Caracterização estrutural e polimorfismo de genes candidatos à efetores de Phakopsora pachyrhizi
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Data
2017-03-30
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Universidade Estadual do Norte do Paraná
Resumo
O fungo biotrófico obrigatório Phakopsora pachyrhizi Syd. e P. Syd. é o agente causador da ferrugem asiática da soja (FAS), uma das principais doenças que acomete a cultura da soja (Glycine max). Embora já tenham sido descritos locos de resistência à ferrugem asiática ou Rpp (Resistance to Phakopsora pachyrhizi), ainda não existem cultivares de soja completamente resistentes à grande diversidade de raças patogênicas do fungo P. pachyrhizi. Durante o processo de infecção, o fungo secreta pequenas proteínas ou SSP (Small Secreted Protein) que podem agir como efetores de virulência (vr) quando o hospedeiro for suscetível ou de avirulência (Avr) quando o hospedeiro for resistente. O processo de coevolução entre a soja e o fungo faz com que as interações Avr-R permaneçam sob constante pressão de seleção. Assim, constatar o nível de variação genética em genes candidatos a efetores de P. pachyrhizi poderá permitir a compreensão do processo de seleção atuante, além de auxiliar na identificação dos domínios-chave no reconhecimento R-Avr. Recentemente, 13 famílias ou tribos gênicas, enriquecidas em candidatos a efetores de P. pachyrhizi, foram identificadas e, dentre estas, as famílias 1, 2 e 3 foram eleitas como principais. No presente trabalho, a estrutura molecular, a variabilidade genética e a filogenia de sete genes candidatos a efetores, distribuídos nas famílias 1 e 3, foram avaliadas, com o objetivo de observar possíveis padrões de evolução dos polimorfismos e mecanismos de seleção. Foram utilizados três isolados do fungo (FTPY15.1M, LDA13.2M e L.PF02B07) obtidos a partir de materiais coletados em diferentes anos e regiões geográficas. Em geral, todos os candidatos avaliados possuem características comuns a outros efetores descritos na literatura: tamanho reduzido, presença de peptídeo sinal de secreção, motivos conservados e resíduos de cisteína. Os candidatos pertencentes à família 1 apresentaram maiores índices de polimorfismo, com um total de 160 SNPs e 8 substituições não sinônimas, enquanto os da família 3 apresentaram 48 e 1, respectivamente. Os candidatos da família 1 também apresentaram maior diversidade filogenética; o gene 5849 foi o único capaz de separar os isolados em dois grupos e também apresentou sinal significativo de seleção positiva, juntamente com o gene 2238. Em ambos, os sinais concentraram-se nos motivos RCR conservados, o que sugere que estes genes atuam de fato como efetores e que este motivo pode exercer papel importante no reconhecimento mediado pelos genes R.
Abstract
Soybean rust (ASR), caused by the obligate biotrophic fungus Phakopsora pachyrhizi Syd. & P. Syd., is one of the most destructive diseases affecting soybean (Glycine max). Although six loci for resistance to Phakopsora pachyrhizi (Rpp) have been mapped in soybean, no cultivars are yet completely resistant to the wide diversity of pathogenic races of P. pachyrhizi. During infection, the fungus secretes small proteins designated SSPs (Small Secreted Proteins), which may act as virulence effectors in susceptible hosts or as avirulence (Avr) effectors in resistant hosts. The coevolutionary relationship between soybean and the fungus maintains Avr-R interactions under persistent selective pressure. Characterizing genetic variation in candidate effector genes from P. pachyrhizi therefore improves our understanding of the selective forces driving R-Avr coevolution and can help identify key domains involved in recognition. Recently, 13 gene families or tribes enriched in putative P. pachyrhizi effectors were identified, of which families 1, 2, and 3 were highlighted as the most relevant. In this study, we evaluated the molecular structure, genetic variability, and phylogeny of seven candidate effector genes from families 1 and 3. To investigate evolutionary patterns of polymorphism and signatures of selection, three fungal isolates (FTPY15.1M, LDA13.2M, and L.PF02B07) sampled across different years and geographic regions were analyzed. All candidates shared features typical of known effectors: small size, predicted secretion signal peptides, conserved motifs, and cysteine residues. Family 1 candidates exhibited higher polymorphism, totaling 160 SNPs and 8 non-synonymous substitutions, compared with 48 SNPs and 1 non-synonymous substitution in family 3. Family 1 candidates also displayed greater phylogenetic diversity. Candidate gene 5849 alone resolved isolates into two distinct clusters. Both candidate 5849 and candidate 2238 showed significant evidence of positive selection, particularly within conserved RCR motifs. These findings suggest that both genes function as effectors and that the RCR motifs play an important role in R-mediated recognition.
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CASTANHO, Fernanda Machado. Caracterização estrutural e polimorfismo de genes candidatos à efetores de Phakopsora pachyrhizi. Orientadora: Mayra Costa da Cruz Gallo de Carvalho. 2017. 68 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia) – Centro de Ciências Agrárias, Campus Luiz Meneghel, Universidade Estadual do Norte do Paraná, Bandeirantes, 2017.
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