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Análisis transcriptómico de physcomitrella patens durante la interacción con el hongo patógeno colletotrichum gloeosporioides
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Las malas prácticas de gestión agrícola y de los recursos hídricos, así como el uso excesivo de fertilizantes y pesticidas, han dado lugar a la erosión y la desertificación del suelo. Actualmente alrededor del 70% de los suelos tienen problemas de degradación en diferentes niveles, desde leves hasta extremos. El desarrollo de nuevas estrategias para el control de las enfermedades vegetales y para el mejoramiento de las plantas, reduciendo el empleo de fertilizantes industriales, puede constituir una alternativa que ayude a disminuir la contaminación y al mismo tiempo, controlar la incidencia de los patógenos resistentes. Physcomitrella patens es un organismo modelo ampliamente utilizado para el estudio de las respuestas de defensa en plantas. Colletotrichum gloeosporioides es un hongo fitopatógeno responsable de grandes pérdidas en la agricultura a nivel mundial.
En este estudio se analizó mediante microscopía óptica, fenómica y transcriptómica comparativa la interacción entre P. patens y C. gloeosporioides. A partir de las 8 horas posteriores a la infección se observaron respuestas tanto celulares como moleculares de P. patens ante el ataque del patógeno, aun cuando los síntomas no eran visibles a simple vista. También se calculó el rendimiento cuántico de la fotosíntesis como medida indirecta del estrés en la planta, y se observó cómo este parámetro disminuye drásticamente en las muestras infectadas. Asimismo, se analizó el efecto de la aplicación las fitohormonas ácido salicílico y ácido jasmónico, en la respuesta de defensa de P. patens. Se observó que, en presencia de ácido salicílico y ácido jasmónico, disminuye significativamente el daño celular en P. patens ante la infección con C. gloeosporioides. Se obtuvo el transcriptoma de P. patens a las 8 y 24 horas de
infección con C. gloeosporioides. El análisis bioinformático reveló que, debido al efecto de la infección 841 genes se regulan positivamente y 410 negativamente, mientras que como consecuencia de la duración de la infección 206 genes son regulados positivamente y 160 negativamente.
Entre las principales rutas bioquímicas sobrerrepresentadas como consecuencia de la infección se encontró la síntesis de fenilpropanoides, que está estrechamente relacionado con la respuesta de defensa en plantas. También se encontraron sobrexpresadas las vías relacionadas con las especies reactivas del oxígeno (H2O2) y de síntesis y remodelación de componentes de la pared celular como lignanos, celulosa y pectina. Genes específicos de respuesta de defensa, como los que codifican para las proteínas tipo DIR1, ERG3 y SNC1 también estaban sobrexpresados, al igual que varios factores de transcripción típicos de las respuestas a estrés biótico en plantas. Sin embargo, no se encontraron diferencialmente expresados algunos genes típicos de la respuesta de defensa en plantas vasculares como el gen que codifica para la proteína reguladora NPR1 o los factores de transcripción WRKY.ABSTRACT
Poor agricultural and water management practices, as well as excessive use of fertilizers and pesticides, have led to soil erosion and desertification. Currently around 70% of soils have degradation problems at different levels, from mild to extreme. The development of new strategies to control plant diseases and to improve plants, reducing the use of industrial fertilizers, can be an alternative that helps to reduce contamination and, at the same time, control the incidence of resistant pathogens. Physcomitrella patens is a model organism widely used for the study of defense responses in plants. Colletotrichum gloeosporioides is a phytopathogenic fungus responsible for large losses in agriculture worldwide.
In this study, the interaction between P. patens and C. gloeosporioides was analyzed using comparative light microscopy, phenomic, and transcriptomic. Since 8 hours after infection, both, cellular and molecular responses of P. patens to the attack of the pathogen were observed, even when the symptoms were not visible to the naked eye. The quantum yield of photosynthesis was also calculated as an indirect measure of stress in the plant. It was observed how this parameter decreases dramatically in the infected samples. Likewise, the effect of the application of the phytohormones salicylic acid and jasmonic acid on the defense response of P. patens was analyzed. It was observed that, in the presence of salicylic acid and jasmonic acid, cell damage in P. patens decreases significantly when infected with C. gloeosporioides. The P. patens transcriptome was obtained at 8 and 24 hours after infection with C. gloeosporioides. Bioinformatic analysis revealed that, due to the effect of infection, 841 genes are upregulated and 410 downregulated, while 206 genes are upregulated and 160 downregulated as a consequence of the duration of infection.
Synthesis of phenylpropanoids was one of the main biochemical over-represented pathways as consequence of infection. This pathway is closely related to the defense response in plants. The pathways related to reactive oxygen species (H2O2) and synthesis and remodeling of cell wall components, such as lignans, cellulose and pectin were also overexpressed. Specific defense response genes, like those encoding DIR1, ERG3, and SNC1 porteins, were also overexpressed, as well as several transcription factors typical of responses to biotic stress in plants. However, some genes also typical of the defense response in vascular plants, such as genes encoding the regulatory protein NPR1 or transcription factors WRKY were not differentially expressed
Análisis morfológico y molecular de aspergillus sydowii en condiciones de baja actividad de agua
Get PDFResumen
Los hongos ascomicetos filamentosos en particular los del género Aspergillus, son modelos especialmente atractivos para el estudio de los mecanismos de tolerancia al estrés osmótico pues pueden crecer en el rango de los valores más bajos de actividad de agua (aw) que sostienen la vida (0.75-0.80). Aspergillus sydowii aislado a partir de bagaso de caña está descrito como un hongo halotolerante con un crecimiento óptimo entre 0.5 M y 1 M de NaCl tolerando hasta 2 M de NaCl. Varias especies de este mismo género, caracterizadas como halófilas, son atractivas por sus potenciales aplicaciones industriales y biotecnológicas, siendo eficientes en la degradación de la biomasa, de compuestos orgánicos recalcitrantes y en la producción de enzimas con funciones importantes. Con el fin de comprender los mecanismos moleculares y celulares involucrados en la respuesta al estrés en este trabajo se propone analizar comparativamente el transcriptoma de Aspergillus sydowii en condiciones de crecimiento óptimas (CO) (1M) y estresantes (CE) (5.13M). La concentración de NaCl en la CE utilizada en este estudio, está reportada como saturante correspondiendo a una aw = 0.75 y para la cual no existen estudios anteriores de transcriptómica en este organismo. Métodos: la extracción total de ARN se realizó a los 4 días de crecimiento en YMB con el kit Zymo-Spin IC para la CO y el método tradicional con fenol ácido fue utilizado para la CE. La secuenciación se realizó a través de la plataforma Illumina, con extremos pareados, con una profundidad de entre 30 y 50 millones de lecturas. Trinity se usó para el ensamble de novo; para la cuantificación de los niveles de expresión se empleó kallisto, el análisis de expresión diferencial se realizó con edgeR y el programa Blast2Go se usó para la anotación funcional y el enriquecimiento de GO y vías metabólicas. Además se estudió la presencia de enzimas relacionadas con la respuesta del hongo al estrés oxidativo la CE. El análisis bioinformático mostró que debido a la CE, 704 genes se regularon positivamente y 1138 negativamente. Entre los principales procesos sobrerrepresentados se encuentran la biosíntesis de la pared celular que se conoce como una estrategia de vida de los hongos halófilos; la actividad de la enzima 1-3 β glucanosiltranferasa y la biosíntesis de polisacáridos. Los procesos metabólicos del glicerol, de polioles, y de la transducción de señales mediante la fosforilación de proteínas se encuentran regulados negativamente. Se encontraron genes con sobreexpresión significativa con la relacionados actividad de los sistemas antioxidantes.Abstract
Filamentous ascomycete fungi, particularly those of the genus Aspergillus, are especially attractive models for studying the mechanisms of tolerance to osmotic stress since they can grow in the range of the lowest values of water activity (aw) that support life (0.75 -0.80). Aspergillus sydowii isolated from cane bagasus is described as a halotolerant fungus with optimal growth between 0.5 M and 1 M NaCl, tolerating up to 2 M NaCl. Several species of this same genus, characterized as halophilic, are attractive for their potential industrial and biotechnological applications, being efficient in the degradation of biomass, recalcitrant organic compounds and in the production of enzymes with important functions. In order to understand the molecular and cellular mechanisms involved in the stress response, this work proposes comparatively analyzing the Aspergillus sydowii transcriptome under optimal growth conditions (CO) (1M) and stressful conditions (CE) (5.13M). The concentration of NaCl in the CE used in this study is reported as saturating, corresponding to aw = 0.75 and for which there are no previous transcriptomic studies in this organism. Methods: total RNA extraction was carried out at 4 days of growth in YMB with the Zymo-Spin IC kit for CO and the traditional method with acid phenol was used for CE. Sequencing was performed through the Illumina platform, with paired ends, with a depth of between 30 and 50 million reads. Trinity was used for the ensemble de novo; kallisto was used for the quantification of the expression levels, the differential expression analysis was carried out by edgeR and Blast2Go was used for the functional annotations and GO enrichments and metabolic pathways. In addition, the presence of enzymes related to the response of the fungus to oxidative stress CE was studied. Bioinformatic analysis showed that due to CE, 704 genes were up-regulated and 1138 negatively. Among the main overrepresented processes are cell wall biosynthesis which is known as a life strategy of halophilic fungi; the activity of the enzyme 1-3 β glucanosyltranferase and the biosynthesis of polysaccharides. The metabolic processes of glycerol, polyols, and signal transduction through protein phosphorylation are negatively regulated. Genes with significant overexpression were found with related activity of antioxidant systems
Análisis comparativo del transcriptoma del hongo halófilo aspergillus sydowii-like, crecido en benzo [a] pireno y fenantreno en condiciones hipersalinas.
Get PDFRESUMEN
El uso indiscriminado de combustibles fósiles, los derrames de petróleo, entre otras causas relacionadas, son los factores principales que han contribuido a lo largo del tiempo a la persistencia de contaminantes xenobióticos en el ambiente. Ejemplo de este tipo de compuestos son los hidrocarburos policíclicos aromáticos (HPAs), caracterizados por ser tóxicos, carcinogénicos y mutagénicos debido a la estabilidad de su estructura aromática. En este sentido se han implementado varias estrategias ambientales con el objetivo de remover este tipo de compuestos, entre las que se encuentra la biorremediación. El empleo de hongos filamentosos en este campo ha probado tener ciertas ventajas sobre el uso de bacterias. Sin embargo, muy pocos estudios en la actualidad se enfocan en los mecanismos moleculares que permiten a los hongos utilizar los HPAs como fuente de carbono en condiciones de halofilia; donde se esperaría produzcan enzimas funcionalmente estables para degradarlos en condiciones de hipersalinidad (1M NaCl).
En este estudio se analizó el transcriptoma de Aspergillus sydowii-like, un hongo halófilo con potencialidad para degradar HPAs en condiciones hipersalinas. A. sydowii-like fue capaz de crecer en presencia de HPAs como única fuente de carbono, y luego de 4 días de cultivo, fue capaz de degradar un 48 y un 58% de benzo [a] pireno y fenantreno, respectivamente. Se investigó su capacidad para producir lacasas, peroxidasas y esterasas bajo condiciones hipersalinas. Este estudio reveló que la biodegradación era predominante sobre la biosorción como estrategia de eliminación. Se empleó la técnica de RNAseq para identificar y caracterizar el transcriptoma de A. sydowii-like. El ARN total se purificó y secuenció a partir de cultivos crecidos en presencia de HPAs o glucosa en condiciones hipersalinas (1M NaCl). El análisis bioinformático realizado reveló que 170 genes regulados positivamente y 76 regulados negativamente se expresaron diferencialmente en presencia de HPAs respecto al crecimiento de este hongo en presencia de glucosa (control). En presencia de HPAs, A. sydowii-like aumenta el número de transcritos de enzimas involucradas directamente en la degradación de este tipo de compuestos, tal es el caso de la glutatión-S-transferasa, la NADH-
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ubiquinona oxidorreductasa y la cloroperoxidasa. Así mismo se favorece la respiración celular con el objetivo de oxidar los HPAs hasta CO2 y H2O. Este es el primer intento de análisis de la expresión génica de un hongo halófilo en presencia de HPAs.ABSTRACT
The indiscriminate use of fossil fuels and oil spills, among other related causes are the main factors that have contributed over time to the persistence of xenobiotic pollutants in the environment. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are defined as persistent xenobiotic compounds with strong carcinogenic and mutagenic properties, highly toxic and stable in the environment due to their aromatic rings. Several eco-friendly strategies have been used to remove them from aquatic ecosystems, bioremediation included. The use of filamentous fungi in this field has proven to have certain advantages over the use of bacteria. However, very few studies focus on the molecular mechanisms that allow fungi to use PAHs as a carbon source under halophilic conditions; where it would be expected the production of functionally stable enzymes to degrade them under hypersaline conditions (1M NaCl).
In this study we analyze the transcriptome of Aspergillus sydowii-like, a halophile fungus with the potential for PAHs degradation under hypersaline conditions. The growth profile of A. sydowii-like was measured, revealing that this fungus could use PAHs as a sole carbon source. After 4 days of culture, it was capable to degrade a 48 and 58% of benzo [a] pyrene and phenantrene respectively. Its ability to produce laccases, peroxidases and esterases under hypersaline conditions was investigated. This study revealed that biodegradation was predominant over biosorption as the removal strategy. High-throughput sequencing was employed to identify and characterize the transcriptome of A. sydowii-like. Total RNA was purified and sequence from hipersaline cultures (1M NaCl) growing in presence of PAHs or glucose. The bioinformatic analysis showed that 170 genes were up regulated whereas 76 were down regulated demonstrating differential expression in PAHs vs glucose. In the presence of PAHs, A. sydowii-like increases the number of transcripts of the enzymes directly involved in the degradation of this type of compounds, such as glutathione-S-transferase, NADH-ubiquinone oxidoreductase and chloroperoxidase. Likewise, the respiratory chain is favored with the aim of oxidizing
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the PAHs to CO2 and H2O. This is the first attempt to analyse with a high- throughput vision the gene expression of a halophile fungus in presence of PAH
Mecanismos de tolerancia a MgCl₂ y potencial en micorremediación del ascomiceto halófilo Aspergillus sydowii
No full textLos organismos extremófilos tienen la capacidad de vivir en condiciones inhóspitas para cualquier otro organismo vivo. Estos microorganismos desarrollan mecanismos de respuesta que les permiten sobrevivir en estos ambientes con elevadas concentraciones de sales. En los hábitats hipersalinos con concentraciones elevadas de sal, se han identificado una gran diversidad de hongos extremófilos entre los que se destacan las especies del género Aspergillus. No se conocen claramente los mecanismos moleculares que diferencian la respuesta a condiciones hipersalinas impuestas por NaCl y MgCl₂. Para una mayor claridad se realizó un análisis transcriptómico de Aspergillus sydowii presencia de 2 M de la sal caotrópica MgCl₂ y 2 M de la sal cosmotrópica NaCl para entender los mecanismos diferenciales de respuesta a estrés osmótico. A partir del análisis del transcriptoma se identificaron 376 transcritos diferenciales regulados positivamente y 436 transcritos regulados negativamente. Entre los transcritos regulados positivamente se identificaron genes involucrados en la respuesta al daño en el genoma, la biosíntesis de solutos compatibles, las modificaciones de la pared celular, el transporte celular, el estrés oxidativo y ciclo celular. Se detectaron por Cromatografía Líquida de Alta Definición (HPLC) aquellos solutos compatibles involucrados en la respuesta al estrés osmótico en A. sydowii. En ambas condiciones la utilización de compuestos osmóticamente activos genera la mezcla de solutos como la trehalosa, el manitol, el arabitol, el eritritol y el glicerol. En presencia de 2 M de MgCl₂ se detectó mayor actividad de las enzimas catalasa y glutatión peroxidasa respecto a la condición de 2 M NaCl. Esto sugiere que existe un estrés oxidativo en A. sydowii a altas concentraciones de MgCl₂ y que las enzimas catalasa y glutatión peroxidasa están involucradas en la respuesta del mantenimiento de la homeostasis redox a nivel celular.There are environments that present extreme life conditions, however, some microbial communities have the ability to live in these, these communities are defined as extremophiles. An example of these are environments with high concentrations of ions, in which the availability of water in the environment is very low, which is why it represents a challenge for life. Extremophilic microorganisms present response mechanisms that allow them to survive in these environments with high concentrations of salts. In hypersaline habitats, a great diversity of extremophilic fungi have been identified, among which species of the genus Aspergillus stand out for their high tolerance to high concentrations of salts. The molecular mechanisms that differentiate the response to hypersaline conditions imposed by NaCl and MgCl₂ are not clearly understood. For greater clarity, a transcriptomic analysis of Aspergillus sydowii grown in the presence of 2 M of the chaotropic salt MgCl₂ and 2 M of the cosmotropic NaCl salt was performed to understand the differential mechanisms of response to osmotic stress. From transcriptome processing, 376 positively regulated transcripts and 436 negatively regulated transcripts were identified. Among the positively regulated transcripts, genes involved in the response to damage in the genome, biosynthesis of compatible solutes, cell wall modifications, cell transport, oxidative stress and cell cycle were identified. Compatible solutes involved in the response to osmotic stress in A. sydowii were detected by High Definition Liquid Chromatography (HPLC). In both conditions, the use of osmotically active compounds is given by a mixture of solutes such as trehalose, mannitol, arabitol, erythritol and glycerol. In the presence of 2 M of MgCl₂, greater activity of the enzymes catalase and glutathione peroxidase was detected with respect to the condition of 2 M NaCl. This suggests that there is oxidative stress in A. sydowii at high concentrations of MgCl₂ and that the enzymes catalase and glutathione peroxidase are involved in the response to maintain redox homeostasis at the cellular level
Hongos extremófilos: alternativa para la biorremediación de aguas residuales de rastros municipales en Morelos
Get PDFActualmente la contaminación creciente de los cuerpos de agua, es un problema que demandan atención urgente desde varias disciplinas del conocimiento. La mayoría de los establecimientos que brindan el servicio de sacrificio y faenado animal en el estado de Morelos no disponen de un sistema adecuado de tratamiento para los desechos líquidos y sólidos generados. La sangre es considerada y tratada como un residuo industrial, aumentando el costo de tratamiento y operación del sistema de depuración de estos residuos líquidos. La caracterización particular de estas aguas residuales posee alta carga orgánica (200,000 mg/L de DBO5) debido a la presencia de sangre, principal contaminante, excremento, contenido estomacal, altos niveles de grasa, fluctuaciones en el pH, debido a la presencia de agentes de limpieza como detergentes, altos niveles de nitrógeno, fósforo y NaCl, entre otros compuestos. La biorremediación es una alternativa ecológicamente amigable y sustentable para la remoción de xenobióticos. El desarrollo de estrategias biológicas combinadas con métodos físicos y químicos resulta atractivo para el tratamiento de aguas residuales, como las provenientes de los rastros municipales en Morelos. Los microorganismos tienen la capacidad de producir enzimas hemolíticas que degradan la sangre (lisan los hematíes o eritrocitos), la mayoría de los hongos existen en el medio ambiente como saprófitos (organismo que obtiene su energía de materia orgánica muerta), sus enzimas presentan baja especificidad lo que les permite degradar una gran variedad de compuestos xenobióticos. En particular, los hongos extremófilos poseen amplias capacidades metabólicas que les permiten crecer en ambientes muy hostiles con propiedades fisicoquímicas muy particulares que limitan normalmente el crecimiento de otros sistemas vivos. Es por ello que el uso de hongos halófilos o halotolerantes puede resultar una alternativa en el tratamiento de aguas contaminadas con sangre provenientes de los rastros municipales. En este trabajo se estudió el potencial biotecnológico para la biorremediación de aguas residuales de rastros municipales de aislados fúngicos de ambientes hipersalinos de Baja California Sur. Las cepas fueron capaces de crecer en presencia de sangre, HPAs, residuos celulósicos, diésel y gasolina usando estos compuestos como única fuente de carbono, cuatro cepas presentaron una remoción de 75% en DQO de agua residual de rastros municipales (artificial). Se determinó la actividad enzimática después del tratamiento fúngico donde se observó actividad de las enzimas amilasas, celulasas, xilanasas y proteasa.Currently, the increasing pollution of bodies of water, are problems that demand urgent attention from various disciplines of knowledge. Most of the establishments that provide the service of animal sacrifice in the state of Morelos does not have an adequate system of treatment for waste liquids and solids generated. The blood is regarded and treated as an industrial waste, increasing the cost of treatment and operation of the system of purification of these waste liquids. The characterization, particularly of this wastewater has high organic load (200,000 mg/L of BOD5) due to the presence of blood as the main contaminant, feces, and stomach contents, high levels of fat, fluctuations in pH due to the presence of cleaning agents such as detergents, high levels of nitrogen, phosphorus and NaCl, among other compounds. Biorremdiation is an alternative ecologically friendly and sustainable for the removal of xenobiotics. The development of biological strategies combined with physical and chemical methods is attractive for the treatment of wastewater, such as from municipal slaughterhouses in Morelos. Microorganisms have the ability to produce enzymes, hemolytic, which degrade the blood (lyse the red blood cells or erythrocytes), most of the fungi exist in the environment as saprophytes (an organism heterotrophic that gets its energy from dead organic matter), their enzymes have a low specificity which allows. Principio del formulation. In this work, we studied the potential of bioremediation of wastewater of traces municipal of isolated fungal environments hypersaline of Baja California Sur. The strains were able to grow in the presence of blood, Pah, waste cellulosic, diesel, and gasoline using these compounds as a sole source of carbon, four strains showed a removal of 75% in COD of waste water of traces municipal (artificial). We measured the enzyme activity after treatment fungal where we observed activity of the enzymes amylases, cellulases, ylanases, and protease
Colletotrichum gloeosporioides, un patógeno hemibiótrofo, infecta al musgo Physcomitrium patens: estudio morfológico y molecular del proceso de infección
Get PDFEl control de las enfermedades causadas por fitopatógenos es primordial para evitar pérdidas económicas millonarias y aumentar la producción de alimentos a nivel mundial. Teniendo en cuenta que entre el 70 y 80 % de las enfermedades de plantas son causadas por hongos, se hace imprescindible conocer a profundidad los mecanismos de patogénesis de estos organismos. Colletotrichum gloeosporioides es un hongo fitopatógeno hemibiótrofo que afecta a más de 470 especies de plantas, con un impacto notable en la agricultura a nivel mundial. Physcomitrium patens es un organismo modelo ampliamente utilizado para el estudio de las respuestas de defensa en plantas basales
Análisis morfológico, fisiológico y transcripcional del hongo halófilo Aspergillus sydowii durante su exposición a condiciones poliaromáticas y extremas de baja actividad de agua
Get PDFRESUMEN
El hongo ascomiceto halófilo Aspergillus sydowii EXF-12860 fue el modelo seleccionado en este
estudio dada su capacidad de degradar hidrocarburos policíclicos aromáticos (HPAs) y otros
compuestos xenobióticos en condiciones hipersalinas. De igual manera, se comprobó su
capacidad de crecimiento en los menores valores de actividad de agua (aw) que sustentan la
vida (aw = 0.75). En nuestro estudio se llevó a cabo la biorremediación de HPAs de un medio
hipersalino (1M NaCl) empleando al hongo A. sydowii, el cual fue capaz de metabolizar estos
compuestos como única fuente de carbono luego de 10 días. Se estudiaron los mecanismos
metabólicos de degradación de los HPAs analizando el transcriptoma de A. sydowii y se
encontraron genes relacionados con la remodelación de la pared celular, la degradación y el
metabolismo de los xenobióticos y la respuesta al estrés. Se realizaron estudios bioquímicos y
toxicológicos en diferentes organismos modelo (Physcomitrella patens, líneas celulares
humanas y el pez cebra) donde la presencia de A. sydowii disminuyó la toxicidad del medio
contaminado con HPAs.
En un segundo estudio se realizó un análisis comparativo de las adaptaciones moleculares,
fisiológicas y morfológicas de A. sydowii ante condiciones de baja aw (0.75) impuesta por los
kosmotropos NaCl, KCl y Sorbitol. El análisis transcriptómico reveló que A. sydowii desarrolla
adaptaciones que le permiten mantener el equilibrio osmótico y evitar el daño oxidativo a alta
salinidad. La reorganización de la pared celular, el transporte de cationes a través de la
membrana y la síntesis de glicerol fueron los principales procesos regulados. A nivel morfológico
se vio afectado el crecimiento de este hongo en presencia de NaCl (aw ≅ 0,75). A nivel
metabólico la degradación de diversos sustratos orgánicos, fuentes de fósforo, azufre y
nitrógeno también se vio afectada en presencia de sales (NaCl y KCl) versus solutos orgánicos
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(Sorbitol) y la condición óptima de crecimiento. Desde nuestra perspectiva, este es el trabajo
más completo sobre el potencial de A. sydowii como herramienta en enfoques de
biorremediación y de adaptación a condiciones extremas de baja aw impuesta por varios solutos.ABSTRACT
The halophilic ascomycete fungus Aspergillus sydowii EXF-12860 was the model selected in
this study due to its ability to degrade polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and other
xenobiotic compounds under hypersaline conditions. Similarly, its growth capacity was verified
in the lowest values of water activity (aw) that support life (aw = 0.75). In our study, the
bioremediation of PAHs from a hypersaline medium (1M NaCl) was carried out using the fungus
A. sydowii, which was able to metabolize these compounds as the only carbon source after 10
days. The metabolic mechanisms of PAHs degradation were studied by analyzing the
transcriptome of A. sydowii and genes related to cell wall remodeling, degradation and
metabolism of xenobiotics and the response to stress were found. Biochemical and toxicological
studies were carried out in different model organisms (Physcomitrella patens, human cell lines
and zebrafish) where the presence of A. sydowii decreased the toxicity of the medium
contaminated with PAHs.
In a second study, a comparative analysis of the molecular, physiological and morphological
adaptations of A. sydowii under low aw conditions imposed by the cosmotrophs NaCl, KCl and
Sorbitol was carried out. Transcriptomic analysis revealed that A. sydowii develops adaptations
that allow it to maintain osmotic balance and avoid oxidative damage at high salinity. Cell wall
reorganization, cation transport across the membrane, and glycerol synthesis were the main
regulated processes. At the morphological level, the growth of this fungus was affected in the
presence of NaCl (aw ≅ 0.75). At the metabolic level, the degradation of various organic
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substrates, sources of phosphorus, sulfur and nitrogen was also affected in the presence of salts
(NaCl and KCl) versus organic solutes (Sorbitol) and the optimal growth condition. From our
perspective, this is the most complete work on the potential of A. sydowii as a tool in
bioremediation and adaptation approaches to extreme conditions of low aw imposed by various
solutes
Análisis transcriptómico del halófilo Aspergillus sydowii EXF-12860 en condiciones de baja actividad de agua inducida por NaCl y MgCl2
Get PDFEl presente documento no cuenta con resumen
Respuestas osmoadaptativas del halófilo Aspergillus sydowii en condición saturada de NaCl
Get PDFAunque varios estudios han investigado las osmoadaptaciones de los hongos halófilos a las condiciones salinas, sólo unos pocos han analizado los mecanismos sistémicos que se activan en soluciones con concentraciones saturantes NaCl. El hongo halófilo Aspergillus sydowii es un organismo modelo para el estudio de las adaptaciones moleculares de los hongos filamentosos a la hiperosmolaridad. Este estudio es el más completo donde se caracteriza la micromorfología y la respuesta celular adaptativa de diferentes biomarcadores de estrés oxidativo no enzimáticos y enzimáticos en hongos filamentosos halófilos. Aquí estudiamos la morfología, la síntesis de osmolitos y las defensas contra el estrés oxidativo del halófilo A. sydowii EXF-12860 a 1.0 M y 5.13 M de NaCl. También por primera vez se utilizó un enfoque multiómico (es decir, transcriptómica y metabolómica) para comparar la expresión y metabolismo de A. sydowii en una concentración saturada (5.13 M de NaCl) y en la salinidad óptima (1 M de NaCl). El análisis reveló que 1,842 genes se expresan diferencialmente, de los cuales 704 estaban sobreexpresados. Los genes sobreexpresados están implicados en las vías de transducción de señales de glicerol de alta osmolaridad, la biosíntesis de β-1,3-glucanos y el transporte de iones transmembrana. Los genes regulados negativamente están relacionados con la síntesis de quitina, manosa, proteínas de la pared celular, respuesta a inanición, síntesis de feromonas y regulación del ciclo celular. Del 100% de los transcritos, 20% son ARN no codificantes, y de estos un 7% se clasifican como ARNs largos no codificantes largos (lncRNA). El 42% y el 69% del total de lncRNAs y de los RNAs que codifican factores de transcripción, respectivamente, se expresaron de forma diferencial. Los análisis metabolómicos revelaron más metabolitos complejos y desconocidos en la concentración saturada de NaCl que en la
salinidad óptima. En la condición de 5.13M de NaCl los aminoácidos libres disminuyeron significativamente y el metabolismo de los aminoácidos se reprogramó. El análisis del contenido y tipo de ácidos grasos de membrana muestra que no cambia en el hongo creciendo en condición óptima o en hipersalinidad. Este estudio es el primer intento de desentrañar la ecología molecular de un hongo ascomiceto en situación de privación extrema de agua por NaCl (5.13 M). Este trabajo también representa un estudio pionero en la investición de la importancia de los lncRNAs y los factores transcripcionales en la respuesta transcriptómica al alto estrés por NaCl en hongos halófilos
Análisis genómico y metagenómico para la búsqueda de proteínas con utilidad en deconstrucción de lignocelulosa
Get PDFLa creciente demanda de combustibles fósiles y los pronósticos de la industria
petrolera internacional demandan la necesidad de nuevos sistemas combustibles
como el bioetanol. Actualmente, los desechos lignocelulósicos se definen como las
principales materias primas para la producción de bioetanol y otros productos
valorizables en los esquemas de biorrefinación. Sin embargo, la deconstrucción de
la biomasa vegetal constituye un reto para la factibilidad y sostenibilidad de las
biorrefinerías. La organizada estructura polimérica y composición química de la
lignocelulosa define la recalcitrancia de este material, y a la vez se necesitan de
múltiples proteínas para su degradación, entre ellas: proteínas amorfogénicas,
celulasas, xilanasas, esterasas y peroxidasas. Los enfoques genómicos y
metagenómicos complementados con estudios de ecología clásica, permiten el
análisis integral de la biodiversidad y recursos genéticos de un ecosistema
determinado. Atendiendo a los criterios anteriores, el objetivo general de este
trabajo fue: “Analizar genes y/o proteínas con utilidad en la deconstrucción de
lignocelulosa para su conversión en materias primas de interés para las
biorrefinerías”.
Se identificaron las poblaciones bacterianas degradadoras de bagazo de caña de
azúcar mediante una librería de ARNr16S obtenida de un metagenoma de bagazo
de caña de azúcar, y se evidenciaron distantes relaciones filogenéticas con las
secuencias de referencias. A la vez se realizó la caracterización bioquímica y
estructural de una expansina de Schizophyllum commune con utilidad en la
liberación de glucosa y N-acetilglucosamina a partir de celulosa cristalina y quitina.
Para complementar los estudios anteriores, se estudiaron las actividades
ligninolíticas de cuatro hongos, los cuales mostraron capacidad para colonizar
diferentes sustratos lignocelulósicos. Aspergillus caesiellus H1 fue aislado de
bagazo de caña de azúcar en fermentación; mientras Cadophora sp. TS2,
Emericellopsis sp. TS 11 y Pseudogymnoascus sp. TS12 fueron aislados de la
esponja marina Steletta normani. Estos ascomicetos mostraron novedosos perfiles
de enzimas lignocelulolíticas respecto a termotolerancia, haloestabilidad y
temperatura y pH óptimos
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