Análisis epigenético de la patogenicidad del hongo Macrophomina phaseolina en Phaseolus vulgaris

Abstract

En organismos eucariotas, las enzimas que modifican la cromatina son las encargadas del establecimiento de las marcas moleculares, las cuales señalizan la ejecución de cambios entre los estados eucromáticos y heterocromáticos que alteran el estatus transcripcional de los genes. Las modificaciones realizadas por estas enzimas hacen parte de los mecanismos de regulación epigenética, que a su vez son responsables de la determinación del fenotipo en los organismos, y por lo tanto de sus procesos de diferenciación celular. Existen evidencias de que dichos mecanismos participan en la regulación de genes involucrados en el desarrollo del proceso patogénico de los hongos en las plantas, debido a que su alteración puede llegar a reducir la capacidad infectiva y la virulencia de estos fitopatógenos. Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid. es un necrótrofo con amplia distribución geográfica que causa enfermedad en más de 500 especies de plantas, afectando cultivos de importancia económica, tales como: maíz, sorgo, soya, y frijol. Phaseolus vulgaris L. es la leguminosa de consumo humano más importante en el mundo. Aproximadamente el 60% de la producción de frijol en países en desarrollo ocurre bajo condiciones de estrés por sequía, situación que facilita el ataque de los cultivos de P. vulgaris por fitopatógenos, entre estos M. phaseolina. El estudio de las bases moleculares del proceso patogénico de M. phaseolina aún se encuentra en un estado incipiente, así como el conocimiento de los genes que están involucrados en el establecimiento de la enfermedad en sus hospederos. Debido a lo anterior, el presente trabajo buscó analizar la patogenicidad de M. phaseolina (Tassi) Goid. sobre P. vulgaris L. desde una perspectiva epigenética empleando inhibidores de las enzimas que remodelan la cromatina. Inicialmente se identificaron in silico los genes que codifican para dichas enzimas, con el propósito de establecer la presencia en el hongo de las proteínas potenciales para inhibición química. Posteriormente, se utilizaron el inhibidor de acetiltransferasas de histonas tricostatina A (TSA), los inhibidores de acetiltransferasas CPTH2 (GCN5) y garcinol (p300-pCAF) para el estudio de sus efectos en el desarrollo y la patogenicidad del hongo en las variedades BAT 477 y PINTO UI-114 de P. vulgaris. Finalmente, se evaluaron los perfiles de expresión génica de los genes de patogenicidad LIPK, MAC1 y PMK1 bajo crecimiento vegetativo del hongo y en interacción con ambas variedades de P. vulgaris, esto en presencia y ausencia de los inhibidores. Se identificaron dos enzimas metiltransferasas de DNA, ocho acetiltransferasas de histonas, diez desacetilasas de histonas, doce metiltransferasas de histonas y cinco desmetilasas de histonas. Los inhibidores TSA, CPTH2 y garcinol afectaron la tasa de crecimiento, la morfología de las colonias y el diámetro de los microesclerocios de M. phaseolina en medio mínimo. En pruebas en invernadero se demostró la disminución de la virulencia y la patogenicidad del hongo en P. vulgaris variedad BAT 477 bajo tratamiento con TSA. Resultados contrastantes se obtuvieron en la prueba de patogenicidad cuando el hongo se trató con los inhibidores CPTH2 y garcinol. Los ensayos de expresión génica mostraron diferencias en el perfil de expresión de LIPK, MAC1 y PMK1 entre las variedades BAT 477 y Pinto UI-114 en condición de interacción y de inhibición. Adicionalmente se registró la alteración en la expresión de los genes MAC1 y PMK1 en interacción y en presencia de los inhibidores TSA y garcinol respectivamente; esto en relación con el nivel de expresión en condición de interacción sin inhibición. Estos resultados confirman la presencia de los elementos que participan de los mecanismos de regulación epigenética en M. phaseolina. Se evidencia que la acetilación y desacetilación de las histonas están involucradas en la patogenicidad de M. phaseolina sobre P. vulgaris, y permiten sugerir la implicación de la ruta de señalización cAMP-PKA-SNF1 en la disminución de la virulencia del hongo bajo inhibición por TSA.