Fusarium oxysporum es un patógeno fúngico transmitido por el suelo que causa un grupo de enfermedades graves de las plantas conocidas como marchitez por Fusarium. Es uno de los patógenos vegetales de mayor importancia económica a nivel mundial y puede infectar cientos de especies, incluidos cultivos importantes como tomates, plátanos, algodón y melones, provocando marchitez, retraso del crecimiento y muerte de las plantas. Comprender cómo F. oxysporum supera las defensas del huésped para aumentar la virulencia es fundamental para mitigar su impacto en la agricultura.
F. oxysporum ocupa el quinto lugar entre los 10 hongos vegetales más patógenos debido a su amplia patogenicidad.
Ahora, un equipo de científicos dirigido por el profesor Liu Xiao del Instituto de Microbiología de la Academia China de Ciencias (CAS) ha descubierto un vínculo importante entre el reloj circadiano del hongo del marchitamiento por Fusarium y su patogenicidad, ofreciendo nuevos conocimientos sobre cómo F. oxysporum se adapta a su entorno huésped.
El estudio muestra que el reloj circadiano juega un papel clave en la regulación de la respuesta del hongo a la falta de zinc (una importante estrategia de defensa de las plantas), así como en el control del metabolismo secundario, mejorando así su virulencia. Los resultados del estudio, que aportan nuevos conocimientos sobre las interacciones huésped-patógeno, se publican en la revista Science Advances.
Los relojes circadianos son sistemas biológicos de cronometraje que permiten a los organismos sincronizar los procesos fisiológicos con los ciclos ambientales diarios. Aunque se sabe que estos relojes influyen en las respuestas inmunes de los organismos huéspedes, su papel en la regulación de la virulencia de los patógenos ha permanecido en gran medida inexplorado, hasta ahora.
Este estudio confirma la presencia de un reloj circadiano funcional en F. oxysporum caracterizado por un ciclo de retroalimentación negativa que involucra los factores de transcripción FoWC1, FoWC2 y la proteína del reloj central FoFRQ. Entre los múltiples genes Fofrq que contribuyen al oscilador circadiano, Fofrq1 fue identificado como el regulador principal.
Utilizando mutantes fúngicos deficientes en el reloj, los investigadores demostraron que los genes del reloj circadiano son necesarios para la virulencia de los patógenos. Experimentos adicionales demostraron que la virulencia de los hongos cambia durante el día bajo el control del reloj, es decir, la capacidad del hongo para infectar plantas fluctúa dependiendo de la hora del día.
El análisis del transcriptoma de series temporales reveló además patrones de expresión rítmica en numerosos genes, particularmente factores de transcripción y genes metabólicos, algunos de los cuales se superponen con factores patógenos conocidos. Estas vías reguladas por el reloj ayudan a F. oxysporum a aliviar el estrés por deficiencia de zinc y a aumentar la producción de ácido fusárico, una fitotoxina clave que mejora su infectividad.
Aquí investigamos el papel del reloj circadiano en la regulación de la patogénesis del hongo patógeno Fusarium oxysporum , siendo Fofrq1 un gen clave del reloj circadiano. La patogénesis de F. oxysporum en plantas está controlada por su reloj circadiano, y las infecciones causan los síntomas más graves al amanecer. Cabe destacar que la alteración de los genes del reloj circadiano reduce drásticamente la patogenicidad del hongo. El reloj circadiano regula la expresión rítmica de varios factores de transcripción, incluyendo FoZafA, que permite al patógeno adaptarse a la carencia de zinc en la planta, y FoCzf1, que impulsa la producción de la toxina ácido fusárico. En conjunto, nuestros resultados resaltan el importante papel del reloj circadiano en la patogenicidad de F. oxysporum al regular la respuesta a la carencia de zinc y la producción de metabolitos secundarios, explican los autores del estudio.
Un modelo que ilustra cómo el reloj circadiano endógeno de F. oxysporum promueve la virulencia y la infección. Fuente: Grupo del profesor Liu Xiao.
Esta investigación destaca el importante papel de los relojes circadianos de los hongos en la orquestación de la patogénesis y la invasión del huésped, abriendo el camino para enfoques innovadores para la protección de los cultivos.
Fuente: Academia China de Ciencias. Autor: Zhang Nannan.
Foto principal: Anna Medvedeva
