Doctora en Bioquímica / Las giberelinas (GAs) son fitohormonas diterpénicas sintetizadas como
metabolitos secundarios por algunos hongos, entre ellos Fusarium fujikuroi, patógeno
del arroz que produce grandes cantidades de ácido giberélico (GA3). Esta especie forma
parte del complejo taxonómico Gibberella fujikuroi que incluye otras 10 especies
relacionadas filogenéticamente denominadas poblaciones de apareamiento (A-K).
Aunque todas las especies del complejo G. fujikuroi contienen genes de la biosíntesis de
GAs la producción de estos diterpenos se ha descrito casi exclusivamente en F. fujikuroi,
con excepción de dos cepas de Fusarium proliferatum y una cepa de Fusarium konzum
que sintetiza muy bajas cantidades de GAs.
Con el objeto de investigar si existen otras especies productoras de GAs en el
complejo G. fujikuroi, se caracterizaron varias cepas de Fusarium sacchari (aislado de
la caña de azúcar), de Fusarium konzum (aislado de pastos de praderas) y de Fusarium
subglutinans (aislado del maíz). F. sacchari es una especie cercanamente relacionada
con F. fujikuroi, agrupada en el clado Asiático del complejo en tanto que F. konzum y F.
subglutinans son especies filogenéticamente alejadas de F. fujikuroi agrupadas en el
clado Americano. Las cepas de F. sacchari investigadas presentaron diferencias con
respecto a su capacidad de sintetizar GAs. Cinco aislados (B-12756; B-1732, B-7610, B-
1721 and B-1797) resultaron activos sintetizando principalmente GA3 (2,76-28,4
mg/mL) mientras que otros dos (B-3828 and B-1725) resultaron inactivos. Las etapas
catalizadas por la geranilgeranil difosfato sintasa (GGS2) y/o la ent-kaureno sintasa (CPS/KS) son limitantes en las cepas productoras ya que los niveles de GA3 aumentaron
2,9 veces por complementación con los genes ggs2 y cps/ks de F. fujikuroi.
Con respecto a F. konzum, de los seis aislados que se investigaron tres (I-10653;
I-11616; I-11893) sintetizaron GAs, principalmente GA1, un producto final diferente al
de las cepas activas de F. sacchari. Además, los niveles de GAs sintetizados por F.
konzum fueron muy bajos (menos de 0,1 mg/mL). Tres cepas de F. konzum resultaron
inactivas y no presentaron actividad de ninguna oxidasa de GAs lo que sugiere que los
genes respectivos no se expresan. Las dos cepas de F. subglutinans ensayadas no
sintetizan GAs ni presentan actividad de las oxidasas. Estos resultados indican que la
capacidad de sintetizar GAs está presente en otras especies del complejo G. fujikuroi
además de F. fujikuroi, pero puede diferir significativamente entre cepas.
Finalmente se investigó la biosíntesis de GAs en un conjunto de 19 cepas
híbridas (CxD) provenientes de un cruce entre F. fujikuroi y F. proliferatum, dos
especies muy cercanas filogenéticamente agrupadas en el clado Asiático del complejo G.
fujikuroi. Las dos cepas parentales (F. fujikuroi C-1995 y F. proliferatum D-4854)
contienen los genes de la biosíntesis de GAs pero difieren en su capacidad biosintética:
C-1995 sintetiza GAs, principalmente GA3, mientras que D-4854 no produce GAs. Las
cepas híbridas no presentaron un patrón de segregación Mendeliano 1:1 como se
esperaba sino que se encontró en la progenie un patrón de tres fenotipos: 8 híbridos
producen GA3 en cantidades similares a la cepa parental C-1995 en tanto que 6 cepas
resultaron inactivas para la biosíntesis de GAs. Además de los fenotipos parentales una
parte de la progenie (5 cepas) produjo pequeñas cantidades de GAs, principalmente GA1 y presenta bajos niveles de expresión de los genes. Estos resultados evidencian que
el cruce interespecies puede generar nuevos patrones de metabolitos secundarios, en este
caso de GAs. El conjunto de resultados obtenidos sugiere que la capacidad de sintetizar
GAs en niveles significativos estaría restringida a las especies de Fusarium agrupadas en
el clado Asiático del complejo G. fujikuroi / Gibberellins (GAs) are diterpene phytohormones synthesized as secondary
metabolites by some fungi like Fusarium fujikuroi, a plant pathogen that produces high
levels of gibberellic acid (GA3). This Fusarium species belongs to Gibberella fujikuroi,
a taxonomic species complex that includes 10 other phylogenetically related species
denominated mating populations (A-K). Even when all the species within the G.
fujikuroi complex contain GA biosynthesis genes, the production of these diterpenes has
been almost exclusively found in F. fujikuroi, except for two Fusarium proliferatum
strains and one Fusarium konzum isolate that synthesizes very low GA levels.
In order to find out if other species within the G. fujikuroi complex synthesize
GAs, several strains of three Fusarium species were characterized: Fusarium sacchari
(isolated from sugar cane), F. konzum (isolated from prairie grasses) and Fusarium
subglutinans (isolated from maize). F. sacchari is closely related to F. fujikuroi and
grouped in the Asian clade of the complex while F. konzum and F. subglutinans are
phylogenetically distant species grouped in the American clade. Analyzed F. sacchari
strains differed in their ability to synthesize GAs. Five isolates (B-12756; B-1732, B-
7610, B-1721 and B-1797) were active and synthesized mainly GA3 (2,76-28,4 mg/mL)
while two others (B-3828 and B-1725) were inactive. The steps catalyzed by
geranylgeranyl diphosphate synthase (GGS2) and/or ent-kaurene synthase (CPS/KS)
were limiting in F. sacchari active strains since it was found that GA3 levels increased
by 2.9 fold upon complementation with ggs2 and cps/ks genes from F. fujikuroi. For F. konzum, six isolates were analyzed of which three (I-10653; I-11616; I-
11893) synthesized GAs, mainly GA1, a different final product than that synthesized by
F. sacchari active strains. GA levels formed by F. konzum isolates were very low (less
than 0,1 mg/mL). Three F. konzum strains were inactive in GA biosynthesis and
contained no GA oxidase activities suggesting that the respective genes were not
expressed. For F. subglutinans the two isolates assayed did not synthesize GAs and
lacked activity of the GA oxidases. These results evidence that GA biosynthesis is
present in other species within the G. fujikuroi complex besides F. fujikuroi but may
differ significantly between isolates.
Finally, GA biosynthesis was investigated in a group of 19 hybrid strains (CxD)
from an interspecies cross between F. fujikuroi y F. proliferatum, two closely related
species that belong to the American clade in the G. fujikuroi complex. Both parental
strains (F. fujikuroi C-1995 and F. proliferatum D-4854) contain the GA biosynthetic
genes but differed in their ability to produce GAs: C-1995 synthesizes GAs, mainly
GA3, while D-4854 did not produce GAs. The hybrid strains did not show a Mendelian
1:1 segregation pattern as expected but we found in the progeny a three phenotype
pattern: 8 CxD hybrids produced GA3 at similar levels than the parental strain C-1995
while 6 strains were inactive for GA biosynthesis. Besides the parental phenotypes 5
progeny strains produced low GA levels, mainly GA1 and showed low expression of the
respective genes. These findings indicate that interspecies crosses may generate new
profiles of secondary metabolites, like the GAs. Altogether obtained results suggest that GA biosynthesis at significant levels would be restricted to the Fusarium species of the
Asian clade in the G. fujikuroi complex / FONDECYT; FONDAP; MECESUP
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/114865 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Troncoso Vilches, Claudia Marcela |
| Contributors | Rojas Garrido, María Cecilia, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | English |
| Type | Tesis |
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