Arabidopsis thaliana as a model plant for the study of plant-pathogen interaction between Sporisorium scitamineum and sugarcane

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Mariana Marrafon Lopes da
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-05052020-091925/
Resumo: Among the diseases that impact sugarcane productivity is smut, caused by the fungus basidiomycete Sporisorium scitamineum. Modern sugarcane genotypes are highly polyploid interspecific hybrids. This feature restricts molecular studies and functional analyses for the identification of resistance candidate genes and the proofs-of-concept. The present work evaluated the use of Arabidopsis thaliana as a model plant for S. scitamineum colonization through the use of morphological and molecular analyses. The morphological analyses demonstrated that S. scitamineum recognizes A. thaliana as a potential host allowing teliospore germination, appressorium formation and hyphal growth on leaves. The infected plants showed symptoms such as: chlorosis, accumulation of anthocyanin in the meristem and leaves, reduction in biomass, and roots ramification in advanced stages of the colonization. Molecular analyzes detected a transcription reprogramming of genes related to pathogenicity described for smuts, as well as for new effector candidates involved in S.scitamineum-sugarcane interaction. S. scitamineum also modulated the expression in A. thaliana gene associated with meristematic functions; changes also observed in S. scitamineum-sugarcane interaction. This is the first report of using a model plant to study sugarcane smut. The establishment of the pathosystem S. scitamineum- A. thaliana will allow several future applications to understand better S. scitamineum-sugarcane interaction.
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spelling Arabidopsis thaliana as a model plant for the study of plant-pathogen interaction between Sporisorium scitamineum and sugarcaneArabidopsis thaliana como planta modelo para o estudo da interação planta-patógeno entre Sporisorium scitamineum e cana de açúcarCarvãoEfetoresEffectorsHospedeiro não-naturalModel plantNon-natural hostPlanta modeloSmutAmong the diseases that impact sugarcane productivity is smut, caused by the fungus basidiomycete Sporisorium scitamineum. Modern sugarcane genotypes are highly polyploid interspecific hybrids. This feature restricts molecular studies and functional analyses for the identification of resistance candidate genes and the proofs-of-concept. The present work evaluated the use of Arabidopsis thaliana as a model plant for S. scitamineum colonization through the use of morphological and molecular analyses. The morphological analyses demonstrated that S. scitamineum recognizes A. thaliana as a potential host allowing teliospore germination, appressorium formation and hyphal growth on leaves. The infected plants showed symptoms such as: chlorosis, accumulation of anthocyanin in the meristem and leaves, reduction in biomass, and roots ramification in advanced stages of the colonization. Molecular analyzes detected a transcription reprogramming of genes related to pathogenicity described for smuts, as well as for new effector candidates involved in S.scitamineum-sugarcane interaction. S. scitamineum also modulated the expression in A. thaliana gene associated with meristematic functions; changes also observed in S. scitamineum-sugarcane interaction. This is the first report of using a model plant to study sugarcane smut. The establishment of the pathosystem S. scitamineum- A. thaliana will allow several future applications to understand better S. scitamineum-sugarcane interaction.Entre as doenças que impactam a produtividade da cana de açúcar está o carvão, causado pelo fungo basidiomiceto Sporisorium scitamineum. Os genótipos modernos da cana de açúcar são híbridos interespecíficos altamente poliploides. Essa característica restringe estudos moleculares e análises funcionais para a identificação de genes candidatos à resistência e a prova de conceitos. Nesse sentido, o presente trabalho avaliou o uso de Arabidopsis thaliana como planta modelo para a colonização de S. scitamineum por meio de análises morfológicas e moleculares. As análises morfológicas demonstraram que S. scitamineum reconhece A. thaliana como um hospedeiro e permite a germinação de telósporos, a formação de appressório e o crescimento de hifas do fungo nas folhas. As plantas infectadas apresentaram alguns sintomas como: clorose, acúmulo de antocianina no meristema e folhas, redução da biomassa e ramificação das raízes em estágios mais avançados na colonização. As análises moleculares detectaram expressão de genes relacionados à patogenicidade descrita para carvões, bem como para novos candidatos a efetores envolvidos na interação S. scitamineum-cana. S. scitamineum também orquestrou uma modulação da expressão de genes A. thaliana associados a alterações meristemáticas e à via do ácido jasmônico; as mesmas alterações também foram observadas em S. scitamineum-cana. Este é o primeiro relato do uso de planta modelo para estudo do carvão da cana de açúcar. Os resultados evidenciam que o fungo é capaz de causar alterações nas vias metabólicas do hospedeiro alternativo, semelhante ao seu hospedeiro natural. O estabelecimento do patossistema S. scitamineum-A. thaliana permitirá que várias aplicações futuras compreendam melhor a interação entre S. scitamineum e cana de açúcar.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPVitorello, Claudia Barros MonteiroSilva, Mariana Marrafon Lopes da2020-02-12info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-05052020-091925/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2020-05-07T22:30:02Zoai:teses.usp.br:tde-05052020-091925Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212020-05-07T22:30:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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description Among the diseases that impact sugarcane productivity is smut, caused by the fungus basidiomycete Sporisorium scitamineum. Modern sugarcane genotypes are highly polyploid interspecific hybrids. This feature restricts molecular studies and functional analyses for the identification of resistance candidate genes and the proofs-of-concept. The present work evaluated the use of Arabidopsis thaliana as a model plant for S. scitamineum colonization through the use of morphological and molecular analyses. The morphological analyses demonstrated that S. scitamineum recognizes A. thaliana as a potential host allowing teliospore germination, appressorium formation and hyphal growth on leaves. The infected plants showed symptoms such as: chlorosis, accumulation of anthocyanin in the meristem and leaves, reduction in biomass, and roots ramification in advanced stages of the colonization. Molecular analyzes detected a transcription reprogramming of genes related to pathogenicity described for smuts, as well as for new effector candidates involved in S.scitamineum-sugarcane interaction. S. scitamineum also modulated the expression in A. thaliana gene associated with meristematic functions; changes also observed in S. scitamineum-sugarcane interaction. This is the first report of using a model plant to study sugarcane smut. The establishment of the pathosystem S. scitamineum- A. thaliana will allow several future applications to understand better S. scitamineum-sugarcane interaction.
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