Interacción maíz-patógenos : perfil transcriptómico de la resistencia múltiple a enfermedades

Abstract

El cultivo de maíz (Zea mays L.) puede verse afectado por diversos patógenos de espiga tales como Fusarium verticillioides (necrótrofo; FV) y Fusarium graminearum (hemibiótrofo; FG), que contaminan los granos con micotoxinas perjudiciales para la salud humana y animal. Asimismo, Ustilago maydis (biótrofo; UM) causa hipertrofia e hiperplasia de los tejidos de los granos. Aunque actualmente existe una amplia variedad de datos transcriptómicos públicamente disponibles sobre las respuestas del maíz frente a diversos patógenos; en el caso particular de FV, FG y UM los estudios centrados en la resistencia múltiple a enfermedades. aún son escasos. El objetivo de este trabajo fue identificar genes comunes involucrados en las respuestas de resistencia o susceptibilidad del cultivo de maíz frente a estos tres patógenos de espiga con distintos mecanismos de patogénesis. Se utilizaron datos transcriptómicos de alta calidad públicamente disponibles provenientes de seis proyectos almacenados en National Center for Biotechnology Information (NCBI) o en National Genomics Data Center (NGDC). En estos proyectos, se había evaluado la respuesta de genotipos resistentes y susceptibles frente a la infección artificial con FV, FG o UM a diferentes tiempos. Se evaluó la calidad de la secuenciación de los datos (FastQC) y las reads que superaron los controles de calidad se mapearon al genoma de maíz (HISAT2) en la última versión disponible (v5). Posteriormente, se cuantificaron los transcriptos mapeados en regiones exónicas (featureCounts). Finalmente, se determinaron los genes diferencialmente expresados (edgeR) y fueron vinculados a términos ontológicos (g:profiler). Los genes diferencialmente expresados en genotipos resistentes se asociaron con las vías de biosíntesis de betalaínas, biosíntesis de brasinoesteroides, biosíntesis de metabolitos secundarios, fotosíntesis-proteínas del complejo antena, fotosíntesis, metabolismo de porfirinas, metabolismo del almidón y la sacarosa, metabolismo del nitrógeno, ribosoma y transducción de señales de hormonas vegetales. Con la información proporcionada de los genes diferencialmente expresados en los genotipos susceptibles se lograron asociar las vías biosíntesis de fenilpropanoides, biosíntesis de varios metabolitos secundarios vegetales, interacción planta-patógeno, metabolismo de cisteína y metionina, metabolismo de glutatión, fijación de carbono en organismos fotosintéticos, biosíntesis de fenilalanina, tirosina y triptófano, biosíntesis del esqueleto de terpenoides, degradación de valina, leucina e isoleucina, endocitosis, metabolismo de cisteína y metionina, metabolismo de pirimidinas, metabolismo del carbono, procesamiento de proteínas en el retículo endoplasmático, proteasoma, remodelación de cromatina dependiente de ATP, reparación de mismatch, replicación de ADN y ribosoma. Este metaanálisis permitió compilar, estandarizar y comparar simultáneamente las respuestas del cultivo de maíz frente a tres patógenos con estilos de patogénesis marcadamente diferenciados. Estos resultados contribuyen a una mejor comprensión de los mecanismos comunes subyacentes a la resistencia múltiple. La posterior validación de los genes asociados a estas vías permitirá confirmar y reforzar estos resultados, facilitando su implementación en programas de mejoramiento orientados al desarrollo de maíces con resistencia múltiple a enfermedades.