Caracterización estructural y evolutiva de la adaptación funcional del proteoma de Trichoderma harzianum

Abstract

El aumento sustancial en la producción de alimentos provenientes de cultivos extensivos (trigo, maíz, soja, etc.) ayudó a satisfacer las necesidades de seguridad alimentaria mundial. Sin embargo, problemas como el calentamiento global, la contaminación ambiental, el uso poco racional de los suelos y del agua (Pandya 2010), la aparición de patógenos resistentes y la explosión demográfica, han generado varios tipos de estrés biótico y abiótico en las plantas, que son responsables de la pérdida de rendimiento de hasta el 31-42% (Moustafa-Farag et al. 2019) y generan gran preocupación para el bienestar de nuestras futuras generaciones. Las especies de Trichoderma se encuentran entre los agentes de control biológico microbiano más utilizados en la agricultura. Trichoderma spp. es un hongo filamentoso con capacidad de controlar otros hongos patógenos que afectan a los cultivos a través de micoparasitismo, entre otros mecanismos de acción. El uso de Trichoderma spp. ha permitido la producción comercial de agentes de control biológico para la protección de plagas, la mejora del crecimiento de los cultivos y el desarrollo de la agricultura sostenible en diferentes regiones del mundo. A pesar de sus múltiples aplicaciones, los mecanismos metabólicos y bioquímicos de la capacidad de biocontrol de Trichoderma están escasamente caracterizados. En este trabajo, comenzamos con una extensa búsqueda bibliográfica sobre proteínas del género Trichoderma con evidencia empírica de su participación en su rol de biocontrol. Recolectamos proteínas a las que denominamos de “referencia”, con las que generamos una base de datos curada a la que llamamos “Biocontrol”. Seguidamente, extendimos el número de proteínas pertenecientes a esta base de datos, realizando búsquedas por similitud secuencial en genomas de microorganismos evolutivamente cercanos. En este análisis, detectamos una propiedad común, la velocidad de evolución, que puede ser utilizada en forma extensiva para caracterizar nuevas proteínas con posible rol biocontrolador. Más aún, encontramos que los genes de Trichoderma evolucionaron más rápidamente cuando realizamos comparaciones con las especies cercanas, lo que indicaría adaptaciones funcionales a su rol biológico. Sabiendo esto, estimamos la presencia de selección positiva a nivel de rama o cluster evolutivo, así como también a nivel de secuencia, utilizando un método recursivo para seleccionar diferentes conjuntos de proteínas ortólogas para diferentes especies relacionadas con Trichoderma harzianum, habiendo construido previamente alineamientos de regiones codificantes y alineamientos de proteínas correspondientes para cada conjunto. Con este procedimiento, pudimos identificar nuevas proteínas involucradas en el rol biológico de nuestra especie objetivo. Entre las proteínas encontradas, detectamos a la β-1,3-glucanosiltransferasa que interviene en la remodelación de la pared celular de hongos y se ha demostrado su rol en la patogenicidad del hongo patógeno. Utilizando distintos recursos bioinformáticos basados en información estructural, evolutiva y secuencial, caracterizamos la proteína y pudimos acumular evidencias sobre el posible impacto de la selección positiva sobre la relación estructura-función, comparándola con una homóloga de Saccharomyces cerevisiae. Con este análisis, pudimos teorizar la posible adaptación funcional al rol biológico de T. harzianum e implementar los pasos a seguir para el análisis de otras proteínas que puedan ser de interés.