Comparativa del proceso de patogénesis inducido por luz de las especies de Monilinia que infectan al melocotón en España
Authors:   , Astacio Rosado Juan Diego 
Published: February 2025

Brown rot is the main fungal disease affecting stone fruit crops worldwide. It is caused by fungi of the genus Monilinia, which are a filamentous fungi from the Sclerotiniaceae family with a necrotrophic lifestyle. They employ a number of virulence factors to penetrate the plant cell wall and membranes. The development of brown rot is controlled by environmental factors and the maturity stage of the host. In recent years, lighting conditions are gaining relevance as an environmental factor that can modify the course of development of the disease caused by Monilinia spp.

The aim of this thesis is to study how different wavelengths and photoperiods affect the host-pathogen-environment interaction. For this purpose, molecular and bioinformatics techniques were used to identify the photoinducible genes, as well as those coding for virulence factors and photoreceptors in each Monilinia species. Growth assays were performed on different synthetic liquid media in addition to infection assays on fruit to quantify the effect of different wavelengths and photoperiods on fungal growth, disease development, and fungal transcriptional response.

The three Monilinia species encode a very similar set of CAZymes in their respective genomes. A total of 414, 398, and 383 CAZymes were identified in the genomes of M. fructicola 38C, M. laxa 8L, and M. fructigena Mgena6, respectively. In addition, two genes coding for NEP1-like toxins were found in the genomes of the three Monilinia species. Red and blue lights caused an increase in the transcriptional activity of M. fructicola 38C virulence factors during the first hours of the infection process on nectarine, which was accompanied by a reduction of the latency period of the disease. In the case of M. laxa 8L, fewer genes also experienced photoinduction by red light. In M. fructigena Mgena6 photoinduction was residual, while some virulence factors saw their gene expression levels increased under dark conditions. No light-caused differences in the development of disease symptoms under our experimental conditions were observed in either M. laxa or M. fructigena. On the other hand, M. fructicola 38C showed differences in gene expression levels of CAZymes and Mfcnep2 when grown on different synthetic culture media and on fruit.

There are differences in daily growth rate and sporulation at the species level when the fungus is grown on solid medium and illuminated by different types of light and photoperiods. Red light produced an increase in the daily growth rate in M. fructicola 38C, while all other wavelengths reduced it. M. fructigena Mgena6 showed a reduction in growth rate in response to all wavelengths under a short photoperiod, while under a long photoperiod white, green and near ultraviolet lights reduced it significantly. All three Monilinia species have in their genome information to encode the same set of photoreceptor proteins. This set is composed of three phytochromes, two cryptochromes, three LOVs, and two rhodopsins.

This thesis shows the existence of mechanisms that allow differential regulation by light of disease development and virulence factors in each species. Despite having identical photoreceptor machinery, we observed differences in light-responsive behavior among the three Monilinia species, including an increase in the rate of appearance of brown rot symptoms by M. fructicola 38C and increased transcriptional activity of several virulence factors.

RESUMEN

La podredumbre parda es una de las principales enfermedades fúngicas que afecta al cultivo de fruta de hueso en todo el mundo. Está causada por hongos del género Monilinia de la familia Sclerotiniaceae, con un estilo de vida necrotrofo, que emplea una serie de factores de virulencia para atravesar la pared y membranas celulares vegetales y causar la muerte de éstas para alimentarse de su contenido. El desarrollo de la podredumbre parda está controlado por factores ambientales y el estado de maduración del huésped. En los últimos años las condiciones de iluminación están cobrando relevancia como factor ambiental que puede alterar el desarrollo de la enfermedad causada por Monilinia spp.

Esta tesis se plantean cuatro objetivos para estudiar cómo afectan distintas longitudes de onda y fotoperiodos a la interacción huésped-patógeno-ambiente. Para ello, se usaron técnicas moleculares y bioinformáticas para identificar los genes fotoinducibles, así como los codificantes para factores de virulencia y fotorreceptores en cada especie de Monilinia. Se realizaron ensayos de crecimiento sobre distintos medios líquidos sintéticos además de ensayos de infección sobre nectarina para poder cuantificar el efecto de distintas longitudes de onda y fotoperiodos en el crecimiento del hongo, desarrollo de la enfermedad, y en la respuesta transcripcional del hongo.

Las tres especies de Monilinia codifican en sus respectivos genomas un set de CAZymes muy similar. Se identificaron un total de 414, 398 y 383 CAZymes en los genomas de M. fructicola 38C, M. laxa 8L y M. fructigena Mgena6, respectivamente. Además, en el genoma de las tres especies de Monilinia se localizan dos genes codificantes para toxinas NEP1-like. Las luces roja y azul provocaron un aumento en la actividad transcripcional de los genes Mfcpme3, Mfcpme2, Mfcpg1, Mfccel1, Mfcpnl1, Mfcpnl2 y Mfcnep2 en M. fructicola 38C durante las primeras horas del proceso de infección sobre nectarina, lo cual vino acompañado por una reducción del periodo de latencia de la enfermedad. En el caso de M. laxa 8L, una menor cantidad de genes también experimentaron fotoinducción por luz roja. En M. fructigena Mgena6 la fotoinducción fue residual, mientras que algunos factores de virulencia vieron sus niveles de expresión génica aumentados en condiciones de oscuridad. No se observaron diferencias causadas por luz en el desarrollo de síntomas de la enfermedad en M. laxa ni M. fructigena. Por otro lado, M. fructicola 38C mostró diferencias en los niveles de expresión génica de CAZymes y Mfcnep2 al crecer sobre distintos medios de cultivo sintético y sobre fruta.

Existen diferencias en la tasa de crecimiento diario y esporulación a nivel de especie cuando el hongo crece sobre medio sólido y es iluminado por diferentes tipos de luz y fotoperiodos. La luz roja produjo un aumento en la tasa de crecimiento diario en M. fructicola 38C, mientras que el resto de longitudes de onda la redujeron. M. fructigena Mgena6 mostró una reducción de la velocidad de crecimiento en respuesta a todas las longitudes de onda bajo un fotoperiodo corto, mientras que en el fotoperiodo largo las luces blanca, verde y ultravioleta cercano la redujeron de forma significativa. Las tres especies de Monilinia tienen en su genoma información para codificar proteínas fotorreceptoras. Esta batería está compuesta por tres fitocromos, dos criptocromos, tres proteínas LOVs, y dos rodopsinas.

Esta tesis muestra la existencia de mecanismos que permiten la regulación diferencial por luz del desarrollo de la enfermedad y los factores de virulencia en cada especie. A pesar de contar con una maquinaria fotorreceptora idéntica, observamos diferencias en el comportamiento en respuesta a luz entre las tres especies de Monilinia, entre las que se incluyen un aumento en la velocidad de aparición de síntomas de podredumbre parda por parte de M. fructicola 38C y el aumento de actividad transcripcional de una serie de factores de virulencia.