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Abordagem multi-ómica no estudo da resposta a temperatura em Lasiodiplodia theobromae, um fungo patogénico de plantas e humanos
Lasiodiplodia theobromae is a phytopathogenic fungus considered an
aggressive pathogen, especially for some crops, and has also been associated
to opportunistic human infections. Small environmental alterations, such as the
increasing of the global temperature, can have a huge impact on the dynamic
between hosts and their pathogens, leading to changes in virulence or even to
the colonization of different hosts. Thus, the main goal of this work was to
characterize the molecular mechanisms of pathogenicity of L. theobromae
under increasing temperatures. To achieve this, a multi-omics approach –
genomics, transcriptomics, proteomics and metabolomics – was used. This
holistic approach was complemented with targeted strategies (enzymatic
profiling and cytotoxicity evaluation).
In a general way, an investment of the fungus in dissemination was found when
grown at 25 °C, with higher expression of transcripts/proteins associated to
primary and carbohydrate metabolism and pathogenesis. At 37 °C, a selfprotection
state seems to be used by this species, with an over expression of
transcripts/proteins related to stress response. However, temperature- and
strain-specific virulence factors were identified.
Several transcripts/proteins/metabolites known to participate in the penetration,
colonization and dissemination of the pathogen inside the plant and human
hosts were identified. Between them, enzymes responsible to degrade the cell
wall and molecules involved in pathways that contribute to a successful
penetration inside the host, as MAPKs, were identified. Helping to overcome
the stress originated by the host, heat shock proteins and nudix effectors were
also identified. Proteins from velvet complex, important for fungal development
and regulation of secondary metabolism, were also expressed. It seems that
there is a tendency of the human isolated strain CBS339.90 to be more
aggressive at 37 °C, expressing several molecules known to participate in
human infections and being responsible for high rates of mammalian cell
mortality. Contrarily, the strains isolated from plants, presented more
transcripts/proteins related with pathogenesis at 25 °C and were more toxic for
the tomato cuttings, at this temperature.
This work attests the usefulness of using a multi-omics strategy to dissect
fungal molecular pathogenesis mechanisms as well as differences between
strains and temperatures, contributing to unveil the ability of this species to
colonize a wide range of environments and hosts from different kingdoms.Lasiodiplodia theobromae é um fungo fitopatogénico considerado agressivo,
sobretudo para algumas culturas, que tem sido também associado a infeções
oportunistas em humanos.
Pequenas alterações ambientais, como o aumento da temperatura global,
podem ter grande impacto na dinâmica entre hospedeiros e agentes
patogénicos, levando a alterações na virulência ou mesmo à colonização de
novos hospedeiros.
Assim, o objetivo principal deste trabalho consistiu em caraterizar os
mecanismos moleculares de patogenicidade de L. theobromae sob diferentes
temperaturas.
Para atingir este objetivo utilizou-se uma abordagem multi-ómica – genómica,
transcriptómica, proteómica e metabolómica. Esta abordagem holística foi
ainda complementada com outras estratégias específicas (perfil enzimático e
avaliação da citotoxicidade).
De uma forma geral, o fungo investe mais recursos energéticos na sua
disseminação quando é cultivado a 25 °C, apresentando uma maior expressão
de transcritos/proteínas associados ao metabolismo primário e de
carboidratos, e também de patogénese. A 37 °C esta espécie parece
concentrar-se mais na sua proteção, apresentando uma sobre-expressão de
transcritos/proteínas relacionados com resposta ao stress.
Foram identificados vários transcritos/proteínas/metabolitos conhecidos por
participar na penetração, colonização e disseminação do agente patogénico no
hospedeiro, plantas e humanos. Entre eles, enzimas responsáveis pela
degradação da parede celular vegetal e moléculas envolvidas em vias que
contribuem para uma penetração do hospedeiro bem sucedida, como vias
MAPKs. Foram também identificadas proteínas de choque térmico e efetores
nudix, responsáveis por ajudar a ultrapassar o stress originado pelo
hospedeiro e proteínas do complexo velvet, importantes no desenvolvimento
do fungo e na regulação do metabolismo secundário.
Parece existir uma tendência para que a estirpe CBS339.90, isolada a partir de
um humano, seja mais agressiva a 37 °C, expressando várias moléculas
conhecidas por participar em infeções em humanos e sendo responsável por
elevadas taxas de mortalidade de células de mamíferos. Contrariamente, as
estirpes isoladas de plantas apresentaram mais transcritos/proteínas
relacionados com patogénese a 25 °C e maior toxicidade em tomateiros
também a esta temperatura.
Este trabalho atesta a utilidade da utilização de uma abordagem multi-ómica
para dissecar o mecanismo molecular de patogénese de fungos, assim como
as diferenças encontradas entre as estirpes e as suas respostas à temperatura
ambiental, contribuindo para desvendar a capacidade desta espécie em
colonizar uma vasta gama de ambientes assim como hospedeiros de
diferentes reinos.Programa Doutoral em Biologi