19 septiembre, 2009

Secuenciado el genoma de Phytophthora infestans

Phytophthora infestans es el patógeno más destructivo de la papa, nuestro producto bandera, originario de los andes y que es el cuarto cultivo más importante del mundo -después del arroz, trigo y maiz. Este hongo perteneciente a la clase de los oomicetos, es causante del tizón tardío o rancha de la papa, una enfermedad que, en nuestro país, arrasa con centenares de hectáreas de cultivos de papa y que en la década de 1840 fue la causa de la hambruna Irlandesa. Las pérdidas económicas producidas por este patógeno están estimadas en 6700 millones de dólares al año (en el mundo), por lo tanto, es necesario desarrollar nuevas estrategias, usando la biotecnología, para contrarrestar sus efectos; siendo el primer paso para lograr este objetivo, conocer a fondo su genoma.

ResearchBlogging.orgEl trabajo de secuenciamiento fue liderado por investigadores del MIT de Estados Unidos. Con una cobertura de 9X, se secuenció el genoma de P. infestans. Con 229Mb, esu genoma es mucho más grande que de sus parientes cercanos P. ramorum (65Mb) y P. sojae (95Mb). El genoma completo de P. infestans presenta 17797 genes codificantes de proteínas. Su genoma está compuesto por una serie de efectores y moduladores con la capacidad de alterar la especificidad de la célual hospedadora.

Al compararlo con los genomas previamente secuenciados de dos de sus especies relacionadas se observó una organización del genoma muy inusual, con regiones de alta densidad de genes conservados separados por grandes espacios de elementos repetidos y genes no conservados. También posee una gran proliferación de elementos Gypsy (transposones) conformando aproximadamente el 29% del genoma y una gran diversidad de transposones del tipo helitrones (se replican por el mecanismo del círculo rodante). En total se identificaron 273 helitrones, los cuales fueron clasificados en 2 grandes grupos con elementos de 7.3kb y 6.4kb, los más grandes descritos hasta el momento.


Orden de los genes conservados en los genomas de tres especies de Phytophthora. Se nota claramente la expansión del genoma debido al aumento de elementos repeditos en las regiones intergenéticas. Los genes se muestran como barras turquesas y los elementos repetidos como barras negras.

P. infestans secreta proteínas efectoras que alteran la fisiología del hospedador y facilitan su colonización. Estos efectores han sido clasificados en dos grandes categorías: los efectores apoplásticos, los cuales se acumulan en los espacios intercelulares y están conformados por enzimas hidrolíticas (lipasas, proteasas y glicosilasas) e inhibidores enzimáticos que los protege del mecanismo de defensa de la planta; y los efectores citoplásmicos que modifican el metabolismo celular de la planta, los cuales ingresan mediante haustorios.

Entre los efectores citoplásmicos tenemos a las proteínas RXLR que presentan el dominio conservado amino terminal Arg-X-Leu-Arg, el cual es requerido para entrar en la planta. Usando herramientas bioinformáticas se ha predecido al menos 563 genes RXLR en el genoma de P. infestans. Estos genes se encuentran en constante cambio debido a la carrera armamentista co-ecolutiva entre el hospedador y el parásito. Los efectores CRN codifican para péptidos que provocan la necrosis de la planta. Se detectaron al menos 196 genes CRN los cuales poseen una región N-terminal altamente conservada de unos 50 aminoácidos (el dominio LFLAK). Algunos de los miembros de esta familia de genes inducen la secreción de otras proteínas que favorecen la colonización de la planta. Tanto los genes RXLR como CRN tienen un rápido nacimiento y evolución, por esta razón este patógeno ha sido tan devastador. Muchos de los genes de P. infestans son reprimidos durante la infección para evitar la activación de la inmunidad de la célula hospedera.

En fin, el secuenciamiento de su genoma es una herramienta clave para entender el éxito de su patogenicidad. Con este estudio se ha deteminado que P. infestans posee un alto porcentaje de contenido repetido (aprox. 74%), una distribución inusual de sus genes, regiones genéticamente densas separadas por regiones ricas en elementos repetidos, efectores patogénicos con una evolución constante y un aumento de genes CRN y RXLR. Ahora, el siguiente paso es desarrollar estrategias biotecnológicas que nos permitan hace frente a este temible patógeno.

Haas, B., Kamoun, S., Zody, M., Jiang, R., Handsaker, R., Cano, L., Grabherr, M., Kodira, C., Raffaele, S., Torto-Alalibo, T., Bozkurt, T., Ah-Fong, A., Alvarado, L., Anderson, V., Armstrong, M., Avrova, A., Baxter, L., Beynon, J., Boevink, P., Bollmann, S., Bos, J., Bulone, V., Cai, G., Cakir, C., Carrington, J., Chawner, M., Conti, L., Costanzo, S., Ewan, R., Fahlgren, N., Fischbach, M., Fugelstad, J., Gilroy, E., Gnerre, S., Green, P., Grenville-Briggs, L., Griffith, J., Grünwald, N., Horn, K., Horner, N., Hu, C., Huitema, E., Jeong, D., Jones, A., Jones, J., Jones, R., Karlsson, E., Kunjeti, S., Lamour, K., Liu, Z., Ma, L., MacLean, D., Chibucos, M., McDonald, H., McWalters, J., Meijer, H., Morgan, W., Morris, P., Munro, C., O’Neill, K., Ospina-Giraldo, M., Pinzón, A., Pritchard, L., Ramsahoye, B., Ren, Q., Restrepo, S., Roy, S., Sadanandom, A., Savidor, A., Schornack, S., Schwartz, D., Schumann, U., Schwessinger, B., Seyer, L., Sharpe, T., Silvar, C., Song, J., Studholme, D., Sykes, S., Thines, M., van de Vondervoort, P., Phuntumart, V., Wawra, S., Weide, R., Win, J., Young, C., Zhou, S., Fry, W., Meyers, B., van West, P., Ristaino, J., Govers, F., Birch, P., Whisson, S., Judelson, H., & Nusbaum, C. (2009). Genome sequence and analysis of the Irish potato famine pathogen Phytophthora infestans Nature, 461 (7262), 393-398 DOI: 10.1038/nature08358

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