Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2015-03-02T15:53:54Z No. of bitstreams: 1 2014_RogerioFragaTroian.pdf: 2051913 bytes, checksum: 688f2fa3ab11ec4a869120485225cb20 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-03-04T17:31:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_RogerioFragaTroian.pdf: 2051913 bytes, checksum: 688f2fa3ab11ec4a869120485225cb20 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T17:31:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_RogerioFragaTroian.pdf: 2051913 bytes, checksum: 688f2fa3ab11ec4a869120485225cb20 (MD5) / Trichoderma harzianum tem recebido considerável atenção como potencial agente de controle biológico, agindo como um micoparasita contra diversos fitopatógenos habitantes do solo, incluindo Sclerotinia sclerotiorum. O objetivo deste estudo foi vizualizar por microscopia eletrônica de varredura (MEV), a interação entre T. harzianum e S. sclerotiorum, assim como mapear e identificar as proteínas secretadas por T. harzianum quando cultivado na presença de parede celular, apotécio e escleródio de S. sclerotiorum. Nos testes de interação por MEV, T. harzianum provou ser um potente antagonista de S. sclerotiorum, mostrando que as hifas do antagonista penetraram nas estruturas do fitopatógeno. Posteriomente foram construídos os mapas bidimensionais permitindo a visualização das diferentes proteínas secretadas de T. harzianum quando cultivadas na presença de diferentes etapas da vida de S. sclerotiorum sendo que um total de 139 spots foram analisados, e destes foram identificados 63. Das proteínas identificadas no secretoma 5 são exclusivas quando cultivadas em meio contendo apotécio, 9 em meio contendo escleródio e 4 contendo parede celular sendo 11 proteínas expressas nas 3 condições. A expressão dos genes foi feita usando PCR em tempo real a partir de RNA total de T. harzianum quando cultivadas na presença das três fases do ciclo de vida S. sclerotiorum (micélio, escleródios e apotécio) confirmando as proteínas secretadas. Nossos resultados fornecem um passo para a compreensão do processo de micoparasitismo entre T. harzianum durante sua interação com S.sclerotiorum permitindo a identificação das diferentes proteínas secretadas quando cultivadas com as fases do ciclo de vida desse fitopatógeno. _____________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Trichoderma harzianum has received considerable attention as a potential biological control agent, acting as a mycoparasite against several soilborne plant pathogens including Sclerotinia sclerotiorum. The objective of this study was to visualize electron microscopy (SEM), the interaction between T. harzianum and S. sclerotiorum as well as map and identify the proteins secreted by T. harzianum when grown in the presence of cell wall, and sclerotia of apothecium S. sclerotiorum. In MEV interaction tests, T. harzianum proved to be a potent antagonist of S. sclerotiorum, showing that antagonist hyphae penetrated pathogen structures. After dimensional maps were constructed allowing the visualization of the different secreted proteins from T. harzianum when cultured in the presence of different stages of the life of S. sclerotiorum with a total of 139 spots were analyzed and identified 63. Of these proteins identified in secretome 5 are unique when grown in medium containing apothecium, 9 in medium containing sclerotia and 4 containing cell wall being 11 proteins expressed in the 3 conditions. Expression of the gene was done using real-time PCR from total RNA of T. harzianum when cultured in the presence of the three phases of the lifecycle S. sclerotiorum (mycelium and sclerotia apothecium) confirming secreted proteins. Our results provide a step towards understanding the mycoparasitism process between T. harzianum during their interaction with S.sclerotiorum allowing the identification of various secreted proteins when grown with the phases of the life of this pathogen cycle.

Trichoderma spp. são fungos benéficos que após interagir com as raízes melhora o vigor das plantas. Trichoderma spp. produzem uma variedade de MAMPs (Padrões Moleculares Associados a Micro-organismos) que estimulam a indução de resistência (IR) em plantas. A IR por Trichoderma spp. pode aumentar a resistência contra patógenos através das respostas mediadas por ácido salicílico (AS), ácido jasmônico (JA), etileno (ET). Estas respostas reguladas são antagônicas entre as diferentes vias de sinalização de defesa relacionadas à JA/ ET e AS, sensibilizando a planta para uma resistência melhorada contra patógenos. Neste estudo utilizamos um sistema entre três componentes Solanum lycopersicum, Trichoderma harzianum e Alternaria alternata. A sinalização molecular envolvido durante a supressão da doença por T. harzianum foi analisado nas plantas de tomate cv. Micro-Tom subsequente à infecção por A. alternata. As vias de sinalização de AS, JA e ET foram exploradas durante IR por T. harzianum. À aplicação dos esporos de T. harzianum nas raízes das plantas de tomate aumentou a resistência contra A. alternata causador da mancha foliar da cultura. O intervalo de 15 dias entre a aplicação de T. harzianum e de A. alternata foi suficiente para suprimir os sintomas causados por A. alternata no tomate. A severidade da doença foi estimada 96 horas após inoculação do patógeno desafiante. A quantificação do DNA por qPCR foi utilizado para verificar as diferenças da biomassa do patógeno. O resultado obtido da quantidade de DNA de A. alternata foi 74 vezes menor nas plantas previamente tratadas com T. harzianum isolado Th1 em comparação com as plantas não tratadas com Th 1. O tratamento com os hormônios etileno e metil jasmonato indicou que as vias do JA e ET estão parcialmente relacionadas com a suscetibilidade à A. alternata em plantas de tomate. Foi avaliado o fenótipo de IR de plantas de tomate silenciadas para o gene de fator de resposta de ET. A análise do desenvolvimento dos sintomas demonstrou que a IR por T. harzianum não envolveu a resposta do ET. Finalmente, análise da expressão gênica indica que a resistência induzida por T. harzianum é controlada pelo aumento da biossíntese do JA combinado com a diminuição da sinalização de resposta do AS e ET. / Trichoderma spp. are beneficial fungi that after interacting with the roots improves plant health. Trichoderma spp. produce a variety of MAMPs (Associated Molecular Patterns Micro-organisms) that stimulate the induction of resistance (IR) in plants. The IR by Trichoderma spp. can increase resistance against pathogens mediated through salicylic acid (SA), jasmonic acid (JA), ethylene (ET) responses. These responses regulated are antagonistic between different defense signaling pathways related to JA/ET and AS, sensitizing the plant for enhanced resistance against pathogens. In this study we used a system of three components Solanum lycopersicum, Trichoderma harzianum and Alternaria alternata. The molecular signaling involved during disease suppression by T. harzianum was analyzed in tomato plants cv. Micro-Tom subsequent to infection by A. alternata. The signaling pathways of SA, JA and ET have been explored for IR T. harzianum. In the application of spores of T. harzianum in the roots of tomato plants increased resistance against A. alternata causing leaf spot of culture. The 15 day interval between application of T. harzianum and A. alternata was sufficient to suppress symptoms caused by A. alternata in tomato. The effect of IR elicited by T. harzianum was from his association with the roots of tomato for 15 days. Disease severity was estimated 96 hours after inoculation the challenge pathogen. DNA quantification by qPCR was used to determine differences in biomass of the pathogen. The result of the amount of DNA of A. alternata was 74 times lower in treated plants T. harzianum isolated Th1 compared with plants not treated with Th 1. Treatment with ethylene and methyl jasmonate indicated that the hormones JA and ET pathways are partially related to susceptibility to A. alternata in tomato plants. IR phenotype of tomato plants silenced for gene ET response factor was evaluated. The analysis of the development of symptoms demonstrated that IR by T. harzianum did not involve the response of ET. Finally, gene expression analysis indicates that IR by T. harzianum is controlled by increasing the biosynthesis of JA combined with the decrease in the response signaling SA and ET.

Glicose e oxigênio são moléculas essenciais para a maioria dos organismos vivos. Além de sua importância nos processos de produção de energia - glicose como fonte de carbono e energia e oxigênio como aceptor dos elétrons doados por NADH e FADH2 - estes dois compostos funcionam como efetuadores, modulando vários processos metabólicos e fisiológicos nas células. Visto que a mitocôndria é um dos alvos afetados pelas disponibilidades destas duas moléculas, nós isolamos e seqüenciamos o genoma mitocondrial de Trichoderma reesei, um fungo multicelular empregado neste trabalho como sistema modelo. Foi estudado o efeito da variação de concentração de glicose e oxigênio sobre a expressão de transcritos do genoma mitocondrial, bem como sua implicação no metabolismo de glicose. São apresentadas análises da expressão gênica de aproximadamente 2000 transcritos de T. reesei submetido a concentrações limitantes de oxigênio dissolvido, realizadas com o emprego da técnica de microarrays de cDNA. Pelo menos 330 transcritos foram diferencialmente expressos em função da disponibilidade de oxigênio. Aqueles envolvidos nos processos de síntese protéica e divisão celular foram regulados negativamente, enquanto transcritos relacionados com funções de defesa celular e síntese de RNA foram positivamente regulados. Uma fração substancial de outros genes afetados pela baixa disponibilidade de oxigênio não possui, atualmente, funções celulares conhecidas. Esta observação deve contribuir para a posterior anotação funcional do genoma de T. reesei. Também foram identificados reguladores transcricionais diferencialmente expressos em baixas tensões de oxigênio. O perfil de expressão destes reguladores aponta-os como potenciais candidatos ao envolvimento com a expressão de genes afetados pela disponibilidade de oxigênio. / Glucose and oxygen are essential molecules in most of living organisms. In addition to their importance in production of energy - glucose as a carbon and energy source and oxygen as an acceptor of electrons donated by NADH and FADH2 - both molecules function as effectors modulating various metabolic and physiological processes in the cell. Because one of the targets affected by both molecules is the mitochondrion, we isolated and sequenced the mitochondrial genome of Trichoderma reesei, a multicellular fungus that is used in this study as a model system. The effect of varying the concentration of glucose and oxygen on the expression of the transcripts of the mitochondrial genome, and its implication on the metabolism of glucose, was studied. Gene-wide expression analyses of nearly 2000 transcripts of T. reesei under limited concentration of dissolved oxygen, using cDNA microarry technique, are presented. At least 330 transcripts were differentially expressed with respect to oxygen availability. Those involved in protein synthesis and cell division processes were downregulated, while transcripts involved in cell defense and RNA synthesis were upregulated. A substantive fraction of other anaerobically affected genes have currently unknown cellular roles, and these results should therefore contribute to further functional annotation of the genome. ln addition, we have identified transcriptional regulators that are differentially expressed at a low oxygen tensions. The expression profile of these regulators points them out as potential candidates involved in the expression of genes affected by oxygen availability.

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Ph. D.

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