Clusters gênicos potencialmente envolvidos na virulência de Metarhizium anisopliae

Abstract

O fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae é considerado um modelo para o estudo das interações entre fungos e insetos. Algumas espécies do gênero Metarhizium são generalistas, infectando diversas espécies de insetos. Além disso, devido à sua capacidade de infectar e matar uma gama de hospedeiros artrópodes, incluindo pragas agrícolas, espécies deste gênero são amplamente utilizadas em todo o mundo em programas de biocontrole. A infecção inicia após a adesão de esporos à superfície do hospedeiro, onde ocorre a germinação e penetração na hemocele e colonização do hospedeiro. Este processo acontece com a produção de várias enzimas que atuam para degradar componentes cuticulares, bem como, a produção de metabólitos secundários (MSs). Os MSs desempenham vários papéis no processo de infecção, sendo dependentes da atividade de diversas proteínas, cujo genes codificadores são geralmente dispostos em clusters gênicos (BGCs). Com o intuito de avaliar funcionalmente estes BGCs, duas abordagens distintas foram empregadas. A primeira tratou da análise de linhagens de M. anisopliae com expressão de um destes BGCs, denominado MaPKS16. A segunda foi a realização de análises de grupos de genes co-expressos empregando ferramentas de análises de expressão gênica in silico. Detectamos que as linhagens para superexpressão de MaPKS16 apresentaram aumento da virulência, visto que larvas de Tenebrio molitor infectadas com estas linhagens apresentaram menor tempo de vida quando comparadas à linhagem selvagem. Entretanto, não foi possível associar este aumento da virulência ao aumento da expressão deste cluster gênico. Identificamos também um conjunto de genes co-expressos por M. anisopliae que apresentam grande associação com condições de infecção, dentro dos quais estão alguns BGCs. Para avaliar a expressão dos genes backbone destes BGCs, realizamos RT-qPCR a partir de RNA isolado de M. anisopliae durante a infecção do hospedeiro, a larva Spodoptera frugiperda, cuja análise confirmou as análises in silico realizadas. Em conclusão, os resultados obtidos ao longo desta dissertação inferem que genes de alguns clusters como MaPKS16 e MaPKS19 têm possível envolvimento com a infecção do fungo M. anisopliae em hospedeiros artrópodes.

The entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae is considered a model for the study of interactions between fungi and insects. Some species of the genus Metarhizium are generalists, infecting various insects and arthropods. Furthermore, due to their ability to infect and kill a range of arthropod hosts, including agricultural pests, species of this genus are widely used worldwide in biocontrol programs. The infection begins after the adhesion of the spores to the surface of the insect, where germination and penetration into the hemocele and colonization of the host occur. This process take place with the production of several enzymes that act to degrade cuticular components, as well as the production of secondary metabolites (SMs). SMs play several roles in the infection process, being dependent on the activity of several proteins, whose coding genes are generally arranged in gene clusters (BGCs). In order to functionally evaluate these BGCs, two distinct approaches were employed. The first dealt with the analysis of strains with expression of one of these BGCs, called MaPKS16. The second was to carry out analyses of groups of co-expressed genes using in silico gene expression analysis tools. We detected that the strains for overexpression of MaPKS16 showed increased virulence, as larvae of Tenebrio molitor infected with these strains had a shorter lifespan when compared to the wild strain. However, it was not possible to associate this increase in virulence with the increase in the expression of this gene cluster. We also identified a set of genes co-expressed by M. anisopliae that are strongly associated with infection conditions, among which are some BGCs. To evaluate the expression of the backbone genes of these BGCs, we performed RT-qPCR from RNA isolated from M. anisopliae during infection of the host Spodoptera frugiperda, whose analysis confirmed the in silico analysis performed. In conclusion, the results obtained throughout this dissertation infer that genes from some clusters such as MaPKS16 and MaPKS19 have a possible involvement with the infection of the fungus M. anisopliae in arthropod hosts.