Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-10T08:30:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zaparoli_GustavoHenriqueAlcala_M.pdf: 1165845 bytes, checksum: 3216f460da7ecd604e45a6b880dd2d75 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O fungo basidiomiceto hemibiotrófico Monilophthora perniciosa é o agente causador da doença Vassoura-de-Bruxa em cacaueiros. A infecção é caracterizada pela hipertrofia e hiperplasia dos tecidos da planta durante a fase biotrófica do fungo, formando as denominadas vassouras-verdes, que sofrem necrose e completa degradação durante a fase saprotrófica do fungo, formando as vassouras-secas. Encontramos no genoma de M. perniciosa pelo menos cinco seqüências codificando possíveis proteínas similares aos membros da família Cerato-platanina, uma classe de proteínas inicialmente encontrada no fitopatógeno Ceratocystis fimbriata. Um dos genes de M. perniciosa cerato-platanina (MpCP1) foi expresso ¿in vitro¿ e mostrou ter capacidade de induzir necrose em folhas de tabaco e cacaueiro. A proteína apresenta-se em solução como um dímero e é capaz de recuperar a capacidade de necrose após tratamento de denaturação térmica. Análises de transcrição ¿ex planta¿ mostraram que MpCP1 é mais expresso no micélio biotrófico do que no saprotrófico. O perfil de necrose apresentado é diferente do causado pelas MpNEPs (outra família de elicitores presente em M. perniciosa), mas quando aplicadas em conjunto nas plantas, MpCP1 e MpNEP2 apresentam um efeito sinergético muito semelhante ao encontrado em plantas naturalmente infectadas pelo fungo / Abstract: The hemibiotrophic basidiomycete Moniliophthora perniciosa is the causal agent of the Witches¿ Broom Disease of cacao. The infection in pod is characterized by the formation of hypertrophic and hyperplasic tissues in the biotrophic phase, forming the green broom, which is followed by necrosis and complete degradation of the organ, causing the dry broom. We found in the fungus genome at least five sequences encoding putative proteins similar to cerato-platanin-like proteins, a class of proteins initially found in the phytopathogen Ceratocystis fimbriata. One M. perniciosa cerato-platanin gene (MpCP1) was expressed ¿in vitro¿ and proved to have necrosis inducing ability in tobacco and cacao leaves. The protein is present in solution as dimers and is able to recover necrosis activity after heat treatment. Transcription analysis ¿ex planta¿ showed that MpCP1 is more expressed in biotrophic-like mycelia in comparison to saprotrophic mycelia. The necrosis profile presented is different from that caused by MpNEPs (other family of elicitors also found in M. perniciosa). Most remarkable, mixture of MpCP1 with MpNEP2 led to a synergic necrosis effect very similar to that found in naturally infected plants / Mestrado / Genetica Animal e Evolução / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Thelma de Aguiar Pertinhez, Celso Eduardo Benedetti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-12T14:11:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_AlineLimade_D.pdf: 9722926 bytes, checksum: ed4754fa74fbf62fbf6092d5ec8dfd53 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Um dos desafios que envolvem a patologia de plantas é determinar as bases moleculares que relacionam a patogenicidade do fungo na planta hospedeira. Em geral, o mecanismo pelo qual a planta se defende contra uma variedade de patógenos envolve o reconhecimento de moléculas específicas codificadas por esses microorganismos. A ceratoplatanina (CP) é uma proteína moderadamente hidrofóbica que é secretada, porém também está localizada na parede celular do fungo ascomiceto Ceratocystis fimbriata. Esse fungo é o agente causador de severas doenças de cancro que atinge um grande número de plantas como Platanus acerifolia, Theobroma cacao, Coffea Arabic, entre outras. A proteína secretada por culturas de Ceratocystis fimbriata f. sp. platani é capaz de elicitar a síntese de fitoalexinas em folhas de Platanus acerifolia e causar morte celular. De acordo com o banco de dados de família de proteínas CP é indicada como a fundadora da "Família Cerato-Platanina", que inclui outras várias proteínas secretadas por fungos envolvidos em fenômenos fitopatológicos e/ou reações imunológicas. Buscas em banco de dados de proteínas mostram que não existe nenhuma proteína similar a CP com estrutura conhecida. Assim, a elucidação estrutural de moléculas possivelmente envolvidas interação fungohospedeiro é de primária importância para a compreensão dos eventos iniciais que levam às respostas de defesa. A CP foi clonada e expressa em sistema eucariótico e marcada isotópicamente com 13C e 15N. Experimentos de ressonância magnética nuclear multinucleares e muiltidimensionais foram usados para determinar sua estrutura 3D em solução. A estrutura da CP é composta por duas fitas-ß paralelas e cinco fitas-ß antiparalelas, reunidas em uma única folha-ß, e três elementos helicoidais. A dinâmica da CP foi determinada e os dados experimentais mostraram que a proteína apresenta uma estrutura caracterizada por uma limitada mobilidade interna. Além disso, a proteína apresenta alta estabilidade, mantendo a sua conformação mesmo em temperaturas elevadas ou em uma larga escala de pH e de concentração de uréia. Com o objetivo de procurar outras proteínas ou domínios conformacionalmente similares ao da CP, sua estrutura foi submetida a análises estruturais utilizando-se a ferramenta ProFunc. Os resultados de alinhamento estrutural mostram que a CP não possui similaridade conformacional a nenhuma proteína conhecida envolvida em avirulência de microorganismos ou a proteínas elicitoras de fungos ou bactérias patógenas. Porém, surpreendentemente, o enovelamento da CP mostrou-se similar a moléculas pertencentes às famílias das quimiocinas e do complexo de histocompatibilidade principal de classe I (MHC-I). De fato, a estrutura de menor energia da CP se sobrepõe melhor a forma dimérica da interleucina-8 (IL-8) e do peptídeo ativador de neutrófilos-2 (NAP-2), da família de quimiomicinas, e aos domínios a1, a2 da proteína MHC-I. Interessante notar que ambas famílias de proteínas que possuem enovelamento similar ao da CP estão relacionadas com respostas de defesa a patógenos em animais. A semelhança estrutural entre CP e essas moléculas sinalizadoras de defesa sugere que, na célula do hospedeiro, o alvo da CP pode ter similaridade estrutural aos receptores das proteínas IL-8/NAP-2 ou MHC-I. Buscas no genoma de Arabdopsis usando a sequência desses receptores forneceram alguns potenciais alvos. A maioria desses alvos são proteínas intracelulares ou de membrana que estão envolvidos na percepção de proteínas de avirulência e de padrões moleculares associados a patógenos, corroborando com a hipótese de que a CP agiria como um elicitor de respostas de defesa e poderia interagir com essas classes de receptores. Embora a função da CP ainda seja desconhecida, com a elucidação da sua estrutura 3D surgiram novas hipóteses sobre o mecanismo molecular pelo qual a CP interagiria com seus hospedeiros. / Abstract: One of the most challenging problems facing plant pathology is to understand the molecular basis of the interaction between fungal plant pathogens and their host. Often, the mechanisms by which plants defend themselves against a variety of pathogens involve the recognition of specific molecules encoded by these microorganisms. Cerato-platanin (CP) is a moderately hydrophobic protein that is secreted and localized in the cell wall of Ceratocystis fimbriata produced by the ascomycete fungus Ceratocystis fimbriata, which is the causative agent of canker stain, a severe disease with incidence in a great number of plants, such as Platanus acerifolia, Theobroma cacao, Coffea Arabic, among others. The protein secreted by culture of Ceratocystis fimbriata f. sp. platani in the medium is able to elicit phytoalexin synthesis in Platanus acerifolia leaves and to enhance cell death. According to protein family database CP has been indicated as the founder of the "Cerato-Platanin Family" that includes other secreted fungal proteins involved in a variety of phytopathological phenomena and/or immunological reactions. The search in the Protein Data Bank revealed this protein family is not structurally characterized. In this way, the resolution of 3D structure of molecules involved in the host-fungus interaction is important to the comprehension of the initial events in the plant defence response. CP has been cloned and expressed in eukaryotic systems in its 13C, 15N isotopically labelled form. Multinuclear and multidimensional nuclear magnetic resonance has been used to determine its 3D solution structure. The CP structure is composed of two ß-strand parallel and five ß-strands antiparallel, assembled in a seven-stranded ß-sheet, facing three helical elements. The CP dynamics has been determined and the experimental data reveal that CP shows a structure characterized by limited internal mobility. Moreover, the protein has a good stability, keeping its conformation even at high temperature or in a wide rage of both pH and urea concentration. With the aim to search for other protein or domains conformationally similar to the CP, its 3D structure was submitted to structural analysis using ProFunc Server. The results of structure alignment show that CP does not share 3D structural similarity with any known avirulence proteins or elicitors from bacterial or fungal pathogens. However, surprisingly, the core of CP has a fold similar to molecules belonging to the chemokines and to the major histocompatibility complex class I (MHC-I) families. Indeed, the minimum energy CP structure superposes better to the dimeric form of interleunkin-8 (IL-8) and of the neutrophil activating peptide-2 (NAP-2), from the chemokines family, and to the a1, a2- domains of MHC-I protein. Interestingly, both families of proteins which have a similar fold to CP are related with defense response to pathogens in animals. The structural resemblance between CP and these defense signaling molecules suggests that, in the host cells, CP targets might have structural similarities to the human IL-8/NAP-2 or MHC-I proteins receptors and a search in the Arabidopsis genome with them produced a few hits. Not surprisingly, most of these proteins are surface or intracellular receptors implicated in the recognition of molecular patterns associated to pathogens or avirulence, a finding consistent with the hypothesis that CP, acting as an elicitor, should interact with such class of receptor proteins. In summary, although the biological function of the CP is still unknown, the elucidation of its 3D structure provides some insights about the molecular mechanism by which CP interact with their hosts. / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Orientadores: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, Sandra Martha Gomes Dias / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T22:03:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barsottini_MarioRamosdeOliveira_M.pdf: 16356564 bytes, checksum: 9cf8e738f13f95639e35471c9a7da160 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O fungo Moniliophthora perniciosa desperta grande interesse agroeconômico, pois é o agente etiológico da Vassoura-de-Bruxa do cacau. A cultura do cacaueiro é de grande importância no cenário nacional e na América Latina, sendo o entendimento dos mecanismos moleculares desta doença de grande valia. Durante a interação entre patógeno e hospedeiro, o primeiro produz moléculas para evadir ou alterar as respostas normais de defesa do segundo. O sequenciamento do genoma de M. perniciosa levou à identificação de proteínas-chave potencialmente envolvidas no processo patogênico do fungo, dentre as quais, estão: proteínas pertencentes à família das Cerato-plataninas (MpCPs), bem como proteínas pertencentes à família das Necrosis- and Ethylene-inducing Proteins (MpNEPs). As CPs são amplamente associadas à interação fungo-hospedeiro, agindo como toxinas, indutoras de resposta de defesa ou alergenos. As NEPs induzem morte celular e necrose em plantas dicotiledônes através da permeabilização da membrana celular. O objetivo desse projeto foi caracterizar funcionalmente as MpCPs e as MpNEPs, determinando assim sua relevância durante a Vassoura-de-Bruxa. A partir do transcriptoma de M. perniciosa e da análise filogenética das doze MpCPs encontradas, foi revelada uma correlação entre grupos de MpCPs e sua expressão diferencial ao longo da doença. Quatro MpCPs foram clonadas, expressas em sistema heterólogo e tiveram sua estrutura cristalográfica resolvida. Ensaios bioquímicos e biofísicos confirmaram que as MpCPs presentes em diferentes grupos filogenéticos apresentam capacidades distintas no tocante à interação com o açúcar N-acetilglicosamina e de formar agregados ordenados. Estudos funcionais indicaram que estas características estão potencialmente relacionadas ao bloqueio de resposta de defesa da planta e ao crescimento do fungo, respectivamente. Quanto às MpNEPs, somente a isoforma MpNEP2 foi detectada durante a Vassoura-de-Bruxa. A partir da estrutura cristalográfica dessa proteína e ensaios de mutação sítio-dirigida, foi identificado um hairpin hidrofóbico exposto ao solvente, possivelemte associado à ancoragem da MpNEP2 na membrana celular, o qual é tão importante quanto o sítio ativo da proteína para a atividade biológica da mesma / Abstract: Moniliophthora perniciosa is the causal agent of Witches' Broom Disease of cocoa and a major agroeconomic concern in Brazil and Latin America. In order to efficiently control this disease, it is crucial to understand the molecular basis underlying its progression. During the attack to the plant, a pathogen releases molecules to suppress or alter the regular defense response of the host. Results obtained from the genome sequencing of M. perniciosa lead to the identification putative virulence factors belonging to the Cerato-platanin protein family (MpCPs), and to the Necrosis- and Ethylene-inducing Proteins (MpNEPs). CPs are important to fungus-host interaction process, acting as toxins, defense response-inducing molecules or allergens. NEPs are toxin-like pore-forming proteins, which affect only dicot plants. This project aimed at the functional characterization of the MpCPs and MpNEPs, as well as understanding their importance for the Witches' Broom Disease progression. Twelve MpCP-coding genes were identified, and comprehensive transcriptome and phylogenetic analyses showed a correlation between MpCPs evolutionary clusters and their expression patterns throughout the disease. Four representative MpCPs had their crystal structure resolved. Biophysical and biochemical characterizations showed a correlation between the MpCP clusters, regarding sugar (N-acetylglucosamine) binding and protein self-assembling, which are possibly related to plant defense response suppression and hyphal growth, respectively. As for the MpNEPs, only the isoform MpNEP2 was shown to be expressed during the Whitches' Broom Disease. Its crystalloghaphic structure, along with site-directed mutagenesis and functional assays revealed that, besides the protein's active site, an hydrophobic hairpin exposed to te solvent is important to the necrosis-promoting activity, probably mediating the contact of MpNEP2 with the cell membrane / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular