Análisis de la diversidad genética de Ustilago maydis en la República Mexicana

Abstract

RESUMEN: Ustilago maydis (DC) De Candole Corda es un hongo, comestible, basidiomiceto, dimórfico, patógeno, específico del maíz, y del teosintle, agente causal del "huitlacoche" o carbón común, cuyas características principales son el desarrollo de tumores en las partes aéreas de la planta. El hongo necesita de la planta para concluir su ciclo vital. El apareamiento y patogénesis de U. maydis está controlado por dos locus (a y b), el locus a controla el apareamiento y consta de dos alelos, (a1 y a2); el locus b controla la patogénesis y presenta 25 variantes alélicas reportadas a la fecha. Por la estrecha coevolución que ha existido entre el basidiomiceto y la planta, aunado a que México es el centro de origen, mayor distribución, domesticación y diversidad de razas de maíz, resulta interesante estudiar la diversidad genética del hongo, así como su relación del locus b con el grado de patogénesis en la planta del maíz. En México a la fecha existen escasos reportes de este tipo, es por esto que en el presente estudio, mediante marcadores moleculares microsatélites y herramientas bioinformáticas, se analizó la diversidad genética mitocondrial en 48 aislamientos de U. maydis colectados en 10 estados de la República Mexicana. Los programas TRF y TROLL permitieron identificar cinco microsatélites (SSRMUM1, SSRMUM2, SSRMUM3, SSRMUM4 y SSRMUM5) en regiones intergénicas del genoma mitocondrial de U. maydis. El SSRMUM4 fue el más polimórfico. Fueron identificados doce variantes alélicas, con una media de 2.4 alelos por locus. Tambien la diversidad genética nuclear de 155 aislamientos de U. maydis fue analizada, los aislamientos fueron colectados en 14 estados de la República Mexicana, con base en los SSR amplificados mediante PCR. El AMOVA indica que la mayor diversidad en el hongo se encuentra dentro de poblaciones 83%, y entre poblaciones 17%. El estadístico FST= 0.166 indica que existe una diferencia genética grande en las poblaciones de U. maydis analizadas. Los estadísticos de diversidad tales como el número de alelos diferentes (Na) corresponde a 3.4, la heterocigosidad observada (Ho) corresponde a 0.243, la esperada (He) corresponde 0.424. El dendrograma obtenido mediante el método de Neighhor Joining formó dos grupos principales nombrados A y B, el primero se subdivide en A1, A2, A3 y A4, y el segundo se subdivide en B1 y B2, se observó que su agrupamiento es con base en los SSR que comparten y en algunos casos con base en características climatológicas. La estructura óptima para U. maydis según el análisis bayesiano y con base en el valor de ΔK es K=2, lo cual concuerda con el dendrograma. El test de Mantel indica que no existe correlación genética del hongo con la geográfica, arrojando un valor de Rxy= 0.033. Mediante secuenciación automática fueron identificadas 12 variantes alelicas (b7, b14, b15, b19, b18, b1, b17, b11, b13, b9, b18a, y b3), siendo la b7 la más frecuente. Se realizaron diferentes combinaciones de cepas sexualmente compatibles para inducir el huitlacoche, primero se probaron en invernadero y posteriormente en campo. Los resultados obtenidos en invernadero mediante la prueba de Chi cuadrada indicaron que los tratamientos probados son igual de patógenos con respecto al control positivo, el valor de tablas corresponde a 9.49. Los resultados que se obtuvieron en campo de los 8 tratamientos probados, indicaron mediante un ANOVA realizado con el método de Tukey, que en el tratamiento T5, existe diferencia significativa con respecto al control positivo T7, ya que se obervó mayor patogenicidad de las cepas en las plantas de maíz del T5. Los tratamientos T1, T2, T3, T4 y T6 son estadísticamente menos patógenos que el control positivo T7, el valor de Fc˟˟= 24.600. Los tratamientos aplicados en invernadero y en campo fueron comparados mediante un análisis de correlación el cual indicó que no existe una asociación significativa con un valor de - 0.097, lo anterior indica que la patogenicidad de los tratamientos tanto en invernadero como en campo fue igual.

ABSTRACT: Ustilago maydis (DC) Candole Corda is a fungus, edible, basidiomycete, dimorphic, pathogen-specific of maize and teosinte, causal agent "corn smut" or huitlacoche, whose main features are the development of tumors in the aerial parts plant. The fungus needs the plant to complete its life cycle. Mating and pathogenesis of U. maydis is controlled by two loci a and b, locus a controls the mating it has two alleles, (a1 and a2); locus b controls the pathogenesis and has 25 allelic variants reported. Because of the co-evolution between the basidiomycete and plant, besides Mexico is the center of origin, distribution, domestication and has a high diversity of maize races, it is interesting to study the genetic diversity of the fungus and its relationship with the locus b degree of pathogenesis in corn plant. There are few reports of this kind in Mexico, by this reason we proposed this study. By using molecular microsatellite markers and bioinformatics tools from mitochondrial genetic diversity, there were analyzed 47 isolates of U. maydis collected from 10 states of Mexico. The TRF and TROLL software helped to identify five microsatellites (SSRMUM1, SSRMUM2, SSRMUM3, SSRMUM4 and SSRMUM5) in intergenic regions of the mitochondrial genome of U. maydis. The SSRMUM4 was the most polymorphic. We identified 12 allelic variants, with a mean of 2.4 alleles per locus. We also analyzed the U. maydis nuclear genetic diversity of 155 isolates collected from 14 states of Mexico, based on SSR amplified by PCR. The AMOVA indicated that the diversity in the fungus is found within populations (83%) and between populations (17%), the statistical FST = 0.166 indicates a large genetic difference between the U. maydis populations analyzed. Statistical analysis shows that the number of different alleles corresponds to 3.4 Na, observed heterozygosity (Ho) corresponds to 0.243, heterozygosity expected corresponds to 0.424.The dendrogram achieved by the method of Neighhor Joining formed two groups named A and B, the first is subdivided into A1, A2, A3 and A4, and the second is subdivided into B1 and B2, it was observed that their grouping is based on SSRs and some cases based on climate characteristics. The optimal structure for U. maydis as Bayesian analysis and based on the value of ΔK is K = 2, which is consistent with the dendrogram. Test of Mantel indicates no genetic correlation with geographic fungus, with a value of Rxy = 0.033. By automatic sequencing we found 11 allelic variants (b7, b14, b15, b19, b18, b1, b17, b11, b13, b9, b18a, and b3), the most frequent was b7. Different combinations of sexually compatible strains were performed to induce huitlacoche, they were tested in a greenhouse of Reynosa, and later in a field located in the state of Tlaxcala. The results obtained by Chi square test indicated that the proven treatments are just as pathogenic with respect to the positive control, the tabulated value is 9.49. The results obtained from yield test and analyzed with an ANOVA and Tukey method indicated that the treatment T5, there is a significant difference from positive control T7, since higher pathogenicity of strains was observed in corn plants. T1, T2, T3, T4 and T6 treatments are statistically less pathogenic than the positive control T7, the value of Fc**= 24.600. The Treatments applied in greenhouse and field was compared using a correlation analysis which indicated that no significant association with a value of -0097, this indicates that the pathogenicity of the treatments in both greenhouse and field was the same.