Efectores en hongos y oomicetos/Efectores en hongos

Efectores extracelulares

Conocidos también como efectores apoplásticos. Este tipo de moléculas actualmente se les atribuye dos tipos de funciones: la primera corresponde a un grupo de enzimas encargadas de degradar la pared celular conocidas como CWDEs, y el segundo comprende proteínas inductoras de necrosis y proteínas que inducen etileno, conocidas como NEP-1, las cuales participan en la inducción de muerte celular en dicotiledóneas. Algunos de los efectores mejor caracterizados son los de Cladosporium fulvum y Fusarium oxysporum.

• Cladosporium fulvum

Dentro de los efectores extracelulares vale la pena mencionar los pertenecientes a Cladosporium fulvum y Fusarium oxysporum.

C. fulvum, un hongo que infecta el tomate, posee 4 genes de avirulencia que codifican proteínas pequeñas secretadas, ricas en cisteína, dentro de las cuales se han estudiado Avr2, Avr4, Avr4E y Avr9 cuyo reconocimiento está mediado por las proteínas Cf (de C. fulvum) del tomate: Cf-2, Cf-4, Cf-4E y Cf-9 respectivamente (16; 28; 56).

También se han identificado otras proteínas extracelulares (Ecps por sus siglas en inglés) de esta especie, como Ecp1, Ecp2, Ecp4 y Ecp5 son reconocidas por proteínas de resistencia del tipo Cf-Ecp que elicitan una respuesta hipersensible (HR) en el hospedero, para detener la propagación de la infección. Sin embargo, aún no se han descubierto proteínas de resistencia contra Ecp6 y Ecp7 que activen la HR en tomate (6; 14; 34).

Avr2 inhibe proteasas cisteína del tomate, como Rcr3, Pip1 y TDI-65, que se presume son importantes en la defensa basal de hospedero (17; 33; 53; 58; 62). Hasta finales del 2009 no se habían podido encontrar homólogos de efectores Avr’s o Ecp’s en bases de datos públicas, con excepción de Avr4 y Ecp6 que contienen dominios LysM, principalmente por los pocos genomas disponibles de hongos fitopatógenos (6).

• Fusarium oxysporum

Otro tipo de efectores extracelulares estudiados son los efectores tipo Six de Fusarium oxysporum.

El nombre viene de “secretado en xilema” y son producidos por F. oxysporum durante su infección al tomate. Estas proteínas son requeridas para una virulencia completa en tomate, pero también pueden activar la respuesta inmune inducida por efectores “ETI”.

Las proteínas de resistencia complementarias Six1 (renombrado Avr3), son necesarias para la virulencia, estas también puede inducir ETI si interactúa con la proteína I-3 del tomate (26; 48).

Six3 (renombrado Avr2) contribuye a la virulencia pero también puede suscitar ETI si interactúa con I-2 (25). Estos efectores residen en un cromosoma exclusivo de F. oxysporum f. sp. lycopersici y no se encuentran en otros linajes de F. oxysporum, por lo que se cree fueron adquiridos por un individuo de esta especie y pasados mediante transferencia horizontal a otras cepas de la misma especie (48).

Cómo parte de la co-evolución entre patógeno y hospedero, F. Oxysporum f. sp. lycopersici adquirió el gen Six4 (renombrado Avr1) que permite suprimir la resistencia mediada por I-3 e I-2; cuando cepas de F. Oxysporum f. sp. Lycopersici, avirulentas en plantas de tomate con I-3 e I-2, eran transformadas con Avr1 se lograba restablecer la virulencia.

Por lo tanto, Avr1 se adquirió para compensar el reconocimiento de Avr2 y Avr3, en plantas con genes de resistencia I-2 e I-3. I-2 reconoce Avr2 directamente (mutaciones puntuales en Avr2 devuelven la virulencia) e I-3 probablemente reconoce sustratos degradados por Avr3 (gen guardián) (24).

Efectores citoplasmáticos

Además de los efectores secretados en el apoplasto, existen una gran diversidad de efectores que se translocan al interior de la célula hospedera para cumplir sus funciones en el citoplasma vegetal. Este tipo de efectores se denominan citoplasmáticos y han sido ampliamente estudiados en Magnaporthe oryzae.

• Magnaporthe oryzae

Este es un hongo fitopatógeno del arroz. Tiene efectores de la familia Pwl (por ser patógenos contra el pasto llorón o weeping lovegrass en inglés). Esta familia de genes de rápida evolución se caracteriza por codificar proteínas pequeñas secretadas ricas en glicina que generalmente se encuentran en patógenos del arroz.

Otra familia de efectores importante incluye los Avr-Pita. Estos efectores muestran homología con metaloproteasas (dependientes del metal zinc) y no son indispensables para la virulencia en arroz (27; 41). Las proteínas de resistencia afines a estos efectores se conocen como Pi-ta y este reconocimiento es determinado por la diferencia en un residuo (Ala-918) de la proteína Pi-ta (27). Actualmente se han descrito tres miembros en esta familia (Avr-Pita1, Avr-Pita2 y Avr-Pita3). Aunque Avr-Pita1 y Avr-Pita2 están presentes en M. Oryzae y M. Grisea, Avr-Pita3 solamente se encuentra en M. Oryzae (31).

También existen efectores exclusivos de apresorios: Ace 1 es un polipéptido con dos enzimas, una poliqueto sintasa (PKS) y una péptido sintasa no-ribosomal (NRPS), que normalmente están ligadas a la producción de metabolitos secundarios (5; 12). Ace1 parece mediar también la avirulencia de forma indirecta al producir un metabolito secundario que activa Pi33 (5; 19).

Toxinas

No todos los hongos dependen de los nutrientes extraídos de las células vivas mediante la formación de haustorios; los necrótrofos proliferan sobre células hospederas muertas. En este último caso estos producen efectores conocidos como toxinas selectivas de hospedero (HSTs), que interactúan con receptores de susceptibilidad. Esta interacción, sin embargo, no es una resistencia gen por gen desarrollado por el hospedero para frenar el proceso de infección, como sucede con el reconocimiento de efectores en hongos biótrofos por proteínas de resistencia. Los efectores comprenden moléculas de bajo peso molecular que actúan como factores de virulencia, los cuales son activos en plantas susceptibles a la infección del patógeno. Existen teorías donde se plantea un menor tiempo de co-evolución entre efectores de hongos necrótrofos y sus hospederos con respecto a efectores de hongos biótrofos. Esta categoría comprende moléculas de bajo peso molecular que actúan como factores de virulencia, los cuales son activos en plantas susceptibles a la infección del patógeno.

Stagonospora nodorum y Pyrenophora tritici-repentis son dos hongos fitopatógenos que codifican diversas proteínas necrogénicas. Si ToxA es codificado por un gen de S. Nodorum que comparte gran similaridad con el gen PtrToxA de P. tritici-repentis, agente causal de la mancha parda del trigo que posee el gen de susceptibilidad Tsn1; mutantes de trigo que no tienen Tsn1 se vuelven insensibles a PtrToxA y SnToxA, lo que confirma el grado de similitud entre estas proteínas al sugerir que interactúan con el mismo blanco (36).

ToxA interactúa con un sitio de unión de alta afinidad presente en la membrana plasmática de células mesófilas del trigo mediante el dominio Arg-Gly-Asp (RGD). Se cree que esta interacción, mediada por el dominio RGD, es requerida para la internalización de la toxina (37). También se ha visto que ToxA puede interactuar con la proteína 1 de unión a ToxA de cloroplastos (ToxABP1 por sus siglas en inglés) que posee similitud con los dominios fosfatidilinositol presentes en proteínas animales involucradas en procesos de endocitosis (38).

Algo bien interesante de destacar es que este dominio RGD también se ha encontrado en proteínas efectoras del Oomiceto Phytophthora infestans que interactúan con la membrana plasmática de células hospederas (AvrBlb1) (52; 59).

Toxinas Selectivas de Hospedero (HST) en Hongos Fitopatógenos

Efectores en hongos mutualistas

Los efectores mutualistas, se encuentran en el grupo de los hongos micorrízicos. (Kloppholz et al. 2011) mostraron que el efector SP7 secretado por el hongo Glomus intraradices interactúa con el factor de transcripción vegetal ERF19, el cual es inducido cuando las raíces están siendo colonizadas por un fitopatógeno, suprimiendo la muerte celular programada. Otro ejemplo el es efector MiSSP7 producido por el hongo Laccaria bicolor, producido durante el proceso de colonización de las raíces de la planta (44).