfitopatógeno. El estudio indicó que entre un tercio y la mitad de los secretomas evaluados, después de excluir las CAZimas y las proteínas transmembrana, contenían proteínas con posible actividad antimicrobiana.
Los investigadores también analizaron 150 genomas de hongos asociados al suelo y a las plantas. El conjunto abarcaba tres filos, nueve clases y 24 órdenes. Numerosas familias de proteínas secretadas, con una mayor conservación a lo largo de la evolución, mostraron actividad antimicrobiana predictiva. Para los autores, este patrón indica un origen antiguo para estas proteínas, anterior a la divergencia entre los filos fúngicos.
El estudio también evaluó efectores ya conocidos por modular la inmunidad de las plantas. Se seleccionaron cinco proteínas para la validación experimental: Ecp6, de Cladosporium fulvumAGLIP1, de Rhizoctonia solaniAVR-Pita, de magnaporthe oryzaey Vd424Y y VdCP1, de dalia verticilliumTodos ellos mostraron actividad antimicrobiana in vitro contra microorganismos asociados a las plantas, con espectros de acción distintos.
En los ensayos de tomate, la contribución de Vd424Y a la virulencia de dalia verticillium El efecto dependía de la presencia de la microbiota asociada al huésped. La eliminación del gen Vd424Y redujo el desarrollo de la enfermedad en presencia de microorganismos, pero no mostró el mismo efecto en su ausencia. Este resultado respalda el papel del efector en la manipulación de la microbiota durante la infección.
La composición bacteriana de las plantas infectadas por dalia verticillium La composición del tipo silvestre difirió de la observada en plantas infectadas con el mutante que carecía de Vd424Y. Los autores identificaron géneros bacterianos con una abundancia relativa reducida en presencia del gen, entre ellos... Pseudoxantomonas, comamonas, Brachybacterium e Esfingobio.
La investigación también sugiere un impacto que va más allá de la fitopatología. Según los autores, mecanismos similares podrían darse en hongos capaces de infectar a animales y humanos, ya que estas interacciones también involucran la microbiota asociada al huésped y el sistema inmunitario.
Más información en doi.org/10.1126/sciadv.aec1406
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