Role of Fusarium graminearum cerato-platanin and hydrophobin proteins in fungal growth and plant infection

Le cerato-platanine (CPP) e le idrofobine (HP) sono piccole proteine tipiche dei funghi filamentosi non catalitiche, secrete e ricche di cisteina. Le CPP sono probabilmente localizzate nelle pareti delle cellule fungine, sono simili alle espansine delle piante che hanno proprietà di allentamento dei carboidrati con meccanismo non enzimatico e possono avere attività fitotossica. Le HP, dopo essere state secrete come monomeri dagli apici delle ife fungine, coprono le superfici fungine con uno strato idrofobo e possono essere coinvolte in diversi processi come la formazione di strutture aeree fungine, l'attaccamento a superfici idrofobiche, l'interazione con l'ambiente e la protezione contro il sistema di difesa dell’ospite mascherando la parete cellulare dei funghi. Il genoma di Fusarium graminearum, l'agente causale della fusariosi della spiga (Fusarium head blight, FHB) di frumento e altri cereali, contiene due geni codificanti per proteine con un dominio CP, denominati fgcpp1 e fgcpp2, e cinque geni codificanti per HP, denominati FgHyd1 -5. Al fine di verificare il loro contributo durante l'infezione in pianta e la crescita fungina, sono stati prodotti e caratterizzati mutanti knock-out singoli e multipli dei geni in analisi. Inoltre, le due CPP di F. graminearum (FgCPP) sono stati espressi eterologamente per investigare la loro attività. Gli FgCPP sembrano essere superflui per la virulenza del fungo ma proteggono i polisaccaridi delle pareti cellulari fungine dalla degradazione enzimatica. Le FgCPP mostrano una forte capacità di ridurre, principalmente mediante un meccanismo non enzimatico, la viscosità della carbossimetilcellulosa (CMC), con maggiore affinità per substrati con medio/alta viscosità e favorire l'attività della cellulasi fungina. L'osservazione che il doppio mutante knock-out ΔΔfgcpp1,2 cresciuto su CMC ha prodotto più attività cellulasica rispetto al fungo wild type suggerisce che l'attività enzimatica più elevata prodotta dal mutante potrebbe compensare durante l'infezione l'assenza dell'attività delle FgCPP sulla cellulosa vegetale. L’Hyd2 e Hyd3 di F. graminearum sono responsabili dell'idrofobicità delle ife aeree e sono coinvolti nell'adesione dei conidi alla superficie ospite durante le prime fasi del processo di infezione, come dimostrato dalla ridotta virulenza di Δhyd2 e Δhyd3 su Triticum aestivum osservato mediante inoculazione a spruzzo delle spighe. È interessante notare che i tripli mutanti Δhyd1,2,3, Δhyd2,3,4 e Δhyd2,3,5 hanno prodotto un numero ridotto di periteci maturi e hanno mostrato difetti a livello della parete cellulare, essendo significativamente più inibito dalla β-1,3-glucanasi rispetto al fungo wild type e più suscettibili al tebuconazolo, un fungicida inibitore della biosintesi dell'ergosterolo. Sulla base dei nostri risultati, FgCPP e FgHyd potrebbero essere utilizzati come bersagli di nuove molecole in strategie innovative di gestione della malattia volte ad aumentare la suscettibilità fungina alle proteine di difesa delle piante o a ridurre la capacità fungina di aderire ai tessuti delle piante ospiti. Inoltre, la capacità delle FgCPP di allentare la CMC e di favorire l'attività delle cellulasi potrebbe rendere queste proteine idonee per potenziali applicazioni future coinvolte nella produzione di biocarburanti utilizzando come substrato tessuti ricchi in cellulosa.