Identificação de proteínas secretadas por Kluyveromyces marxianus e atividade antagonista contra Botrytis cinerea

Abstract

A conservação de frutos in natura com qualidade é primordial para reduzir as perdas no período após a colheita, devido à recorrente contaminação por fungos patogênicos. No entanto, a forma usual de controle por fungicidas e agentes químicos vem causando danos ao meio ambiente, à saúde humana e selecionando linhagens de patógenos resistentes. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito antagonista da levedura Kluyveromyces marxianus e seu mecanismo de ação contra o fitopatógeno Botrytis cinerea. Os resultados obtidos mostram que K. marxianus é capaz de secretar simultaneamente enzimas hidrolases envolvidas na degradação da ultra-estrutura da parede celular fúngica. O extrato protéico secretado foi testado contra os substratos Azocaseína e ρ-nitrofenil-β-D-glicopiranosídeo e apresentou atividades de glicosidase e proteásica para todas as linhagens testadas. O sequenciamento, por espectrometria de massas, das proteínas majoritárias que foram visualizadas em SDS-PAGE identificou vinte e sete proteínas, sendo 13 delas classificadas como hidrolases. Entre as hidrolases foram identificadas 4 β-glicanases, 4 glicosidases, uma protease aspártica, uma endoquitinase e uma inulinase. Quando se avaliou o efeito do extrato enzimático secretado por K. marxianus sobre a ultra-estrutura da parede celular de Saccharomyces cerevisiae foi observado um dano substancial, causando deformações celulares e redução da viabilidade da população de células. Neste trabalho foi observada a atividade de antagonismo da K. marxianus in vitro e in vivo utilizando conhecidos alvos do patógeno Botrytis cinerea: morangos e uvas de mesa. Os resultados obtidos dos testes de antagonismo in vitro mostram que em cultivo simultâneo K. marxianus inibe 88% a germinação de esporos de B. cinerea (p-valor 0,0003) nas primeiras 12h, sugerindo que, além da competição por nutrientes, a inibição do crescimento micelial esteja relacionada com a capacidade de secretar enzimas líticas exibidas pela levedura antagonista. Os resultados dos testes in vivo em uvas não mostraram atividade de antagonismo da K. marxianus contra B. cinerea. Os resultados dos testes in vivo em morangos sugerem que a habilidade de secretar enzimas líticas fazem da K. marxianus um agente potencial para o controle biológico de B. cinerea.

The conservation of fresh fruits is essential to reduce losses in the post-harvest period due to recurrent pathogenic fungi contamination. However, the usual way of control, which is by using fungicide and chemical agents, has been causing damage to the environment, human health and selecting strains resistant to pathogens. Thus, the aim of this study was to evaluate the effects of the antagonist yeast Kluyveromyces marxianus and its mechanism of action against the phytopathogen fungus Botrytis cinerea. The results show that K. marxianus is able of simultaneously secreting hydrolyses enzymes, which are involved in the degradation of the ultra structure of the fungal cell wall. Recently, our group has identified a β-1-3(4)-glucanase secreted by K. marxianus and defined the best cultivation conditions for glucanases secretion. The secreted protein extract was tested against the substrates Azocasein and p-nitrophenyl-β- D-glucopyranoside, and it showed glycosidase and protease activities for all examined strains. The mass spectrometry sequencing of the major proteins that were visualized on the SDS- PAGE identified twenty seven proteins, thirteen of them being classified as hydrolases. Among the hydrolases, four β-glucanases, four glycosidases, one aspartic protease, one endoquitinase and one inulinase were identified. When the effect of the enzymatic extract secreted by K. marxianus was evaluated against the ultra structure of S. cerevisiae cell wall, a substantial damage was observed, which caused cell deformations and reduction of cell populations viability. In this study, it was observed the antagonist activity of K. marxianus in vitro and in vivo using known targets of the B cinerea: strawberries and table grapes. The results obtained from the in vitro antagonist testes show that the simultaneous cultivation of K. marxianus and spores of B. cinerea inhibit spores germination by 88% (p-valor 0,0003) during the first 12 hours. The simultaneous cultivation with fungal mycelium of B. cinerea suggests that, in addition to nutrient competition, the inhibition of mycelium growth may be related to the ability of the antagonist yeast to secrete lytic enzymes. The results of the in vivo tests on strawberries suggest that the ability of secreting lytic enzymes makes K. marxianus a potential agent for the biological control of B. cinerea.