REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA POR LA RUTA TOR DEL HONGO PATÓGENO DE ARROZ (MAGNAPORTHE ORYZAE)

Twitter: @RNA_Riceblast
Personal:

Grupo asociado-tutor: Dr. Ane Sesma
Intereses de la línea de investigación

El arroz es el alimento básico más ampliamente distribuido en el mundo. Además representa un importante porcentaje de los cultivos mundiales alcanzando hasta 160 millones de hectáreas anuales. Uno de los agentes patógenos más devastadores de arroz es el hongo que produce la enfermedad de la piriculariosis,Magnaporthe oryzae, Las pérdidas de rendimiento causadas por esta enfermedad oscilan entre el 10-30% por año, lo que, incluso en la estimación más conservadora, son suficientes para alimentar a 60 mil millones de personas. El hongo Magnaporthe oryzae tiene un ciclo de vida corto en la planta y por tanto múltiples infecciones se pueden llevar a cabo en un campo infectado por este patógeno (Illana et al., 2013). El hongo penetra por la hoja gracias a una estructura de forma semiesférica denominada apresorio (en la foto se observa una espora germinada formando un apresorio). El hongo produce lesiones visibles en las hojas de forma alargada, de color marrón uniforme y más tarde con centros grisáceos y bordes de color marrón (se pueden observar en las fotos las hojas de arroz infectadas con M. oryzae). Dependiendo de la variedad y las condiciones predisponentes las pérdidas ocasionadas por la infección pueden llegar a reducir en más de un 65% los rendimientos en la producción de granos de arroz.

 

Arriba a la izq., un campo de arroz, y abajo efectos del patógeno sobre las hojas de arroz. A la dcha., espora del hongo formando apresorio.

 

TOR es una conservada serina/treonina quinasa presente en todos los eucariotas desde hongos a seres humanos. También es el componente esencial de las rutas de sensado de nutrientes de las células eucariotas. Aunque las quinasas TOR (“target of rapamycin”) están conservadas, distintas estrategias han sido desarrollados por los hongos para usar esta ruta de señalización.

 

 

Rbp35 es un factor de poliadenilación específico en hongos filamentosos. El mutante rbp35 presenta un comportamiento alterado ante diferentes nutrientes, presenta una autofagia acelerada y además tiene una mayor resistencia a rapamicina, Todo esto nos sugiere que Rbp35 está actuando fuertemente en la ruta de señalización TOR. De hecho, TOR es la vía de señalización más afectada en este mutante. Un análisis global de sitios de poli(A) a escala genómica ha identificado la participación de Rbp35 en la poliadenilación alternativa en M. oryzae. En células en hambre de carbono, dieciocho de los treinta componentes de la vía de señalización TOR se poliadenilan en sitios alternativos (APA). Basándonos en estos resultados, podemos decir que Rbp35 debe actuar como un modulador clave de la ruta TOR.

 

Multiples niveles de regulacion de Rbp35 en M. oryzae. Tres tipos de transcritos se producen del locus del gen RBP35. El ARNm de RBP35 mRNA y dos pequeños ARN derivados de la trascripcion de la region 5’ (denominados uORF1 y uORF2). El uORF1 controla el crecimiento de M.oryzaeactivado por la ruta TOR. LA traducción del ARNm genera la isoforma Rbp35A. Este paso está regulado por el domino Met-Asn-Gly de la región C-terminal. La isoforma Rbp35A se procesa formando la isoforma Rbp35b. Ambas interaccionan con Cfi25 para formar el complejo de poliadenilación alternativa CFI.

 

En nuestra actual línea de investigación estamos interesados en identificar los vínculos existentes entre el procesamiento de pre-mRNA en su extremo 3 ' y la ruta TOR. Además de cómo estos dos procesos regulan la expresión y función de genes relacionados con la infección de M. oryzae. Para ello, estamos desarrollando un proyecto que utiliza dos enfoques complementarios, combinando aproximaciones de genética clásica, genómica y biología molecular y celular. Con la realización de sus objetivos se pretende identificar: 1) el tipo de interacciones genéticas que conectan Rbp35 y la vía TOR y 2) cómo el procesamiento 3' dependiente de Rbp35 puede regular esta vía de señalización. Se sabe que TOR regula la expresión de proteínas necesarias para adaptarse a señales nutricionales. El proyecto aborda la identificación de nuevas proteínas relevantes para que el hongo se adapte correctamente al medio externo, y analiza cómo se modula la expresión de genes implicados en la ruta de señalización de TOR a nivel post-transcripcional. Esto se conseguirá determinando las tasas de degradación de ARNm, su localización subcelular y sus niveles de traducción.

Los resultados derivados de nuestras investigaciones son relevantes para la seguridad alimentaria y la protección de cultivos. Esta línea de investigación también presenta implicaciones prácticas ya que permitirá desarrollar estrategias duraderas y sostenibles para el control de estos hongos patógenos, que dependen directamente de una mejor comprensión de los procesos de infección. Esperamos diseccionar y caracterizar la ruta de señalización TOR en M. oryzae. Dado el importante papel que desempeña esta ruta en el crecimiento del hongo, los nuevos genes identificados como resultado de nuestra línea de investigación podrían ser utilizados como dianas para el desarrollo de moléculas inhibidoras.

Proyectos de Investigación
  • Interacción genética entre la ruta TOR y el procesamiento de mRNA en Magnaporthe oryzae (MINECO, 2015- 2018. BIO20014-54233-JIN) PI: Julio L. Rodríguez-Romero

  • Post-transcriptional networks regulating organ-specific and general infection mechanisms in the rice blast fungus. Marie Curie Reintegration grant 2012-2016 (FP7-2011-CIG). PI: Ane Sesma

 

Representative Publications

Galhano, R; Illana, A; Ryder, LS; Rodríguez-Romero, J; Demuez, M; Badaruddin, M; Martinez-Rocha, AL; Soanes, DM; Studholme, DJ; Talbot, NJ; Sesma, A. 2017. "Tpc1 is an important Zn(II)2Cys6 transcriptional regulator required for polarized growth and virulence in the rice blast fungus". PLoS Pathogens. DOI: 10.1371/journal.ppat.1006516".

Illana, A., Marconi, M., Rodriguez-Romero, J., Xu, P., Dalmay, T., Wilkinson, M.D., Ayllon, M.A., and Sesma, A. 2017. Molecular characterization of a novel ssRNA ourmia-like virus from the rice blast fungus Magnaporthe oryzae. Archives of Virology 162, 891-895. doi: 10.1007/s00705-016-3144-9.

Hedtke, M; Rauscher, S; Röhrig, J; Rodriguez, J; Yu, Z; Fischer, R. 2015. "Light-dependent gene activation in Aspergillus nidulans is strictly dependent on phytochrome and involves the interplay of phytochrome and white-collar-regulated histone H3 acetylation". Molecular Microbiology. DOI: 10.1111/mmi.13062".

Rodriguez-Romero, J; Franceschetti, M; Bueno, E; Sesma, A. 2015. "Multilayer regulatory mechanisms control cleavage factor I proteins in filamentous fungi". Nucleic Acids Research. DOI: 10.1093/nar/gku1297 ".

Marconi, M; Rodriguez-Romero, J; Sesma, A; Wilkinson, MD. 2014. "Bioinformatics tools for Next-Generation RNA sequencing analysis ", p. 371-391. In A. Sesma and T. von der Haar (eds.), Fungal RNA Biology. Springer International Publishing Switzerland. DOI: 10.1007/978-3-319-05687-6_15".

Illana, A; Rodriguez-Romero, J; Sesma, A. 2013. "Major Plant Pathogens of the Magnaporthaceae Family", p. 45-88. In B. A. Horwitz, P. K. Mukherjee, M. Mukherjee, and C. P. Kubicek (eds.), Genomics of Soil- and Plant-Associated Fungi, vol. 36. Springer Berlin Heidelberg. DOI: 10.1007/978-3-642-39339-6_4".

Artículos de divulgación

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