Péptidos fúngicos ¿Cuál es su juego?

Ismael Pérez García^1,2, Diana Sánchez Rangel^{1, 3}, Eric Edmundo Hernández Domínguez^2,3

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 17 de marzo 2022

Los hongos que infectan a las plantas producen moléculas de diversa naturaleza química (azúcares, péptidos, proteínas, ácidos nucleicos, etc.) para utilizarlas como factores de virulencia, es decir, moléculas que ayudan a los hongos patógenos a provocar una enfermedad. A la fecha se desconoce la función que desempeñan muchas de estas moléculas y los péptidos no son la excepción. En el Instituto de Ecología A.C. (INECOL) estamos interesados en identificar y evaluar los péptidos que el hongo Neofusicoccum parvum utiliza durante la patogénesis en el árbol del liquidámbar.

Palabras clave: factores de virulencia, péptidos, hongos fitopatógenos.

Los factores de virulencia son moléculas que los hongos producen y utilizan para facilitar la invasión de las células de sus plantas hospedantes, ya sea para evadir o suprimir la respuesta de defensa de las células o para adquirir nutrientes de estas(Doehlemann et al., 2017). Con la finalidad de entender lo anterior y como analogía, podemos imaginar un juego de cartas en el que jugar estratégicamente los naipes (corazones, diamantes, picas y/o tréboles) nos garantizará la victoria, asimismo, un hongo utiliza sus diversos factores de virulencia como proteínas efectoras, metabolitos secundarios o moléculas pequeñas de RNA (Doehlemann et al., 2017) para establecer con éxito una enfermedad (Figura 1). 

Si estudiamos aquellas moléculas que producen los hongos como posibles factores de virulencia, tales como los péptidos y/o proteínas (a manera de conocer la táctica de juego de los contrincantes fúngicos), podremos desarrollar mejores estrategias en la prevención y el control de las enfermedades que ocasionan. Por ejemplo, para el hongo Cladosporium fulvum que ocasiona el moho de la hoja en el cultivo de tomate, se descubrió que el péptido 3049D (nombrado así por su peso molecular) actuaba como un inductor de necrosis en el tejido vegetal (Schottens-Toma & de Wit, 1988). Para el hongo Corynespora cassicola que ocasiona la defoliación del árbol del caucho, se encontró que el péptido cassicolina altera la ultraestructura (estructura casi molecular) de las células de las hojas (Barthe et al., 2007; de Lamotte et al., 2007).

Los péptidos y las proteínas que son utilizados como factores de virulencia por los hongos son moléculas muy similares; ya que ambas se conforman por aminoácidos que se unen por enlaces peptídicos (Figura 2) (Hine, 2019), pueden ser productos directos de la traducción de la información genética y presentar funciones similares en las células como la señalización. No obstante, existen diferencias entre ambas moléculas que radican en la longitud de su cadena de aminoácidos y en su peso molecular, aunque no se cuenta con un consenso claro sobre los límites que las definen. Un péptido se conforma por la unión de dos o más aminoácidos, siendo conocidos como oligopéptidos si incluye pocos aminoácidos y como polipéptidos si contiene más de 20 (Hine, 2019; Nelson & Cox, 2019). En términos de longitud de cadena, el límite entre un péptido y una proteína se ubica entre los 50 y 100 aminoácidos, y la cadena de una proteína puede ser de cientos a miles de aminoácidos (Hine, 2019; IMB, 2017). En cuanto al peso molecular, el límite de los péptidos se encuentra entre los 6 y 10 kDa, y las proteínas poseen pesos mucho más grandes (Hine, 2019; Nelson & Cox, 2019).

Figura 2. Diseño experimental para evaluar el efecto que ocasiona en el tejido vegetal un extracto que contiene un péptido o una mezcla de péptidos fúngicos. A. Aplicación de un extracto o solución que no contiene péptido(s) en una hoja vegetal. B. Aplicación de un extracto o solución que contiene péptido(s). El experimento se incuba en condiciones controladas de temperatura y luz por algunos días y en ambos casos se evalúa el desarrollo de daño del tejido vegetal. El esquema ilustra que solo cuando se aplica una solución que contenía peptido(s) fúngico(s) se presentó el desarrollo de una lesión. La figura fue concebida por Ismael Pérez García y creada por Ismael Pérez y Eric Hernández utilizando BioRender.

En el INECOL estamos interesados en conocer los péptidos que el hongo Neofusicoccum parvum utiliza durante los procesos de patogénesis en el liquidámbar (Figura 3 y 4), una especie forestal ampliamente distribuida en México y con gran importancia social y ecológica (Vázquez et al., 1999). Este hongo pertenece a la familia taxonómica de los Botryosphaeriaceae, caracterizada por incluir especies fúngicas que afectan a un gran número de especies de plantas en las que ocasionan importantes daños como tizones, manchas o pudriciones en los tallos, hojas y frutos; además de que tienen una amplia distribución mundial (Batista et al., 2021; Phillips et al., 2013; Yang et al., 2017). Las investigaciones relacionadas al efecto de los péptidos en la patogénesis de los miembros de esta familia son escasas y hasta ahora no se ha probado el efecto de los péptidos durante un proceso de infección in vivo por parte de alguno de estos hongos en tejido vegetal. En términos de juego podríamos decir que estamos estudiando el efecto de un set de naipes novedoso en la baraja de los factores de virulencia jugada por los hongos. 

Figura 3. Cadena peptídica. Los (20) aminoácidos (representados como pequeñas estructuras de varillas) se unen por enlaces peptídicos que se forman por la reacción entre los grupos adyacentes carboxilo (COOH) y amino (-NH₂) generando una molécula de agua (H₂O). En el recuadro negro se pueden observar las dos combinaciones posibles para un péptido formado con dos aminoácidos. La figura fue concebida por Ismael Pérez García y creada por Ismael Pérez y Eric Hernández utilizando BioRender.

Figura 4. Patogénesis del hongo Neofusicoccum parvum en hojas de Liquidambar styraciflua en condiciones in vitro. El hongo infecta gradualmente el tejido vegetal formando un área necrótica (muerta) alrededor del punto de inoculación. Fotografías proporcionadas por el M. en C. José Benjamín Rodríguez Haas.

Agradecimientos

• Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca otorgada al primer autor para el desarrollo de sus estudios de maestría.

Referencias

• Barthe, P., Pujade-Renaud, V., Breton, F., Gargani, D., Thai, R., Roumestand, C., & de Lamotte, F. (2007). Structural analysis of cassiicolin, a host-selective protein toxin from Corynespora cassiicola. Journal of Molecular Biology, 367(1), 89–101. https://doi.org/10.1016/J.JMB.2006.11.086
• Batista, E., Lopes, A., & Alves, A. (2021). What do we know about Botryosphaeriaceae? An overview of a worldwide cured dataset. Forests, 12(3), 313. https://doi.org/10.3390/F12030313
• de Lamotte, F., Duviau, M. P., Sanier, C., Thai, R., Poncet, J., Bieysse, D., Breton, F., & Pujade-Renaud, V. (2007). Purification and characterization of cassiicolin, the toxin produced by Corynespora cassiicola, causal agent of the leaf fall disease of rubber tree. Journal of Chromatography B, 849(1–2), 357–362. https://doi.org/10.1016/J.JCHROMB.2006.10.051
• Doehlemann, G., Ökmen, B., Zhu, W., & Sharon, A. (2017). Plant pathogenic fungi. Microbiology Spectrum, 5(1). https://doi.org/10.1128/MICROBIOLSPEC.FUNK-0023-2016
• Hine, R. (2019). A Dictionary of Biology. (8^th ed.). Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/ACREF/9780198821489.001.0001
• Institute for Molecular Bioscience [IMB]. (13 de noviembre de 2017). Explainer: Peptides vs proteins - what’s the difference. https://imb.uq.edu.au/article/2017/11/explainer-peptides-vs-proteins-whats-difference
• Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2019). Lehninger Principios de Bioquímica. (7^a ed.). OMEGA.
• Phillips, A. J. L., Alves, A., Abdollahzadeh, J., Slippers, B., Wingfield, M. J., Groenewald, J. Z., & Crous, P. W. (2013). The Botryosphaeriaceae: Genera and species known from culture. Studies in Mycology, 76, 51–167. https://doi.org/10.3114/sim0021
• Schottens-Toma, I. M. J., & de Wit, P. J. G. M. (1988). Purification and primary structure of a necrosis-inducing peptide from the apoplastic fluids of tomato infected with Cladosporium fulvum (syn. Fulvia fulva). Physiological and Molecular Plant Pathology, 33(1), 59–67. https://doi.org/10.1016/0885-5765(88)90043-4
• Vázquez, Y. C., Batis, M. A. I., Alcocer, S. M. I., Gual, D. M., & Sánchez, D. C. (1999). Árboles y arbustos potencialmente valiosos para la restauración ecológica y la reforestación. In Reporte técnico del proyecto J084. CONABIO - Instituto de Ecología, UNAM.
• Yang, T., Groenewald, J. Z., Cheewangkoon, R., Jami, F., Abdollahzadeh, J., Lombard, L., & Crous, P. W. (2017). Families, genera, and species of Botryosphaeriales. Fungal Biology, 121(4), 322–346. https://doi.org/10.1016/j.funbio.2016.11.001

Slider: En el INECOL estamos interesados en identificar los péptidos que el hongo fitopatógeno Neofusicoccum parvum produce cuando infecta al árbol Liquidambar styraciflua. Fotografías tomadas por Rebeca Vázquez Avendaño y la edición final la realizó Eric Edmundo Hernández Domínguez.

¹Red de Estudios Moleculares Avanzados, Instituto de Ecología, A.C., Clúster Científico y Tecnológico BioMimic^®. Laboratorios de Biología molecular y Fitopatología 

²Red de Estudios Moleculares Avanzados, Instituto de Ecología, A.C., Clúster Científico y Tecnológico BioMimic^®. Laboratorio de Proteómica. 

³Investigador Cátedra CONACyT.