Artículo publicado en el Portal Comunicación Veracruzana el día 07 de diciembre 2021
Los hongos fitopatógenos producen proteasas que son enzimas que pueden hidrolizar (cortar) a las proteínas de las plantas durante el proceso de infección y establecimiento de la enfermedad. De acuerdo con las características en su estructura y la forma en que llevan a cabo la hidrólisis, las proteasas se agrupan en múltiples familias. En el Instituto de Ecología A.C. (INECOL) estamos interesados en conocer los mecanismos de acción, así como la contribución de las proteasas de la familia S8 de hongos fitopatógenos asociados a escarabajos ambrosiales, al establecimiento de las enfermedades en árboles y plantas de interés ecológico o comercial.
Palabras clave: Proteasas S8, hongos fitopatógenos, respuesta de defensa vegetal.
Con frecuencia, en las frutas y verduras que consumimos o en las plantas que tenemos en casa, podemos observar la presencia de manchas negras, pudriciones, hojas marchitas o mohos que hacen que los alimentos no sean agradables, y que nuestro jardín luzca enfermo o incluso moribundo. Estos daños suelen ser ocasionados por hongos fitopatógenos, microorganismos capaces de atacar a las plantas, enfermarlas e incluso matarlas. Las plantas poseen un sistema de defensa que les permite reconocer e intentar salvarse del ataque de los hongos. Imaginemos que las células vegetales son ciudades amuralladas, con guardias atentos al ataque del enemigo; en donde la muralla es la pared celular y sus sistemas de defensas son proteínas y otras moléculas que pueden detectar, inactivar o destruir al enemigo. En algunas ocasiones las defensas con las que cuenta la planta no son suficientes y el hongo logra la victoria a expensas de la planta. Ello lo consiguen en parte, mediante la secreción de enzimas llamadas proteasas que tienen la función de hidrolizar las proteínas de la planta, es decir son proteínas que destruyen proteínas.
Fig 1. Catálisis realizada por las proteasas de serina. A. Formación y ruptura de un enlace peptídico: el grupo amino de un aminoácido (grupo R2) desplaza al grupo hidroxilo de otro aminoácido (grupo R1) para formar el enlace peptídico (en amarillo). La reacción contraria es la ruptura de un enlace peptídico. La reacción de síntesis libera una molécula de agua y la reacción inversa rompe una molécula de agua (llamando a estas reacciones hidrolíticas). B. Estructura de las proteasas de serina con la tríada de aminoácidos catalíticos en el sitio activo: ácido aspártico (Asp), histidina (His) y serina (Ser). C. Ruptura del enlace peptídico (la acción de la proteasa está indicada con una línea punteada roja), la proteína al fragmentarse ya no cumple con su función celular. Las figuras fueron adaptadas de Erez et al., 2009; Nelson & Cox, 2004 y Mótyán et al., 2013 creada con BioRender.com por Eric Hernández.
Pero ¿cómo lo hacen? Las proteínas están formadas por aminoácidos que se conectan a través de enlaces peptídicos que se forman entre el grupo carboxilo de un aminoácido con el grupo amino del otro aminoácido (Fig. 1a). De acuerdo con la base de datos MEROPS, las proteasas son agrupadas en múltiples familias y la familia S8 (Serina endopeptidasa subtilisina y homólogos) se distingue por agrupar a proteasas con un sitio activo formado por la triada de aminoácidos: histidina (His), serina (Ser) y ácido aspártico (Asp; Fig. 1b) y que son los responsables de llevar a cabo la hidrólisis (Rawlings et al., 2018; Fig. 1c, Fig 2). La familia S8 es la más abundante y diversa en hongos e interesantemente existe un mayor número de proteasas de esta familia en aquellos hongos que están relacionados con las plantas (Muszewska et al., 2017), más aún, a esta familia se le ha correlacionado con los procesos de patogenicidad. Por ejemplo; la pérdida del gen PePRT que codifica una serina proteasa S8 secretada por el hongo fitopatógeno Penicillium expansum, disminuye la virulencia en frutos de manzana y afecta la morfología del hongo (Levin et al., 2019, 2021), resultados similares se han obtenido en el hongo Magnaporthe oryzae (Saitoh et al., 2009).
Fig 2. Alineamiento de las secuencias de aminoacidos de diversas proteasas de la famila S8 de diferentes hongos fitopatógenos. Se muestra un fragmento de la secuencia donde se resalta en recuadros de color magenta los aminoacidos que conforman la triada catalitica, D: ácido aspártico, H: histidina y S:serina. La figura fue realizada por Eric Hernández utilizando el software Jalview.
La proteasa Prb1 está relacionada con la patogénesis y mediante mutantes donde el gen fue eliminado presentaron alteraciones fenotípicas como reducción de los conidios y de las hifas aéreas en Alternaria alternata, reducción de la esporulación en Cryphonectria parasitica y reducción de las tasas de crecimiento en Fusarium graminearum (Fu et al., 2020; Shi et al., 2014; Xu et al., 2020). Por lo que Xu y colaboradores (2020) propusieron que el gen Prb1 controla la virulencia de F. graminearum mediante diferentes vías: la producción de la toxina deoxinivalenol, la ruta de biosíntesis del glicerol y la autofagia (Fig. 3).
Fig 3. Proteasas S8 secretadas en la interacción hongo fitopatógeno-planta. Las proteasas S8 (A-D) son secretadas durante el proceso de fitopatogenicidad. A. Bcser2 es producida por Botrytis cinerea,está asociada con la penetración de la célula huésped y en la esporulación.B. Prb1 esta relacionada con la patogénesis de A. alternata, C. parasitica y F. graminearum.C. SPM1 de M. oryzae, está en la vacuola y es clave en la infección en arroz. D. PePRT homóloga a SPM1 secretada por P. expansum es un factor de virulencia. E. En respuesta, la planta produce proteasas para regular sus procesos de defensa y contribuir a su respuesta inmune. En contraparte, los hongos también pueden secretar inhibidores de proteasas (Organelos celulares: A= apoplasto, C= citosol, CL= cloroplastos, MC= membrana citoplasmática, N= Núcleo, PC= Pared celular, RE= Retículo endoplasmático, V= vacuola). La figura fue creada con BioRender.com por Jire Muñoz y Eric Hernández.
En el Instituto de Ecología A.C. (INECOL) estamos interesados en identificar las proteasas S8 que secretan algunos hongos fitopatógenos, en particular aquellos hongos que son simbiontes de los escarabajos ambrosiales. Los escarabajos ambrosiales son insectos del tamaño de la punta de un lápiz que transportan hongos simbiontes en sus aparatos bucales. Estos escarabajos cuentan con la capacidad de crear galerías dentro de los árboles, en estas galerías los hongos se establecen, desarrollan y causan enfermedades y muerte en los árboles (Fig. 4). Los escarabajos necesitan a los hongos porque les proporcionan alimento; los hongos necesitan al escarabajo porque los transporta al interior de los árboles, donde creemos que las proteasas podrían estar implicadas en los procesos que desencadenan que los árboles se enfermen y posteriormente mueran.
Fig 4. Enfermedad en árboles de Erythrina coralloides (colorín) asociada a la plaga conformada por un escarabajo ambrosial y su hongo asociado. A. Síntoma externo de corteza. B. Síntoma interno que muestra las galerías al interior del árbol en un corte longitudinal de trozo de corteza. C. Escarabajo ambrosial del tamaño de la punta de un lápiz. D. Síntoma externo que muestra las expulsiones de aserrín al exterior de las galerías. Las fotos fueron tomadas por Diana Sánchez en Tijuana, 2017 durante el Taller para la prevención y manejo ante la detección del Complejo de Escarabajos Ambrosiales organizado por el Servicio Nacional de Sanidad e Inocuidad y Calidad Agroalimentaria (SENASICA).
Agradecimientos
Se agradece al CONACyT que hizo posible esta investigación a través del financiamiento del proyecto 292399 FORDECyT-PRONACES. “Generación de estrategias científico-tecnológicas con un enfoque multidisciplinario e interinstitucional para afrontar la amenaza que representan los complejos ambrosiales en los sectores agrícola y forestal de México”.
Referencias bibliográficas
No se admiten de-evoluciones
Alejandro Espinosa de los Monteros1
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 02 de febrero 2023
La evolución biológica es un proceso [ ... ]
Leer más...¿Cómo sobreviven las plantas al fuego?
Milton H. Díaz-Toribio*
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 01 de febrero 2023
Existen muchas estrategias para [ ... ]
Leer más...Efectos transgeneracionales: la herencia no genética
Ornela De GasperIn, Fernanda Baena Díaz y Daniel González Tokman*
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el [ ... ]
Leer más...Los mamíferos poco conocidos de México: los tlacuaches
Miguel Ángel Ortiz Acosta*, Jorge Galindo González* y Claudio Mota Vargas**
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana [ ... ]
Leer más...Opresión costera en las costas veracruzanas
Ma. Luisa Martínez1 y Debora Lithgow2
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 26 de enero 2023
La opresión costera [ ... ]
Leer más...Los escarabajos amantes del agua
Roberto Arce-Pérez y Daniel Reynoso-Velasco
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 25 de enero 202
Los escarabajos amantes del [ ... ]
Leer más...Daño Colateral… las canteras de la sierra Manuel Díaz
Israel Acosta Rosado1 y Enrique César Crivelli1
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 24 de enero 2023
El [ ... ]
Leer más...¡La Mariola y El Guayule en tierras de Pancho Villa!
Karina Magdalena Grajales Tam1
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 23 de enero 2023
Al escuchar estos [ ... ]
Leer más...Toxoplasma gondii: ¿un parásito que hace zombis?
Antonio Acini Vásquez Aguilar y Dolores Hernández Rodríguez
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 19 de enero [ ... ]
Leer más...¿Y cómo hacen el sonido los insectos?
Magdalena Cruz Rosales
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 18 de enero 2023
Los insectos emiten sonidos mediante estructuras [ ... ]
Leer más...Etnobiología molecular de cícadas
Jorge González-Astorga
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 17 de enero 2023
En este trabajo abordo el estudio [ ... ]
Leer más...Buscando AbEs para la Península de Yucatán
Debora Lithgow, Juan José Von Thaden, Valeria Chávez, Rodolfo Silva
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 16 de enero [ ... ]
Leer más...La heterogeneidad estructural del cambio climático global
Wesley Dáttilo1 y Daniel González-Tokman1
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 12 de enero 2023
“No [ ... ]
Leer más...Helmintos intestinales de la raya látigo
Daniel Augusto Pozos Carre, Carlos Daniel Pinacho Pinacho y Oscar Méndez
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 11 de enero [ ... ]
Leer más...Dibujando Ciencia
Andrea Viviana Ballen-Guapacha*, Rosa Ana Sánchez-Guillén*
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 10 de enero 2023
La ilustración [ ... ]
Leer más...¿Qué es la paleoclimatología?
Alexandro Medina Chena y Rafael Villegas Patraca
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 09 de enero 2023
Para conocer las condiciones [ ... ]
Leer más...Taza de Excelencia: El café al que aspiramos cada día
Gerardo Alvarado Castillo, Ana Laura Gumecindo, Luz Amelia Sánchez* y Griselda Benítez**
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación [ ... ]
Leer más...Intensificación de cafetales afecta la conservación
Robert H. Manson1 y Mauricio Galeana Pizaña2
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 15 de diciembre 2022
Hasta [ ... ]
Leer más...La oreja electrónica, monitoreo ultra acústico de murciélagos
Antonio Guillén Servent
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 14 de diciembre 2022
Los murciélagos [ ... ]
Leer más...Resistencia microbiana: ¿la biodiversidad al rescate?
Lorena Velásquez-Mejía, Abraham Vidal-Limón, Eliel Ruiz-May, Jesús Alejandro Zamora-Briseño*
Artículo publicado en la Crónica y el Portal [ ... ]
Leer más...La fisiología animal y el ordenamiento territorial de Xalapa
Carolina Valdespino, Sergio Albino-Miranda, Cecilia Castillo, Jorge Ramos-Luna, Zoila Guillen-Guillen, Luis Morales-Cid
Artículo publicado [ ... ]
Leer más...La bioacústica y la ecoacústica al servicio de la valoración de los ecosistemas
Fernando González-García
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 09 de diciembre 2022
Ante [ ... ]
Leer más...Áreas verdes urbanas en ciudades costeras
Debora Lithgow1 y Juan José Von Thaden2
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 08 de diciembre 2022
Las áreas verdes [ ... ]
Leer más...Nochebuena y Pascle: dos plantas icónicas de la navidad en México
Enrique César Crivelli1
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 07 de diciembre 2022
En las [ ... ]
Leer más...Hongos: arsenal de compuestos bioactivos
Leonardo Serrano, Víctor M. Bandala, Leticia Montoya, Antero Ramos*
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 06 de diciembre 2022
Los [ ... ]
Leer más...Nuestra Madre Tierra, la que nos alimenta
Beatriz E. Marín Castro1, Andrea Vargas Mejía2, Karla Tapia1 y Sandra Rocha1
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana [ ... ]
Leer más...Cnidarios: anémonas, corales, medusas e hidras
Alberto Rísquez
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 02 de diciembre 2022
Hemos escuchado mucho la historia [ ... ]
Leer más...¿Sirve la luz para el control de insectos plaga? El caso de escarabajos ambrosiales
Rafael Espinosa Luna1, Raúl Alfonso Vázquez Nava1, Juan Manuel López Téllez1, Leonel López Sandoval2, Luis Arturo [ ... ]
Leer más...El vecindario de los tlaconetes
Paulina García Bañuelosy José Luis Aguilar López
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 30 de noviembre 2022
Las salamandras [ ... ]
Leer más...Las orquídeas y su conocimiento tradicional
Milton H. Díaz-Toribio1 y Victoria Sosa2
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 28 de noviembre 2022
La riqueza biocultural [ ... ]
Leer más...La comunicación en la naturaleza
Mario Enrique Favila Castillo
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 29 de noviembre 2022
Una de las características de los seres [ ... ]
Leer más...Abejas nativas, herbáceas y huertas de aguacate
Equipo Proyecto AGUHA
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 25 de noviembre 2022
La diversidad de abejas nativas [ ... ]
Leer más...Las plantas… ¿tienen memoria?
Nidia Luz Sánchez León y Eric Edmundo Hernández Domínguez*
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 24 de noviembre 2022
Las [ ... ]
Leer más...Evolución en acción: trampa y nepotismo
Jorge González-Astorga
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 21 de noviembre 2022
Desde sus orígenes la biología [ ... ]
Leer más...Plantas + microorganismos = holobiontes
Eliezer Cocoletzi Vásquez1 y Sandra Rocha Ortiz2
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 23 de noviembre 2022
El estudio [ ... ]
Leer más...¿Qué naturaleza quedará a los que vienen?
Sonia Gallina
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 22 de noviembre 2022
El conocimiento generado por los investigadores [ ... ]
Leer más...¿Qué tanto es tantito? Todo es cuestión de números…
Miguel Rubio Godoy
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 18 de noviembre 2022
Bien dice el refrán popular, [ ... ]
Leer más...Ecología química de la araña roja de dos manchas
Neby Melina Mérida-Torres1, Tirinjin T. Máximo-Martínez2 y Samuel Cruz-Esteban2,3*
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación [ ... ]
Leer más...Hij@s de la mitocondria
Noemí Matías-Ferrer1 y Juan Esteban Martínez-Gómez1
Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 14 de noviembre 2022
El ADN mitocondrial, [ ... ]
Leer más...Nanopartículas para el control de hongos patógenos de aguacate
Luis A. Hermida-Montero1,2, Nicolaza Pariona Mendoza1, Iliana C. Ruiz-Leyva2, Zelene Durán-Barradas1, Antonio Solis-Soria1,3, Daniel [ ... ]
Leer más...