Estudio del control genético de la patogénesis a través de la modificación de la cromatina en el hongo fitopatógeno Ustilago maydis

Resumen

Las infecciones fúngicas vegetales ocasionan la pérdida anual de toneladas de cultivos afectando, entre otros, a los cultivos más consumidos mundialmente, como el trigo, el arroz, la caña de azúcar, el maíz y la soja. La incidencia de este tipo de infecciones ha ido aumentando con los años, por lo que representan una amenaza cada vez mayor para la humanidad. Las infecciones fúngicas suponen una relación íntima entre el hongo y la planta en la que existe una comunicación constante entre los dos protagonistas. Por ello, el aumento del conocimiento sobre estas interacciones se convierte en algo crucial para combatir los problemas asociados con las enfermedades fúngicas. Los hongos patógenos han desarrollado diversas estrategias para infectar y colonizar con éxito las plantas. Estas estrategias incluyen la formación de estructuras especializadas, como los filamentos infectivos o el apresorio, así como la secreción de proteínas efectoras que les permiten invadir los tejidos vegetales y evadir la respuesta inmune de la planta. Es esencial que todos estos procesos estén controlados cuidadosamente para que ocurran en el momento y lugar adecuados. Por lo tanto, para lograr una infección exitosa es fundamental que los programas genéticos que controlan estos procesos tengan una regulación transcripcional muy precisa. Existen varios mecanismos de regulación transcripcional, entre los cuales, las modificaciones de la cromatina parecen ser especialmente importante para la regulación de la patogénesis fúngica. Las modificaciones post-traduccionales (PTMs) de las histonas pueden modular la estructura de la cromatina entre un estado transcripcionalmente activo (eucromatina) y un estado silenciado o de baja expresión (heterocromatina). En el hongo patógeno del maíz Ustilago maydis, se han perdido las proteínas canónicas encargadas de la formación de la heterocromatina en células eucariotas, como la proteína de heterocromatina 1 (HP1), el sistema de ARNi o las metiltransferasas que llevan a cabo la metilación de H3K9 o H3K27, dejando en incógnita cuáles son los factores implicados en la formación de heterocromatina en este organismo. El objetivo principal de esta tesis doctoral es la búsqueda de los factores implicados en el establecimiento de regiones heterocromáticas en U. maydis, proporcionando nuevos conocimientos sobre los mecanismos implicados en la regulación génica a través de la formación de heterocromatina. En el primer objetivo de la tesis se han estudiado las histona deacetilasas de Clase III, denominadas sirtuinas, ya que son las implicadas en la formación de regiones heterocromáticas en la levadura Saccharomyces cerevisiae, que comparte un escenario heterocromático similar a U. maydis. Mediante estudios de microscopía, se observó que Hst5 y Hst6 se localizan en las mitocondrias, Hst2 en el citoplasma, pero con una localización nuclear durante la división celular, y Hst4 y Sir2 en el núcleo. Dado que la deleción de hst4 resultó letal, nos centramos en el análisis posterior de Sir2. La deleción de sir2 resultó en un ligero aumento de los tumores de las plantas infectadas en comparación con las infectadas con la cepa silvestre. Además, se observó que Sir2 está involucrado en el control del cambio morfológico que sufre el hongo en las primeras etapas del proceso infectivo, el paso de un estado no infectivo en forma de levadura a un estado infectivo en forma de filamento, detectándose un aumento en la longitud de los filamentos en el mutante ¿sir2. Adicionalmente, se detectó la disminución de los niveles de expresión de sir2, tanto a nivel transcripcional como traducional, durante la filamentación del hongo, sugiriendo un papel represor de Sir2 en dicho proceso. En consistencia con esta hipótesis, la inducción artificial de sir2 provocó una disminución en la formación de filamentos, así como una disminución considerable de los tumores de las plantas de maíz. Los análisis transcriptómicos realizados en este trabajo revelaron que el aumento de la filamentación causado por la deleción de sir2 viene acompañado por la sobreexpresión de genes requeridos durante dicho proceso. Por otro lado, y en concordancia con la disminución de los síntomas producidos en la planta por el mutante de sobreexpresión de sir2, la presencia de Sir2 durante el proceso infectivo produce la represión de un grupo específico de genes relacionados con el establecimiento del biotrofismo o la formación de tumores....