MAP Kinase and cAMP Signaling Pathways Modulate the pH-Induced Yeast-to-Mycelium Dimorphic Transition in the Corn Smut Fungus Ustilago maydis

Martínez-Espinoza, Alfredo D.; Ruíz-Herrera, José; León-Ramírez, Claudia Geraldine; Gold, Scott E.

doi:10.1007/s00284-004-4315-6

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“…Pero interesantemente, el resto de los genes codificaba los miembros de un módulo MAPK, sugiriendo que mientras la vía PKA está involucrada en el crecimiento levaduriforme, la vía MAPK lo está en el crecimiento micelial (véase revisión de Martínez-Espinoza et al 2002). Posteriormente nosotros demostramos que la adición de AMPc inhibía el crecimiento micelial a pH ácido y que las mutantes afectadas en cualquiera de los genes Ubc eran incapaces de crecer en forma micelial (Martínez-Espinoza et al 2004). Estos resultados demostraron que las vías de transducción de señales PKA y MAPK son antagónicas en U.…”

Section: Infección En Huéspedes No Naturalesunclassified

Ustilago maydis: ascenso de un hongo mexicano de la gastronomía local al mundo científico

Herrera

2014

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En el presente trabajo se describe la naturaleza del hongo Ustilago maydis, su papel como causante de una enfermedad del maíz, su uso en la cocina mexicana y las condiciones que lo llevaron a convertirse en material de estudio científico, además de algunas características descollantes de su fisiología, genética y bioquímica. U. maydis es un hongo patógeno biotrófico específico del maíz, y el teozintle, siendo el agente causal del “huitlacoche” o carbón común, una enfermedad de distribución mundial que bajo ciertas condiciones puede causar severos daños económicos. Sin embargo, en México, las mazorcas infectadas han sido un alimento usado en la cocina tradicional desde la época pre-colombina, y actualmente también en la alta gastronomía del país y el extranjero. El hongo y sus huéspedes son nativos de la parte central de México, y fueron introducidos en Europa por los españoles, donde la enfermedad fue considerada como una alteración fisiológica de la planta. Su naturaleza como infección fúngica fue reconocida solo hasta la segunda mitad del siglo XIX. U. maydis se introdujo a los laboratorios de investigación a principios del Siglo XX, convirtiéndose en un modelo clásico para el estudio de las bases de la patogénesis fúngica en plantas, de la especificidad en el apareamiento y de la recombinación genética, entre otras. Esto fue debido a su facilidad de manejo, su corto ciclo de vida, y el ser posible su análisis mediante métodos de genética clásica y molecular. El ciclo de vida del hongo es complicado alternando formas de levadura haploide saprofítica y micelio dicariótico infeccioso. Este ciclo sexual solo se completa en su huésped natural, estando bajo el control de dos loci de apareamiento que controlan la fusión celular y la patogénesis. En condiciones de cultivo axénico, hemos demostrado que el hongo es capaz de infectar plantas filogenéticamente distantes del maíz; y hemos desarrollado condiciones para completar su ciclo de vida mediante la interacción del patógeno con callos de maíz separados por una membrana que evita su contacto físico. Por medio del control de pH del medio de cultivo, hemos logrado la transición de levadura a micelio in vitro. Otro aspecto importante es la naturaleza de las vías de transducción de las señales que regulan el comportamiento sexual, la morfogénesis y la patogénesis de U. maydis. Se ha demostrado que éstas involucran vías MAPK y PKA que operan antagónicamente en la morfogénesis y en forma cooperativa en la patogénesis. No cabe duda que en el futuro, U.maydis seguirá siendo útil para desvelar los secretos de la patogénesis de los hongos en las plantas y deleitar a los amantes de la buena cocina.

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Section: Infección En Huéspedes No Naturalesunclassified

Ustilago maydis: ascenso de un hongo mexicano de la gastronomía local al mundo científico

Herrera

2014

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“…Changes in morphology during the life cycle are regulated by two conserved pathways: a mitogenactivated protein kinase signaling cascade and a cyclic-AMP (cAMP)-protein kinase A (PKA) pathway (1,2,4,9,11,12,24). Both pathways regulate the transition from budding to filamentous growth by transducing environmental signals such as nutrient availability, the presence of lipids, putative plant signals, acidic pH, exposure to air, and pheromones from mating cells of the opposite mating type (5,6,13,18,23).…”

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confidence: 99%

The vtc4 Gene Influences Polyphosphate Storage, Morphogenesis, and Virulence in the Maize Pathogen Ustilago maydis

2006

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The maize pathogen Ustilago maydis switches from budding to filamentous, dikaryotic growth in response to environmental signals including nutrient status, growth in the host, and the presence of mating pheromones. The filamentous dikaryon is capable of proliferating within host tissue to cause disease symptoms including tumors. The transition from yeast cells to hyphal filaments is regulated by a mitogen-activated protein kinase cascade and a cyclic-AMP-protein kinase A (PKA) pathway. Serial analysis of gene expression with PKA mutants identified orthologs of components of the PHO phosphate acquisition pathway as transcriptional targets of the PKA pathway, and these included genes for Pho84, an acid phosphatase, and the vacuolar transport chaperones Vtc1 and Vtc4. In Saccharomyces cerevisiae, Vtc4p is required during the fusion of inorganic-phosphate-containing vesicles to the vacuolar membrane and the consequent accumulation of phosphate stored as polyphosphate (polyP) in the vacuole. We found that deletion of vtc4 in U. maydis also reduced polyP stored in vacuoles. Intriguingly, ⌬vtc4 mutants possessed a filamentous cellular morphology, in contrast to the budding, yeast-like growth of the wild-type parent. The ⌬vtc4 mutants also displayed decreased symptom development and reduced proliferation in planta. The interaction with PKA signaling was further investigated by the generation of ⌬vtc4 ubc1 double mutants. Deletion of vtc4 completely suppressed the multiple-budded phenotype of a ⌬ubc1 mutant, indicating that polyP stores are essential for this PKA-induced trait. Overall, this study reveals a novel role for PKA-regulated polyP accumulation in the control of fungal morphogenesis and virulence.

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“…Both pathways are thought to transduce environmental signals, such as nutrient availability, presence of lipids, air exposure, acidic pH, and pheromones from cells of opposite mating type, to regulate the transition from budding to filamentous growth (6,22,27).…”

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confidence: 99%

An Ustilago maydis Septin Is Required for Filamentous Growth in Culture and for Full Symptom Development on Maize

et al. 2005

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During maize infection, the fungal pathogen Ustilago maydis undergoes a dimorphic transition from budding, yeast-like cells to a filamentous dikaryon that proliferates in the host. This transition is regulated by mating and environmental signals. Septation is likely to be important in the growth of the infectious dikaryon because of the need to maintain specific cellular compartments during dikaryotic growth. Recently, we found that the transcript level for a septin gene was influenced by the conserved cyclic AMP (cAMP)/protein kinase A signaling pathway that participates in regulating dimorphism in U. maydis. In this study, we describe the detailed analysis of the function of this septin gene, designated sep3, in the growth, development, and pathogenesis of U. maydis. We show that sep3 is required for normal cellular morphology and the division of budding haploid cells. The gene is also required for lipid-induced filamentous growth in culture but not during the formation of mating filaments on agar medium or in planta. Strains with a deletion in sep3 have a reduction in symptom development in maize, with filamentous cells in planta displaying morphological defects. In addition, sep3 influences the differentiation of hyphae into teliospores and the germination of these teliospores to produce the meiotic haploid progeny that complete the disease life cycle. Finally, the deletion of sep3 was found to influence the multiple budding phenotype of a mutant with a defect in the regulatory subunit of protein kinase A. This result is consistent with a link between sep3 and the control of morphogenesis by cAMP signaling. Overall, this study highlights the importance of regulating septation and changes in morphology during phytopathogenesis.

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MAP Kinase and cAMP Signaling Pathways Modulate the pH-Induced Yeast-to-Mycelium Dimorphic Transition in the Corn Smut Fungus Ustilago maydis

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Ustilago maydis: ascenso de un hongo mexicano de la gastronomía local al mundo científico

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The vtc4 Gene Influences Polyphosphate Storage, Morphogenesis, and Virulence in the Maize Pathogen Ustilago maydis

An Ustilago maydis Septin Is Required for Filamentous Growth in Culture and for Full Symptom Development on Maize

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