ANÁLISIS FUNCIONALES

ANÁLISIS FUNCIONALES

Para la selección de los genes involucrados en el proceso de infección del hongo fitopatógeno en el trigo, inicialmente se determinó que tiempo (pasados 1, 5 o 10 días desde la inoculación) era el más importante o representativo a la hora de evaluar la expresión de dichos genes, sí pues, se tomó el periodo de 5 días como el que más información nos puede aportar, ya que es el punto máximo bien sea de sobre-expresión o subexpresión. Para facilitar la interpretación de los datos se realizó la gráfica 1 donde se aprecia claramente el comportamiento de las proteínas estudiadas.

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Gráfica 1: Expresión de genes objeto de estudio

El que un gen muestre un incremento en su expresión en los 5 días posteriores a la inoculación me indica que posiblemente este se vea involucrado en algún proceso relacionado con la afectación del fitopatógeno a la planta, de manera similar ocurre cuando lo que se presenta es una disminución produciéndose así una subexpresión, la cual puede indicar que

dicho gen está más involucrado en el rompimiento de membranas para adherirse al huésped, que sería la primera etapa dentro del mecanismo de ataque del patógeno, en la cual se produce la síntesis y liberación de enzimas degradativas de la pared celular, tales como poligalacturonasas, pectato-liasas, hemicelulasas y celulasas (Rivera Ramírez & Codina Escobar, 2018).

El primer gen que consideramos de importancia en el proceso de infección del hongo fue el glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase; el cual es un gen asociado a las especies de Ascochyta, que son un género de hongos ascomycete que está contenido  en  varios patógenos de plantas (Liu et al., 2016) y también se encuentra involucrada en la glicolisis de las plantas (Martin, Brinkmann, Savonna & Cerff, 1993). Este gen se encuentra involucrado, según los datos obtenidos en el KEEGs, en la ruta metabólica de la síntesis de antibióticos. Lo cual concuerda con lo encontrado en la literatura, ya que los niveles de expresión de este gen se aumentan significativamente al verse expuesto a tensiones antibióticas como sal, calor, frío y sequía. (Jeong, Park & Byun, 2001). [Ver imagen 1]

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Imagen 1: ruta metabólica de la síntesis de antibióticos

De igual forma el gen se encuentra involucrado en la ruta metabólica de la glucolisis y gluconeogenesis [ver imagen 2], mediante la cual se da el proceso de degradación de la glucosa hasta obtener 2 moléculas de pirovato y la liberación de energía en forma de NADH+. Así pues, el gen en cuestión se encarga de la producción de la enzima de Alcohol deshidrogenasa (NADP+) que cataliza la reacción de oxidación de un alcohol a aldehído:

Alcohol + NADP ←→ Aldehído + NADPH

En esta reacción se evidencia la producción de la coenzima Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADPH). Si la presencia de aldehídos empieza a incrementar dentro de un organismo esto puede ser tóxico (Missihoun. Et.al, 2011), así pues, la presencia de enzimas de este tipo dentro del metabolismo del hongo indica una acción patógena sobre la planta.

Adicionalmente, el NADP+ y NADPH cumplen funciones fundamentales dentro de los procesos vitales del organismo, como por ejemplo las reacciones redox, donde su papel principal es el transporte de electrones entre moléculas. Por ejemplo, cuando se produce la degradación de la glucosa se libera energía que es posteriormente transferida al NADP+ mediante su redacción en NADPH, como parte de la glucólisis y el ciclo de Krebs (Burkle, 2005). En organismos eucariotas como el hongo puccinia graminis, responsable de la roya que ataca al trigo, los electrones transportados por el NADPH que se produce en el citoplasma por glucólisis, son transferidos al interior de la mitocondria (para reducir el NADP+ mitocondrial) por lanzaderas mitocondriales, como la lanzadera malato-aspartato. El NADPH mitocondrial es entonces oxidado a su vez por la cadena de transporte de electrones que los bombea a lo largo de la membrana y genera ATP a través de fosforilación oxidativa (Perfect. Et.al, 2016).

Lo anteriormente dicho es de gran importancia en nuestro caso de estudio, puesto que está relacionado con el rompimiento de la pared celular, que es característico de los hongos fitopatógenos, o sea debe ser un hongo celulítico, por lo que ha de estar asociado al rompimiento de enlaces hemiacetales, acetales y carboxilos, etc. Y estos son los que propenden por un ataque infeccioso a una planta. A continuación, se puede observar que en el día uno es cuando más se expresa el gen:

El comportamiento en la expresión de gen evidenciado en la tabla anterior, donde a medida que avanza el tiempo se produce una disminución de la expresión, se debe a que éste está involucrado en el rompimiento de la pared celular, lo cual se da en los primeros días de la infección y no será de mayor relevancia días después.

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Imagen 2: ruta metabólica de la glucolisis y gluconeogénesis

Otro de los genes relevantes es el 26.9.56, glutathione peroxidase que se ve involucrado en la producción de enzimas peroxidasa (1.11.1.7, lactoperoxidasa), enzima la cual se encuentran en la ruta metabólica de la biosíntesis del fenilpropanoide, se observa que este gen se está sobre-expresado y por tanto se da un incremento en la actividad de las enzimas peroxidas, el cual se da generalmente cuando se comienza la colonización de la raíz de la planta y se da una formación de la micorriza arbuscular (tipo de endomicorriza en la que el hongo penetra en las células corticales de las raíces de una planta vascular, por ejemplo el trigo)("Micorriza arbuscular", 2018), lo cual coincide con la formación del apresorio (órganos de fijación de hongo) ("Plantas y Hongos", 2018) y la penetración de hongo en la raíz. Otra enzima importante aquí a resaltar es la catalasa, ya que el aumento de la actividad de estas enzimas también coincide con la acumulación de ácido salicílico (una molécula de señal involucrada en la vía de transducción de señales activadas en las reacciones planta-patógeno). Un posible mecanismo para inhibir la respuesta de defensa de la planta puede ser el bloqueo de los componentes de la vía de transducción de las señales, que activa dicha respuesta. Entre estos componentes se encuentran el ácido salicílico y las especies reactivas de oxígeno. El aumento en la actividad de la peroxidasa también se da por la función que tienen como antioxidante, para cualquier molécula activa de oxígeno que ha sido generada durante los estados iniciales de la penetración del hongo. El H2O2 y otras especies reactivas de oxígeno están involucradas en la cascada de transducción de señales en las interacciones planta-patógeno. Por tanto, es posible que la degradación de H2O2 por la catalasa en la micorriza arbuscular sea el mecanismo para evadir la activación de los genes de respuesta de defensa (Camarena- Gutiérrez, 2012).

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