Genome-wide identification of phosphate transporter gene family in Trichoderma harzianum and expression in response to biotic and abiotic stress

Resumo

O fósforo é um nutriente essencial para o crescimento e o desenvolvimento dos organismos, e sua absorção e transporte dependem principalmente da família de transportadores de fosfato (PHT). Embora as funções dos PHTs tenham sido amplamente estudadas em plantas e algas, as pesquisas sobre PHTs em microrganismos, particularmente em espécies de Trichoderma, permanecem limitadas. Neste estudo, identificamos 22 membros da família PHT em Trichoderma harzianum T-aloe por meio de uma análise em escala genômica. A análise filogenética classificou esses membros em três grandes grupos: Grupo I (8 membros), Grupo II (12 membros) e Grupo III (2 membros). Além disso, foram reveladas diferenças significativas entre os membros dos grupos quanto à estrutura gênica, topologia proteica, localização subcelular, motivos conservados e elementos cis dos promotores. Notavelmente, a acentuada indução de todos os genes TrPHT sob deficiência de fosfato, associada à sua supressão sob estresse salino, sugere um mecanismo regulatório finamente ajustado que coordena a homeostase do fosfato com a adaptação ao estresse. Adicionalmente, TrPHT1/2/4/15/22 foram induzidos em resposta ao estresse causado por Fusarium graminearum. Os mutantes TrPHT1/4/22 apresentaram teor de fósforo total significativamente reduzido, acompanhado de comprometimento da eficácia antifúngica contra F. graminearum e redução da tolerância ao estresse salino. Em conjunto, nossos resultados fornecem bases para a compreensão da família PHT em T. harzianum e demonstram que os TrPHTs são fundamentais para a manutenção da homeostase do fósforo e para a mediação das respostas a estresses bióticos e abióticos.

Abstract

Phosphorus is an essential nutrient for organismal growth and development, and its absorption and transport primarily depend on the phosphate transporter (PHT) family. Although the functions of PHTs have been extensively studied in plants and algae, the researches on PHTs in microorganisms, particularly in Trichoderma species, remain limited. In this study, we identified 22 PHT family members in Trichoderma harzianum T-aloe through a genome-wide analysis. Phylogenetic analysis classified these members into three major clusters: Cluster I (8 members), Cluster II (12 members), and Cluster III (2 members). Furthermore significant differences among cluster members in gene structure, protein topology, subcellular localization, conserved motifs, and promoter cis-elements were revealed. Notably, the pronounced induction of all TrPHT genes under phosphate deficiency, coupled with their suppression under salt stress, suggests a finely-tuned regulatory mechanism that coordinates phosphate homeostasis with stress adaptation. In addition, TrPHT1/2/4/15/22 were induced in response to Fusarium graminearum stress. The TrPHT1/4/22 mutants exhibited significantly decreased total phosphorus content, accompanied by compromised antifungal efficacy against F. graminearum and reduced salt stress tolerance. Together, our results provide foundational insights into the PHT family in T. harzianum and demonstrate that TrPHTs are critical for maintaining phosphorus homeostasis and mediating responses to both biotic and abiotic stresses.