A Musca domestica é a principal praga em aviários comerciais e o uso de inseticidas químicos vêm gerando resistência nessas moscas. Portanto, cada vez mais, estudos envolvendo a interação patógeno-hospedeiro visando o controle microbiano dessa mosca são importantes. Foram feitos isolamentos de fungos no aviário, estudos de esporulação e enzimas extracelulares, os processos de infecção, análise da resposta inflamatória e identificação dos hemócitos das larvas de Musca domestica, além de bioensaios e controle no aviário com Metarhizium anisopliae. Nenhum fungo entomopatogênico foi isolado no aviário. Os fungos Paecilomyces sp e Metarhizium anisopliae esporularam melhor no meio ágar batata maltose enquanto que Beauveria bassiana, o melhor resultado foi obtido com agar batata com 0,1% de glicose. Nos ensaios enzimáticos, protease foi a enzima mais produzida por Metarhizium anisopliae e Paecilomyces sp, e caseinases por Beauveria bassiana. A microscopia eletrônica de varredura mostrou as etapas de infecção do Metarhizium anisopliae em larvas de Musca domestica ao passo que a resposta imunológica durante as etapas de infecção demonstraram um pico de hemócitos em 48 horas após o início da infecção nessas larvas, os hemócitos identificados foram plasmatócitos, granulócitos, oenocitóides, prohemócitos além de fragmentos celulares como trombocitóides. Nos bioensaios o fungo mais virulento para larvas de 3º instar de Musca domestica foi o Metarhizium anisopliae CG 46 que após confirmação da patogenicidade foi produzido em arroz cozido e aplicado no aviário, seguido da aplicação do produto comercial Metarril WP. O Metarril não obteve um controle positivo das moscas, enquanto o fungo Metarhizium anisopliae CG 312 mostrou um discreto controle. / Musca domestica is the major pest in commercial poultry and the constant use of chemical pesticides has induced the development of resistance in these flies. Therefore, studies involving host-pathogen interaction aimed at microbial control of these flies are important. Isolations were made of fungi in the aviary studies of sporulation and extracellular enzymes, the process of infection, analysis of the inflammatory response and identification of hemocytes from larvae of Musca domestica as well as bioassays and control in the aviary with Metarhizium anisopliae. No entomopathogenic fungus was isolated in cages. The medium potato maltose agar resulted in higher sporulation for Paecilomyces sp Metarhizium anisopliae and while in Beauveria bassiana the best result for esporulation was obtained with potato agar with 0.1% glucose. In the enzyme activity assays the strains Metarhizium anisopliae and Paecilomyces sp, showed the best activity for protease and Beauveria bassiana for caseinase. The scanning electron microscopy showed the stages of infection by Metarhizium anisopliae on larvae of Musca domestica while the immune response during the early stages of infection showed a peak in hemocytes 48 hours after the onset of infection in these larvae. The fungus most virulent for larvae of 3rd instar Musca domestica in bioassays was Metarhizium anisopliae CG 46. After confirmation of the pathogenicity the fungus was multiplied in cooked rice and applied in the aviary, followed by application of the commercial product Metarril WP. The Metarril did not produced a positive control of the flies, while the fungus Metarhizium anisopliae CG 312 showed a slight control.

A proteína gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) é uma enzima essencial na via da glicólise e da gliconeogênese, catalisando a fosforilação oxidativa do substrato gliceraldeído-3-fosfato em 1,3- bifosfoglicerato na presença de NAD+ e fosfato inorgânico, sendo também capaz de catalisar a reação inversa. A enzima é um homotetrâmero, tendo monômeros com massa de 36 kDa. Além desta atividade, a proteína pode ainda desempenhar outras funções importantes em vários processos celulares. A partir da descrição da expressão diferencial do gene gpdh1 (GAPDH) do fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae em condições que mimetizam a infecção, desenvolvemos este estudo para caracterizar a sua possível participação em outros processos celulares. Diversas análises foram realizadas para caracterizar o gene gpdh1 e sua proteína cognata. Os padrões de expressão, tanto em nível transcricional como em nível protéico foram avaliados sob condições de regulação fisiológica, evidenciando um padrão de regulação hierárquico em resposta às diferentes fontes de carbono adicionadas a culturas do fungo. Utilizando 2D-SDS-PAGE, anti-soro anti GAPDH e espectrometria de massas, identificamos isoformas de GAPDH sendo expressas pelo fungo, sendo uma majoritária. Com base nos relatos encontrados na literatura de localização da proteína GAPDH na superfície celular de diferentes patógenos, direcionamos o trabalho no sentido de verificar a localização sub-celular da GAPDH em Metarhizium. Utilizando técnicas de imuno-microscopia, mostramos a localização na superfície celular dos diferentes estágios de desenvolvimento do fungo. Mostramos também que a GAPDH localizada na superfície celular mantém a sua atividade enzimática. Utilizando ensaios de adesão de conídios de M. anisopliae em asas de insetos (Dysdercus peruvianus), mostramos que a GAPDH pode desempenhar uma função importante no processo de adesão do fungo na superfície do hospedeiro. Este trabalho descreve pela primeira vez a presença de isoformas de GAPDH, a sua localização na superfície celular e sua possível participação na adesão ao hospedeiro. / GAPDH is essential in glycolysis and gluconeogenesis pathways and catalyzes the oxidative phosphorylation of glyceraldehyde-3-phosphate into 1,3- biphosphoglycerate in the presence of nicotinamide adenine nucleotide (NAD+) and inorganic phosphate, as well as the reverse reaction. The enzyme is an homotetramer of 36 kDa subunits. GAPDH has other important roles in various cellular processes. The gene gpdh1 (GAPDH) was found to display differential expression during growth of the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae cultured in conditions mimicking host infection. This led us to search for other possible functions of the GAPDH in the fungus. Therefore, we characterized the expression patterns of GAPDH, both at the transcription and protein level; we characterized isoforms of the protein; we immunolocalized GAPDH in different cell types and assayed its participation in adhesion to host surface. The expression of transcripts and GAPDH is hierarchily regulated by the carbon source available in the cultures (glucose, glycerol, ethanol and complex substrates, such as chitin and cuticle). By using 2D-SDS-PAGE, anti- GAPDH serum and mass spectrometry, isoforms of the protein were detected. As GAPDH has been reported at cell surface of pathogenic microorganisms, we directed efforts to localize GAPDH in Metarhizium. By using immunomicroscopy we showed the presence of GAPDH at the surface of the different developmental cell types of the fungus. We have also shown that the GAPDH at cell surface has enzyme activity. In adhesion assays, using Metarhizium conidia and insect wings (Dysdercus peruvianus), we showed that the GAPDH may be important during the adhesion step of the fungus to the host during infection. In this work, for the first time, we show that GAPDH from Metarhizium anisopliae has isoforms; that the active GAPDH is present at the fungal cell surface and is probably important for fungal to host adhesion.

A caracterização molecular e morfofisiológica de 28 isolados de Metarhizium ssp. foi avaliada por análises de seqüências do espaçador transcrito interno (ITS1 e ITS2), presença de elementos dsRNA e taxa de crescimento e esporulação em diferentes temperaturas e pH. A patogenicidade de 19 isolados do fungo entomopatogênico Metarhizium ssp. foi avaliada para fêmeas ingurgitadas do carrapato Boophilus microplus. As alterações cronológicas durante o processo de infecção Metarhizium anisopliae isolado E6 em B. microplus foi avaliada em detalhe por microscopia óptica e eletrônica de varredura e transmissão. O seqüenciamento do espaçador transcrito interno confirmou a identidade taxonômica dos isolados avaliados como M. anisopliae var. anisopliae ou M. anisopliae var. majus e mostrou que dois isolados (CG291 e CG423), previamente classificados como Metarhizium flavoviride, são pertencentes a M. anisopliae var. anisopliae. Os testes sobre a influência da temperatura e pH no desenvolvimento e esporulação dos isolados evidenciaram que a melhor temperatura de crescimento para a maioria desses foi 28oC e que o crescimento foi ótimo na faixa de pH entre 4 a 9. Os bioensaios mostraram que três isolados (C14, CG47 e CG97) foram altamente patogênicos para fêmeas ingurgitadas de B. microplus sendo tão virulentos quanto o isolado E6, previamente analisado, causando cerca de 90-100% de mortalidade ao 4o dia de infecção. Outros isolados foram menos virulentos ou não mostraram virulência para o carrapato. A presença de dsRNA foi avaliada em 28 isolados e detectada em 21 isolados. Vários padrões de dsRNA foram observados baseados no tamanho molecular analisado por eletroforese em gel de agarose. Nenhuma correlação foi observada entre a presença de dsRNA e a virulência do fungo. As observações microscópicas evidenciaram que o fungo M. anisopliae isolado E6 invade seu hospedeiro por penetração direta da cutícula, sendo que este processo envolveu as etapas de adesão e germinação dos conídios, formação do apressório e penetração do fungo na cutícula do hospedeiro. A adesão e germinação dos conídios na superfície da cutícula se iniciou após 24 h de infecção. Neste mesmo tempo, ocorreu diferenciação do apressório, estrutura que exerce a pressão mecânica durante o processo de penetração, sendo que este processo é facilitado pela ação de enzimas hidrolíticas secretadas pelo fungo. A penetração de algumas hifas ocorreu até 24 h após a infecção do fungo, embora, neste mesmo tempo de infecção, a maioria dos conídios ainda estivesse em processo de germinação. A penetração em massa do fungo foi observada 72 h após a infecção e, após 96 h, as hifas emergiram na superfície da cutícula para originarem novos conídios e assegurarem a perpetuação do fungo. A intensa invasão das hifas nos tecidos adjacentes confirmou a eficácia do isolado E6 na infecção do carrapato B. microplus.

O gênero Metarhizium abriga fungos cosmopolitas que infectam hospedeiros artrópodes. Curiosamente, enquanto algumas espécies do gênero infectam um amplo espectro de hospedeiros (hospedeiro-generalistas), outras espécies infectam apenas alguns artrópodes (hospedeiro-especialistas). Esse traço evolutivo singular permite comparações únicas, a fim de determinar como patógenos e fatores de virulência surgem. Dentre os diversos fatores de virulência descritos, se destacam os metabólitos secundários que hipoteticamente desempenhem papéis essenciais na infecção fúngica. No entanto, a maioria dos genes para a produção de metabólitos secundários em Metarhizium spp. não foram ainda caracterizados, e pouco se sabe sobre a organização gênomica, expressão e regulação destes genes. A fim de melhor compreender estes aspectos, nós realizamos uma análise e descrição detalhada de agrupamentos gênicos (clusters) envolvidos na biossíntese de metabólitos secundários em M. anisopliae, analisamos dados de um estudo transcritômico onde o fungo foi cultivado em cutículas de carrapato avaliando a expressão diferencial destes clusters, bem como avaliamos a conservação destes genes entre espécies do gênero Metarhizium. Ademais, nossa análise se estendeu avaliando aspectos evolutivos e filogenéticos para três clusters: MaPKS1 cujo produto é putativamente assemelhado a tropolonas e citrininas, MaNRPS-PKS2 cujo produto é putativamente assemelhado a pseurotina e MaTERP1 cujo produto putativo é o ácido helvólico. Dentre os 73 clusters identificados no genoma de M. anisopliae, 20 % estavam positivamente regulados na condição experimental de infecção inicial, com presumível papel na virulência do fungo. Dentre os clusters positivamente regulados estão genes já caracterizados envolvidos na biossíntese de destruxinas, NG39x e ferricrocina, em conjunto com genes putativamente envolvidos na biossíntese do ácido helvólico, produtos assemelhados a pseurotina e tropolonas e citrininas, além de genes envolvidos na biossíntese de compostos desconhecidos. Curiosamente, diversos clusters positivamente regulados na condição de infecção inicial não estão presentes em espécies hospedeiro-especialistas do gênero Metarhizium, indicando que existem diferenças nas estratégias metabólicas empregadas por espécies hospedeiro-generalistas e hospedeiro-especialistas no ciclo infeccioso. Estas diferenças no potencial metabólico podem ter sido parcialmente moldadas por eventos de transferência horizontal, conforme sugere nossa análise filogenética sobre a origem do o cluster putativamente envolvido na biossíntese do ácido helvólico em Metarhizium spp. Em conclusão, diversos clusters desconhecidos são descritos e aspectos da sua organização, regulação e origem são discutidos, fornecendo evidências sobre o impacto dos metabólitos secundários no ciclo de vida e infecção de espécies do gênero Metarhizium. / The Metarhizium genus harbors cosmopolitan fungi that infect arthropod hosts. Interestingly, while some species infect a wide range of hosts (host-generalists), other species infect only a few arthropods (host-specialists). This singular evolutionary trait permits unique comparisons to determine how pathogens and virulence determinants emerge. Among the several virulence determinants that have been described, secondary metabolites (SMs) are suggested to play essential roles during fungal infection. However, the majority of genes related to SM production in Metarhizium spp. are uncharacterized, and little is known about their genomic organization, expression and regulation. To better understand these aspects, we have performed a deep survey and description of SM biosynthetic gene clusters (BGCs) in M. anisopliae, analyzed RNA-seq data from fungi grown on cattle-tick cuticles, evaluated the differential expression of BGCs, and assessed conservation within the Metarhizium genus. Furthermore, our analysis extended to the construction of a phylogeny for the following three BGCs: a tropolone/citrinin-related compound (MaPKS1), a pseurotin-related compound (MaNRPS-PKS2), and a putative helvolic acid (MaTERP1). Among 73 BGCs identified in M. anisopliae, 20% were up-regulated during initial tick cuticle infection and presumably possess virulence-related roles. These up-regulated BGCs include known clusters, such as destruxin, NG39x and ferricrocin, together with putative helvolic acid and pseurotin- and tropolone/citrinin-related compound clusters, as well as uncharacterized clusters. Interestingly, several up-regulated BGCs were not conserved in host-specialist species from the Metarhizium genus, indicating differences in the metabolic strategies employed by generalist and specialist species to overcome and kill their host. These differences in metabolic potential may have been partially shaped by horizontal gene transfer (HGT) events, as our phylogenetic analysis provided evidence that the putative helvolic acid cluster in Metarhizium spp. originated from an HGT event. In conclusion several unknown BGCs are described, and aspects of their organization, regulation and origin are discussed, providing evidence for the impact of SMs on the Metarhizium genus lifestyle and infection process.

A degradação de quitina é importante para o remodelamento da parede celular em fungos filamentosos e crucial para o rompimento da cutícula de hospedeiros artrópodes durante a infecção de fungos entomopatogênicos. Além disso a quitina é uma importante fonte nutricional. Para que a quitina possa ser eficientemente utilizada, a atividade de b-Nacetilglicosaminidases (NAGases) deve estar presente. Após a ação de quitinases sobre a quitina, gerando dímeros de N-acetilglicosamina (GlcNAc)2, NAGases hidrolisam suas ligações β-1-4 produzindo GlcNAc livre. Fungos filamentosos possuem, em média, 15 a 25 quitinases, mas somente duas NAGases, o que leva a questões sobre a real importância destas enzimas. Em escala genômica, foram identificadas no fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae duas NAGases da família GH20 (MaNAG1 e MaNAG2) e duas NAGases da família GH3 (MaNAG3 e MaNAG4) das glicosil hidrolases. Análises filogenéticas sugerem subsequentes duplicações ocorrendo principalmente no clado de MaNAG2, resultando na presença de ortólogos em um amplo espectro de ascomicetos com diferentes estilos de vida. MaNAG1 agrupou majoritariamente com espécies entomopatogênicas. MaNAG3 e MaNAG4 apresentaram alta similaridade de sequências e conservação de domínios com NAGases GH3 de bactérias O perfil transcricional dos genes das NAGases GH20 e GH3 foi avaliado por qPCR, em oito diferentes condições de cultivo, representando diferentes estágios de desenvolvimento ou diferentes estados nutricionais. As NAGases apresentaram perfis de transcrição diferenciais em resposta às diferentes condições, indicando a ausência de um padrão de regulação gênica em comum. Os perfis de expressão variáveis também sugerem que elas não devem possuir funções totalmente redundantes. Ensaios de transcrição relativa mostraram a indução da expressão de MaNAG1, MaNAG2 e MaNAG4 por quitina 1%, enquanto MaNAG3 foi induzida em meio suplementado com GlcNAc 0,25%. As relações evolutivas de MaNAG3 e MaNAG4 e a regulação de suas expressões por substratos quitinosos são a primeira evidência do envolvimento de NAGases GH3 em processos celulares fisiológicos em ascomicetos, apontando para sua potencial relevância na diferenciação celular durante o ciclo de vida de M. anisopliae. Com o objetivo de avançar no estudo funcional das NAGases de M. anisopliae, foram gerados vetores para a construção de mutantes nulos para os quatro genes de NAGases e linhagens transformantes foram obtidas utilizando-se a metodologia de transformação de fungos mediada por Agrobacterium tumefaciens. / Chitin degradation is important for filamentous fungi cell wall remodeling and, in entomopathogenic fungi, this process is pivotal for breaching the arthropod host cuticles during infection. Chitin is an important nutrient and to be efficiently used, β-Nacetylglucosaminidases (NAGases) activity must be present. After chitinase action on chitin generating N-acetylglucosamine dimers (GlcNAc)2, NAGases hydrolyze theirs β-1-4 linkages producing free GlcNAc. Filamentous fungi have between 15 to 25 chitinases, but only two NAGases; then, questions arise about the actual importance of these enzymes. On a genomic scale, were identified in the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae two GH20 NAGases (MaNAG1 and MaNAG2) and two GH3 NAGases (MaNAG3 and MaNAG4) from glycoside hydrolases. Phylogenetic analysis suggested subsequent duplications occurring mainly in MaNAG2 clade, resulting in ortholog clusters in several ascomycetes with a broad range life style. MaNAG1 clusters mostly with entomopathogenic species clades. MaNAG3 and MaNAG4 showed high sequence similarity and domain conservation with bacterial GH3 NAGases Transcriptional profiles of GH20 and GH3 NAGase genes were evaluated by qPCR from eight culture conditions, representing different stages of development and different nutritional states. NAGases showed differential transcript profiles in response to different conditions, indicating an absence of a common gene regulation pattern. The variable expression profiles also suggest they may not have totally redundant roles. Relative transcription assays showed MaNAG1, MaNAG2 and MaNAG4 expression induction by chitin 1%, while MaNAG3 was induced in medium supplemented with GlcNAc 0.25%. Evolutionary relationships of MaNAG3 and MaNAG4 and their expression regulated by chitinous substrates are the first evidence of GH3 NAGases involvement in physiological cell process in entomopathogenic fungi, therefore, pointing to potential relevance on cell differentiation during M. anisopliae life cycle. In order to proceed on functional studies of M. anisopliae NAGases, vectors were constructed to produce knockout mutants for four NAGases genes and transformant strains were obtained by using fungi transformation mediated by Agrobacterium tumefaciens.

Para infectar seus hospedeiros artrópodes, Metarhizium anisopliae produz uma série de enzimas hidrolíticas e diversas alterações morfológicas como a formação de estruturas denominadas de apressórios e blastosporos. Estas estruturas de infecção representam estágios cruciais de penetração e disseminação no inseto hospedeiro, respectivamente. Além disso, o apressório é uma estrutura conservada entre fungos entomopatogênicos e fitopatogênicos. O gene emp1 (codifica uma proteína de matriz extracelular de Magnaporthe grisea) parece ter um papel importante na diferenciação do apressório, bem como na patogenicidade e virulência. Um dos nossos objetivos foi avaliar a possível função de um ortólogo do gene emp1 em M. anisopliae pela análise do perfil transcricional e construção de mutantes funcionais por mutagênese insercional utilizando agrotransformação. Foram geradas linhagens transformantes contendo o cassete de inativação do gene emp1 (pPZP::bar::emp1), sendo este construído pela subclonagem das regiões flanqueadoras 5’ (1.515pb) e 3’ (1.513pb), fusionadas a um cassete de expressão do gene bar (3.500pb) que confere resistência a glifosinato de amônia. A freqüência de transformação observada nesta etapa de transformação foi superior a 60%, porém em apenas 1,5% dos transformantes há indícios de recombinação homóloga. Também foi analisado o perfil transcricional de emp1, sob três condições anteriormente padronizadas: células diferenciadas em apressório, hifas (crescimento vegetativo), e blastosporos, sendo observada a presença de transcritos deste gene em todas as condições testadas. Em uma segunda etapa deste trabalho, foi avaliado o perfil transcricional de quitinases putativas de M. anisopliae nos estágios de diferenciação celular de apressório, hifas e blastosporos. Esta classe de proteínas está diretamente envolvida no remodelamento da parede celular fúngica durante a diferenciação celular, como também na degradação da quitina da cutícula do hospedeiro durante a etapa de penetração. Originalmente foram caracterizados três genes para quitinases (chit1, chi2 e chi3), e a análise in silico do genoma revelou outras 20 quitinases putativas de Metarhizium. Essa diversidade pode ser responsável pelas diferentes funções que o conjunto de enzimas quitinolíticas tem na degradação de quitina durante o ciclo de vida e de infecção do fungo. É, portanto importante: (i) validar transcricionalmente as quitinases putativas e (ii) tentar atribuir função a cada uma delas. Para isso, procedemos a análise dos transcritos de cada uma das 23 quitinases putativas sendo sintetizados cDNAs a partir das três condições de diferenciação celular (apressório, hifas e blastosporos). Na condição de diferenciação a apressório dez espécies de transcritos foram detectadas sendo seis do subgrupo A, três do subgrupo B, uma do subgrupo D. Nenhum transcrito de quitinases do subgrupo C foi detectado nas condições testadas. Tanto em crescimento vegetativo quanto em blastosporos foram detectadas sete espécies de transcritos de quitinases do subgrupo A, e uma do subgrupo D. As quitinases do subgrupo B diferiram quanto a sua distribuição nas condições testadas: três espécies de transcritos foram detectadas durante o crescimento vegetativo e seis em blastosporos. O estudo envolvendo os diferentes genes putativos (emp1 e de quitinases) de M. anisopliae, sob as diversas abordagens, representa um importante precursor para nos fornecer indicativos sobre as funções destes genes no ciclo de vida e de infecção de Metarhizium. / To infect their arthropod hosts, Metarhizium anisopliae produces a series of hydrolytic enzymes and several morphological changes, including the formation of structures called appressoria and blastospores. These infective structures represent crucial stages of penetration and dissemination in the insect host, repectively. In addition, the appressorium is a structure conserved among phytopathogenic and entomopathogenic fungi. The emp1 gene (encodes an extracellular matrix protein) from Magnaporthe grisea showed an important role in appressorium differentiation, as well as pathogenicity and virulence. Our goal was evaluate the possible role of an ortholog gene emp1 in M. anisopliae by transcriptional analysis and construction of functional mutants by insertional mutagenesis mediated by agrotransformation. We generated transformants strains containing the gene inactivation cassette of emp1 (pPZP::bar::emp1), which was constructed by subcloning of flanking portions 5’ (1.515bp) and 3’ (1.513bp) fused in a expression cassette of bar gene (resistance to glufosinate ammonium). The frequency of transformation observed in this round was higher than 60%, but only 1,5% of the transformants there is evidence of homologous recombination. We also analysed the transcriptional profile of emp1 under three conditions previously standardized, such as differentiated cells in appressorium, hyphae (vegetative growth) and blastospores. Accordingly, we observed the presence of transcripts of this gene in all growth condition tested. In a second step of this work, we evaluated the transcriptional profile of putative chitinases of the M. anisopliae in those different stages of cellular diferentiation. This class of proteins is directly involved in fungal cell wall remodeling during cellular diferentiation, as well as degradation of chitin in the host cuticle during the penetration stage. Originally we characterized three genes of chitinases (chit1, chi2 and chi3), but apart from these, the in silico analysis of the genome revealed 20 putative chitinases. This diversity may be reponsible for differents functions that the set of chitinases enzymes have in the chitin degradation during the life and infection cycle of the fungus. It is therefore important: (i) validate transcriptionally the putative chitinases and (ii) attemping to assign function to each one of them. Chitinases transcript survey was performed using cDNAs from three cell types: appressorium, vegetative growth and blastospores. In the appressorium condition ten species of transcripts were detected being six from the subgroup A chitinases, three from group B and one from group D. No transcripts of subgroup C chitinases were detected. Both in vegetative growth and blastospores seven species of transcripts of the subgroup A, and one from group D were detected. Chitinases from subgroup B differed - three species of transcripts were detected during vegetative growth and six were detected in blastospores. This study of several putative genes (as emp1 and chitinases) of M. anisopliae, under different approaches, may represent an important preliminary outcome to shed a light in the functions of these genes during life cycle and infection of Metarhizium.

A Musca domestica é a principal praga em aviários comerciais e o uso de inseticidas químicos vêm gerando resistência nessas moscas. Portanto, cada vez mais, estudos envolvendo a interação patógeno-hospedeiro visando o controle microbiano dessa mosca são importantes. Foram feitos isolamentos de fungos no aviário, estudos de esporulação e enzimas extracelulares, os processos de infecção, análise da resposta inflamatória e identificação dos hemócitos das larvas de Musca domestica, além de bioensaios e controle no aviário com Metarhizium anisopliae. Nenhum fungo entomopatogênico foi isolado no aviário. Os fungos Paecilomyces sp e Metarhizium anisopliae esporularam melhor no meio ágar batata maltose enquanto que Beauveria bassiana, o melhor resultado foi obtido com agar batata com 0,1% de glicose. Nos ensaios enzimáticos, protease foi a enzima mais produzida por Metarhizium anisopliae e Paecilomyces sp, e caseinases por Beauveria bassiana. A microscopia eletrônica de varredura mostrou as etapas de infecção do Metarhizium anisopliae em larvas de Musca domestica ao passo que a resposta imunológica durante as etapas de infecção demonstraram um pico de hemócitos em 48 horas após o início da infecção nessas larvas, os hemócitos identificados foram plasmatócitos, granulócitos, oenocitóides, prohemócitos além de fragmentos celulares como trombocitóides. Nos bioensaios o fungo mais virulento para larvas de 3º instar de Musca domestica foi o Metarhizium anisopliae CG 46 que após confirmação da patogenicidade foi produzido em arroz cozido e aplicado no aviário, seguido da aplicação do produto comercial Metarril WP. O Metarril não obteve um controle positivo das moscas, enquanto o fungo Metarhizium anisopliae CG 312 mostrou um discreto controle. / Musca domestica is the major pest in commercial poultry and the constant use of chemical pesticides has induced the development of resistance in these flies. Therefore, studies involving host-pathogen interaction aimed at microbial control of these flies are important. Isolations were made of fungi in the aviary studies of sporulation and extracellular enzymes, the process of infection, analysis of the inflammatory response and identification of hemocytes from larvae of Musca domestica as well as bioassays and control in the aviary with Metarhizium anisopliae. No entomopathogenic fungus was isolated in cages. The medium potato maltose agar resulted in higher sporulation for Paecilomyces sp Metarhizium anisopliae and while in Beauveria bassiana the best result for esporulation was obtained with potato agar with 0.1% glucose. In the enzyme activity assays the strains Metarhizium anisopliae and Paecilomyces sp, showed the best activity for protease and Beauveria bassiana for caseinase. The scanning electron microscopy showed the stages of infection by Metarhizium anisopliae on larvae of Musca domestica while the immune response during the early stages of infection showed a peak in hemocytes 48 hours after the onset of infection in these larvae. The fungus most virulent for larvae of 3rd instar Musca domestica in bioassays was Metarhizium anisopliae CG 46. After confirmation of the pathogenicity the fungus was multiplied in cooked rice and applied in the aviary, followed by application of the commercial product Metarril WP. The Metarril did not produced a positive control of the flies, while the fungus Metarhizium anisopliae CG 312 showed a slight control.

A proteína gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) é uma enzima essencial na via da glicólise e da gliconeogênese, catalisando a fosforilação oxidativa do substrato gliceraldeído-3-fosfato em 1,3- bifosfoglicerato na presença de NAD+ e fosfato inorgânico, sendo também capaz de catalisar a reação inversa. A enzima é um homotetrâmero, tendo monômeros com massa de 36 kDa. Além desta atividade, a proteína pode ainda desempenhar outras funções importantes em vários processos celulares. A partir da descrição da expressão diferencial do gene gpdh1 (GAPDH) do fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae em condições que mimetizam a infecção, desenvolvemos este estudo para caracterizar a sua possível participação em outros processos celulares. Diversas análises foram realizadas para caracterizar o gene gpdh1 e sua proteína cognata. Os padrões de expressão, tanto em nível transcricional como em nível protéico foram avaliados sob condições de regulação fisiológica, evidenciando um padrão de regulação hierárquico em resposta às diferentes fontes de carbono adicionadas a culturas do fungo. Utilizando 2D-SDS-PAGE, anti-soro anti GAPDH e espectrometria de massas, identificamos isoformas de GAPDH sendo expressas pelo fungo, sendo uma majoritária. Com base nos relatos encontrados na literatura de localização da proteína GAPDH na superfície celular de diferentes patógenos, direcionamos o trabalho no sentido de verificar a localização sub-celular da GAPDH em Metarhizium. Utilizando técnicas de imuno-microscopia, mostramos a localização na superfície celular dos diferentes estágios de desenvolvimento do fungo. Mostramos também que a GAPDH localizada na superfície celular mantém a sua atividade enzimática. Utilizando ensaios de adesão de conídios de M. anisopliae em asas de insetos (Dysdercus peruvianus), mostramos que a GAPDH pode desempenhar uma função importante no processo de adesão do fungo na superfície do hospedeiro. Este trabalho descreve pela primeira vez a presença de isoformas de GAPDH, a sua localização na superfície celular e sua possível participação na adesão ao hospedeiro. / GAPDH is essential in glycolysis and gluconeogenesis pathways and catalyzes the oxidative phosphorylation of glyceraldehyde-3-phosphate into 1,3- biphosphoglycerate in the presence of nicotinamide adenine nucleotide (NAD+) and inorganic phosphate, as well as the reverse reaction. The enzyme is an homotetramer of 36 kDa subunits. GAPDH has other important roles in various cellular processes. The gene gpdh1 (GAPDH) was found to display differential expression during growth of the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae cultured in conditions mimicking host infection. This led us to search for other possible functions of the GAPDH in the fungus. Therefore, we characterized the expression patterns of GAPDH, both at the transcription and protein level; we characterized isoforms of the protein; we immunolocalized GAPDH in different cell types and assayed its participation in adhesion to host surface. The expression of transcripts and GAPDH is hierarchily regulated by the carbon source available in the cultures (glucose, glycerol, ethanol and complex substrates, such as chitin and cuticle). By using 2D-SDS-PAGE, anti- GAPDH serum and mass spectrometry, isoforms of the protein were detected. As GAPDH has been reported at cell surface of pathogenic microorganisms, we directed efforts to localize GAPDH in Metarhizium. By using immunomicroscopy we showed the presence of GAPDH at the surface of the different developmental cell types of the fungus. We have also shown that the GAPDH at cell surface has enzyme activity. In adhesion assays, using Metarhizium conidia and insect wings (Dysdercus peruvianus), we showed that the GAPDH may be important during the adhesion step of the fungus to the host during infection. In this work, for the first time, we show that GAPDH from Metarhizium anisopliae has isoforms; that the active GAPDH is present at the fungal cell surface and is probably important for fungal to host adhesion.

A caracterização molecular e morfofisiológica de 28 isolados de Metarhizium ssp. foi avaliada por análises de seqüências do espaçador transcrito interno (ITS1 e ITS2), presença de elementos dsRNA e taxa de crescimento e esporulação em diferentes temperaturas e pH. A patogenicidade de 19 isolados do fungo entomopatogênico Metarhizium ssp. foi avaliada para fêmeas ingurgitadas do carrapato Boophilus microplus. As alterações cronológicas durante o processo de infecção Metarhizium anisopliae isolado E6 em B. microplus foi avaliada em detalhe por microscopia óptica e eletrônica de varredura e transmissão. O seqüenciamento do espaçador transcrito interno confirmou a identidade taxonômica dos isolados avaliados como M. anisopliae var. anisopliae ou M. anisopliae var. majus e mostrou que dois isolados (CG291 e CG423), previamente classificados como Metarhizium flavoviride, são pertencentes a M. anisopliae var. anisopliae. Os testes sobre a influência da temperatura e pH no desenvolvimento e esporulação dos isolados evidenciaram que a melhor temperatura de crescimento para a maioria desses foi 28oC e que o crescimento foi ótimo na faixa de pH entre 4 a 9. Os bioensaios mostraram que três isolados (C14, CG47 e CG97) foram altamente patogênicos para fêmeas ingurgitadas de B. microplus sendo tão virulentos quanto o isolado E6, previamente analisado, causando cerca de 90-100% de mortalidade ao 4o dia de infecção. Outros isolados foram menos virulentos ou não mostraram virulência para o carrapato. A presença de dsRNA foi avaliada em 28 isolados e detectada em 21 isolados. Vários padrões de dsRNA foram observados baseados no tamanho molecular analisado por eletroforese em gel de agarose. Nenhuma correlação foi observada entre a presença de dsRNA e a virulência do fungo. As observações microscópicas evidenciaram que o fungo M. anisopliae isolado E6 invade seu hospedeiro por penetração direta da cutícula, sendo que este processo envolveu as etapas de adesão e germinação dos conídios, formação do apressório e penetração do fungo na cutícula do hospedeiro. A adesão e germinação dos conídios na superfície da cutícula se iniciou após 24 h de infecção. Neste mesmo tempo, ocorreu diferenciação do apressório, estrutura que exerce a pressão mecânica durante o processo de penetração, sendo que este processo é facilitado pela ação de enzimas hidrolíticas secretadas pelo fungo. A penetração de algumas hifas ocorreu até 24 h após a infecção do fungo, embora, neste mesmo tempo de infecção, a maioria dos conídios ainda estivesse em processo de germinação. A penetração em massa do fungo foi observada 72 h após a infecção e, após 96 h, as hifas emergiram na superfície da cutícula para originarem novos conídios e assegurarem a perpetuação do fungo. A intensa invasão das hifas nos tecidos adjacentes confirmou a eficácia do isolado E6 na infecção do carrapato B. microplus.

As superóxido dismutases são metaloenzimas amplamente distribuídas entre os organismos e desempenham um importante papel na defesa celular contra os danos provocados por espécies reativas de oxigênio mediados pelo radical superóxido, um subproduto do metabolismo oxidativo. As SODs são classificadas em quatro grupos, dependendo de seu cofator metálico, em CuZnSOD; MnSOD, FeSOD e NiSOD. Além de sua função intrínseca, as SODs estão implicadas em outros processos com a adesão e a sinalização celular e na patogenicidade. Em particular, a participação das SODs em processos patogênicos tem se mostrado muito ampla, abrangendo os mais variados sistemas patógeno-hospedeiro. Visando estudar o processo de penetração do fungo filamentoso Metarhizium anisopliae em carrapatos, as enzimas com atividade SOD foram descritas e parcialmente caracterizadas, apresentando três tipo de atividade: CuZn, Mn e Fe.Para melhor caracterizar as SODs de M. anisopliae, neste trabalho purificamos e caracterizamos a CuZnSOD. A enzima apresenta uma massa presumida em géis desnaturantes de ~20 KDa. A etapa de cromatografia de gel filtração foi substituída, com sucesso, por uma cromatografia de afinidade, apresentando ganho no rendimento total de 92%, em relação ao rendimento final encontrado na purificação utilizando-se resina Sephacel Sephadex G-150. Em relação à amostra inicial (P95%), o fator de purificação foi de 140% maior. Padronizamos um ensaio enzimático de quantificação e discriminação da atividades SODs, que se mostrou adequado e eficaz para a detecção de SODs em extratos celulares brutos e/ou fracionados. Nos ensaios espectrofotométricos, a CuZnSOD purifica de M. anisopliae foi inibida por 2 mM de KCN. Inibição da atividade em presença de 2 mM de peróxido de hidrogênio também foi observada. PMSF (2 mM) e cloreto de mercúrio (5 mM) inibiram a atividade da enzima, indicando que pode estar ocorrendo uma inibição inespecífica através de resíduos de serina e cisteínas não reativos, presente na enzima. A purificação de cada uma das SODs descritas para M. anisopliae, é um passo importante para a elucidação da função destas enzimas durante processo metabólicos e no processo de infecção de M. anisopliae em seus hospedeiros. A produção de anticorpos mono- e policlonais contra estas proteínas,e sua posterior aplicação na determinação da localização celular de cada uma, é um destes passos. Além disso, pode facilitar o isolamento de genes que codificam para as SODs, possibilitando a obtenção de mutantes e/ou linhagens transgênicas e estudos da expressão destas proteínas.