Analisi comparativa genomica e fenotipica dei pathway coinvolti nella produzione di metaboliti secondari in Fusarium fujikuroi

Analisi comparativa genomica e fenotipica dei pathway coinvolti nella produzione di metaboliti secondari in Fusarium fujikuroi Il Bakanae è la più importante malattia del riso trasmessa per seme, evidenziata per la prima volta in Giappone nel 1828 e diffusa ad oggi in tutti i continenti. Il suo agente causale è Fusarium fujikuroi, un ascomicete dannoso non solo per i sintomi che provoca, ma anche per l'elevata produzione di micotossine, in particolare di fumonisine. L'obiettivo principale di questo lavoro è stato quello di identificare, in ceppi patogeni di F. fujikuroi, i principali geni responsabili della produzione di fumonisine, acido fusarico e gibberelline. A tale scopo, sono stati risequenziati (Illumina Myseq,10X) tre ceppi (Augusto2, CSV1 e I1.3) isolati da piante di riso colpite da Bakanae (provenienza: Nord-Italia) e caratterizzati da diversa sintomatologia e produzione di micotossine. L'analisi bioinformatica dei dati di sequenza è stata condotta mediante un assemblaggio genomico de novo dei genomi seguito da un approccio reference-guided, che hanno portato a dei draft genomici di lunghezza media pari a 42,8 Mb in 187 contig. Tutti i genomi ricostruiti sono poi stati annotati strutturalmente con MAKER e sono state predette, rispettivamente per Augusto2, CSV1 e I1.3, 14404, 14419 e 14419 proteine. I tre genomi sono stati poi analizzati per la presenza di SNP/indel a livello genomico, mediante gli applicativi Samtools e Bcftools, e con SnpEff, per evidenziare variazioni nelle regioni codificanti. In totale, sono stati identificati tre cluster genici (già noti in letteratura), formati rispettivamente da 15, 7 e 12 geni, quali principali responsabili della produzione di fumonisine, gibberelline e acido fusarico. L'analisi comparativa di questi geni non ha evidenziato differenze a livello della sequenza amminoacidica predetta nei cluster per la sintesi di gibberelline e acido fusarico, mentre ciò è avvenuto per quanto riguarda il cluster delle fumonisine. Tali differenze si trovano nel ceppo I1.3 nella polichetide sintasi (FUM1) alla base del pathway metabolico, e nel fattore di trascrizione FUM21, responsabile di regolare l'espressione dei geni del cluster. Inoltre, sempre in I1.3, è stata predetta una delezione di 16 aminoacidi nella proteina FUM13, una reduttasi. In parallelo all'analisi genomica sono state condotte prove di patogenicità differenziali usando come ospite comune la cultivar di riso Galileo, suscettibile al bakanae. Questi esperimenti in vivo sono stati accompagnati da prove di crescita in vitro su terreno liquido (PDB) e solido (YES Agar). Si è quindi proceduto alla quantificazione chimica dei metaboliti prodotti dai ceppi, tramite HPLC, ed è risultato che il ceppo Augusto2 è il maggior produttore di fumonisine, seguito da CSV1 e poi da I1.3, come riportato in letteratura, ed è quindi stato possibile fare ipotesi circa le singole mutazioni responsabili della diversità nella produzione di micotossine dei tre ceppi. Un secondo risultato importante è stato l'osservare come il ceppo CSV1 fosse incapace di produrre gibberelline in vivo. Le piante infette con CSV1 non presentavano infatti l'elongazione tipica del bakanae, ma il nanismo e la clorosi tipici in genere nei ceppi ad alta produzione di acido fusarico. Questo studio ha permesso di aggiungere un nuovo tassello nel complesso puzzle delle interazioni tra riso e Fusarium fujikuroi, e in particolare in quello dei pathway metabolici coinvolti nel processo patogen