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Título : Genomics and walnut hull proteomics of Xanthomonas arboricola pv. juglandis 417 for the development of new disease control.
Autor : Assis, Renata de Almeida Barbosa
metadata.dc.contributor.advisor: Moreira, Leandro Marcio
Dandekar, Abhaya M.
Palabras clave : Xanthomonas
Noz - doenças e pragas
Fungos fitopatogênicos
Genômica comparativa
Proteômica
Fecha de publicación : 2021
metadata.dc.contributor.referee: Moreira, Leandro Marcio
Ferro, Jesus Aparecido
Souza, Robson Francisco de
Cruz, Izinara Rosse da
Borges, William de Castro
Citación : ASSIS, Renata de Almeida Barbosa. Genomics and walnut hull proteomics of Xanthomonas arboricola pv. juglandis 417 for the development of new disease control. 2021. 95 f. Tese (Doutorado em Biotecnologia) - Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2021.
Resumen : Xanthomonas arboricola pv. juglandis 417 (Xaj417) is the causal agent of walnut bacterial blight, the most significant above-ground disease of walnuts (Juglans regia L.). Walnut producers have registered losses of up to 40% in local production annually. Disease management uses copper-based pesticides which induce pathogen resistance despite being harmful for the environment. Our aim was to evaluate the genome content of the pathogen, dissect the host-pathogen response to define determinants that regulate the host susceptibility and assess the mutation effect of a conserved secreted protein among plant-associated Xanthomonadaceae. Our study focused on Xaj417 to understand the proteo-genomics attributes to colonize its host. We investigated the genome sequence and proteome of this plant pathogen by performing a comparative analysis with other sequenced Xaj and inoculating walnut fruits with Xaj417. The comparison of 32 Xaj genomes revealed that the adaptive evolution generated by intensive spray application to control bacterial diseases possibly led to selection of resistant bacteria and emergence of pathogenic strains (Chapter I). The results revealed that bacterial virulence and copper resistance emerged by the acquisition of specific sets of pathogenesis-related genes commonly transferred among the members of the Xanthomonas genus on mobile genetic elements. This was evidenced for the reference strain Xaj417, a copper-resistant Californian isolate, that acquired a new copper resistance cassette by HGT associated with a new transposon family in Xanthomonas (TnXaj417). The expansion of mobile genetic elements in the most virulent strains influence the repertoire of virulence effectors and adaptation strategies shaping the evolution of pathogenic strains. On Chapter II, we dissected this pathosystem using tandem mass tag quantitative proteomics. This is the first proteome study of this pathosystem examining the molecular responses during the disease development by comparing the proteomes of infected fruit hulls to healthy tissue. Xaj proteins detected in infected tissues demonstrated its ability to adapt to the host microenvironment, limiting iron availability, coping with copper toxicity, and maintaining energy and intermediary metabolism. Finally, on Chapter III the secreted monofunctional chorismate mutase mutant (XajCM) was created in Xaj417 and showed increased virulence in walnut nuts. The bacterial morphology was characterized and IX changes in the protein profile of the mutant in planta were tested. The proteomic results suggested intense degradation processes, oxidative stress, and general arrest of the biosynthetic metabolism in infected nuts. Overall, this study offers new insights into the emergence of virulence, adaptation, and tolerance to disease management strategies used in orchard ecosystems. It also provides knowledge into molecular mechanisms highlighting potential molecular tools for early detection and disease control strategies.
metadata.dc.description.abstracten: Xanthomonas arboricola pv. juglandis 417 (Xaj417) é o agente causal da praga bacteriana da noz, a doença aérea mais significativa das nozes (Juglans regia L.). Os produtores de nozes registram perdas de até 40% na produção local anualmente. Além disso, pesticidas à base de cobre usados no controle da doença induzem resistência a patógenos e são prejudiciais ao meio ambiente. Nosso objetivo foi avaliar o conteúdo do genoma do patógeno, dissecar a resposta patógeno-hospedeiro para definir determinantes que regulam a suscetibilidade do hospedeiro e avaliar o efeito de mutação de uma proteína secretada conservada entre bactérias da família Xanthomonadaceae associadas a plantas. Nosso estudo se concentrou em Xaj417 para entender os atributos proteo-genômicos para colonizar seu hospedeiro. Nós investigamos o genoma e proteoma deste patógeno vegetal realizando uma análise genômica comparativa com outros isolados de Xaj e através da inoculação de nozes com Xaj417. A comparação de 32 genomas Xaj revelou que a evolução adaptativa gerada pela aplicação intensiva de spray para controlar doenças bacterianas possivelmente levou à seleção de bactérias resistentes e ao surgimento de cepas patogênicas (Capítulo I). Os resultados revelaram que a virulência bacteriana e a resistência ao cobre surgiram pela aquisição de conjuntos específicos de genes relacionados à patogênese comumente transferidos entre os membros do gênero Xanthomonas em elementos genéticos móveis. Isso foi evidenciado para a cepa de referência Xaj417, um isolado californiano resistente ao cobre, que adquiriu um novo cassete de resistência ao cobre por HGT associado a uma nova família de transposon em Xanthomonas (TnXaj417). A expansão de elementos genéticos móveis nas cepas mais virulentas influencia o repertório de efetores de virulência e as estratégias de adaptação que moldam a evolução das cepas patogênicas. No Capítulo II, dissecamos esse patossistema usando proteômica quantitativa de etiqueta de massa em tandem (TMT). Este é o primeiro estudo de proteoma deste patossistema examinando as respostas moleculares durante o desenvolvimento da doença, comparando os proteomas de nozes infectadas com tecidos saudáveis. As proteínas de Xaj detectadas em tecidos infectados demonstram sua capacidade de se adaptar ao microambiente do hospedeiro, limitando a disponibilidade de ferro, enfrentando a toxicidade do cobre e mantendo a energia e o XI metabolismo intermediário. Finalmente, no Capítulo III, o mutante monofuncional da proteína secretada corismato mutase (XajCM) foi criado em Xaj417 e mostra maior virulência em nozes. A morfologia bacteriana foi caracterizada e as alterações no perfil proteico do mutante in planta foram testadas. Os resultados proteômicos sugerem processos de degradação intensos, estresse oxidativo e bloqueio do metabolismo biossintético em nozes infectadas. Esse trabalho oferece novos esclarecimentos sobre o surgimento de virulência, adaptação e tolerância às estratégias de gerenciamento de doenças usadas em ecossistemas de pomar, fornecendo informações sobre os mecanismos moleculares e destacando ferramentas moleculares potenciais para estratégias de detecção precoce e controle de doenças.
Descripción : Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia. Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas, Pró-Reitoria de Pesquisa de Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI : http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/14601
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 21/02/2022 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
Aparece en las colecciones: PPBIOTEC - Doutorado (Teses)

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