Dissecting host specificity in the pathogenesis of S- and C-biotype isolates of Moniliophthora perniciosa, the causal agent of cacao witches' broom disease (2024)
- Authors:
- Autor USP: PASCHOAL, DANIELE - ESALQ
- Unidade: ESALQ
- Sigla do Departamento: LGN
- DOI: 10.11606/T.11.2024.tde-09102024-085012
- Subjects: CACAU; EXPRESSÃO GÊNICA; FUNGOS FITOPATOGÊNICOS; IMUNIDADE; PLANTAS HOSPEDEIRAS; RESISTÊNCIA GENÉTICA VEGETAL; TOMATE; VASSOURA-DE-BRUXA
- Keywords: Interação hospedeiro-patógeno
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: A vassoura-de-bruxa (VDB) do cacau (Theobroma cacao), causada pelo fungo hemibiotrófico Moniliophthora perniciosa, representa uma ameaça global significativa à produção de cacau. Os isolados de M. perniciosa podem ser categorizados em biótipos com base na especificidade do hospedeiro: o biótipo-C infecta o cacau, o biótipo-L coloniza lianas silvestres, e o biótipo-S infecta espécies de solanáceas, com infecção cruzada limitada. Os sintomas típicos incluem perda da dominância apical e crescimento hipertrófico de brotos axilares. O uso do tomate (Solanum lycopersicum) cv. Micro-Tom (MT) como modelo permite o estudo das interações com M. perniciosa. No Capítulo VII, investigamos as mudanças hormonais associadas a esses sintomas em MT, demonstrando que o biótipo-S produz citocininas (CKs) in vitro, potencialmente desregulando o balanço de CKs nas plantas infectadas, como evidenciado pelos níveis elevados de CKs nos caules espessados e infectados. Linhas de MT superexpressando a CYTOKININ OXIDASE-2 de Arabidopsis (35S::AtCKX2), que reduzem os níveis de CKs, apresentaram menor severidade dos sintomas e incidência de infecção. Além disso, tratamentos com CK sintética mimetizaram os sintomas da doença, enquanto inibidores de percepção de CKs reduziram os sintomas. No Capítulo VI, demonstramos que a infecção em MT aumenta a força de dreno nos caules sintomáticos, efeito ausente nas linhas 35S::AtCKX2, implicando as CKs na formação de um dreno de nutrientes. Esses sintomas levaram a alterações metabólicas e fisiológicas significativas, reduzindo a produção de frutos e potencialmente reforçando as paredes celulares secundárias e produzindo lignina, o que provavelmente serve como recurso nutricional para o patógeno durante a fase necrotrófica. O Capítulo V explorou os efeitos indiretos da infecção no desenvolvimento radicular. Observamos redução da biomassaradicular coincidindo com o aumento do diâmetro do caule após a infecção, afetando significativamente o crescimento de raízes laterais. Alterações em níveis/percepção hormonais não foram suficientes para elucidar o reduzido crescimento das raízes; entretanto, raízes de plantas infectadas apresentaram níveis reduzidos de carboidratos e aminoácidos, e um ensaio de fixação de 13CO2 revelou uma diminuição na alocação de carbono para as raízes após a infecção. A suplementação de sacarose in vitro restaurou parcialmente o crescimento das raízes laterais, sugerindo que a redução da biomassa radicular resulta da diminuição do suprimento de fotoassimilados, o que pode prejudicar a absorção de água e nutrientes, contribuindo para a queda na produtividade do hospedeiro. Após a investigação do desenvolvimento de sintomas, no Capítulo II foi reportado o estudo do modelo MT para investigar a patogênese e as respostas de defesa da planta comparando a infecção de MT por isolados dos biótipos-S (compatível) e -C (incompatível) de M. perniciosa. Nossos resultados revelaram respostas imunológicas transcricionais comuns nas fases iniciais, particularmente na sinalização de imunidade desencadeada por padrões (PTI) e no reforço da parede celular, com uma expressão mais robusta durante a interação incompatível, indicando respostas de defesa mais robustas. Isso corrobora os ensaios de pré-inoculação e co-inoculação com o biótipo incompatível, demonstrando uma resposta de priming ao patógeno compatível. A expressão de genes do fungo revelou candidatos efetores e outros genes envolvidos na patogênese no cacau durante a infecção precoce em MT. Respostas hormonais, particularmente ácido jasmônico (JA) e etileno (ET), foram implicadas na infecção, com ET desempenhando um papel notável na indução de resistência ao biótipo-Sem MT. No Capítulo III, revelamos Nicotiana benthamiana como um novo hospedeiro modelo para M. perniciosa e realizamos perfis comparativos transcricionais e funcionais. N. benthamiana é suscetível a ambos os biótipos C e S, embora um isolado do biótipo S (Tiradentes) tenha mostrado incompatibilidade, desafiando a visão clássica da classificação dos biótipos de M. perniciosa. Análises transcricionais revelaram respostas imunes compartilhadas a ambos os biótipos, com defesas mais rápidas e fortes na interação incompatível. A supressão de respostas imunes foi observada 72 horas após a inoculação, coincidindo com a expressão de vários genes do patógeno também ativos em infecções de cacau. As análises funcionais sugeriram que a imunidade relacionada ao TIR-NLR (ETI) pode não ser essencial para a infecção pelo biótipo incompatível em N. benthamiana, e suspeitamos que a PTI poderia estar envolvida. Além disso, no Capítulo IV, identificamos quatro candidatos a efetores expressos em N. benthamiana que exibiram atividade antimicrobiana, potencialmente modulando a microbiota do hospedeiro durante a colonização. Caracterizar o desenvolvimento dos sintomas, identificar componentes precoces das respostas de defesa e compreender a patogênese fúngica são etapas cruciais para o desenvolvimento de estratégias que aumentem a resistência do cacau a M. perniciosa
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- Publisher place: Piracicaba
- Date published: 2024
- Data da defesa: 19.07.2024
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- Cor do Acesso Aberto: gold
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ABNT
PASCHOAL, Daniele. Dissecting host specificity in the pathogenesis of S- and C-biotype isolates of Moniliophthora perniciosa, the causal agent of cacao witches' broom disease. 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2024. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-09102024-085012/. Acesso em: 29 dez. 2025. -
APA
Paschoal, D. (2024). Dissecting host specificity in the pathogenesis of S- and C-biotype isolates of Moniliophthora perniciosa, the causal agent of cacao witches' broom disease (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, Piracicaba. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-09102024-085012/ -
NLM
Paschoal D. Dissecting host specificity in the pathogenesis of S- and C-biotype isolates of Moniliophthora perniciosa, the causal agent of cacao witches' broom disease [Internet]. 2024 ;[citado 2025 dez. 29 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-09102024-085012/ -
Vancouver
Paschoal D. Dissecting host specificity in the pathogenesis of S- and C-biotype isolates of Moniliophthora perniciosa, the causal agent of cacao witches' broom disease [Internet]. 2024 ;[citado 2025 dez. 29 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-09102024-085012/ - Análise metabolômica da interação Moniliophthora perniciosa x Solanum lycopersicum
- Hypersensitive response: From NLR pathogen recognition to cell death response
- Root development of tomato plants infected by the cacao pathogen Moniliophthora perniciosa is affected by limited sugar availability
- Moniliophthora perniciosa, the causal agent of witches’ broom disease of cacao, interferes with cytokinin metabolism during infection of Micro-Tom tomato and promotes symptom development
- Infection by Moniliophthora perniciosa reprograms tomato Micro-Tom physiology, establishes a sink, and increases secondary cell wall synthesis
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.11.2024.tde-09102024-085012 (Fonte: oaDOI API)
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