The bZIP transcription factor VdAtf1 regulates virulence by mediating nitrogen metabolism in Verticillium dahliae

Resumo

O fungo Verticillium dahliae causa a doença da murcha vascular em centenas de espécies de plantas. Os homólogos do fator de transcrição bZIP Atf1 são necessários para a virulência na maioria dos fungos patogênicos, mas a base molecular de seu envolvimento é amplamente desconhecida.

Realizamos a deleção de genes específicos, análise de expressão, bioquímica e ensaios de patogenicidade para demonstrar que o VdAtf1 controla a patogênese por meio da regulação da resistência nitrosativa e do metabolismo do nitrogênio em V. dahliae.

A VdAtf1 controla a patogênese por meio da regulação da resistência ao óxido nítrico (NO) e do metabolismo do nitrogênio inorgânico, em vez da resistência oxidativa, e é importante para a formação de pinos de penetração na V. dahliae. O VdAtf1 afeta a assimilação de amônio e nitrato em resposta a várias fontes de nitrogênio. A VdAtf1 pode estar envolvida na regulação da expressão da VdNut1. A VdAtf1 responde ao estresse de NO fortalecendo a parede celular do fungo e causando o acúmulo excessivo de metilglioxal e glicerol, o que, por sua vez, afeta a desintoxicação de NO. Também verificamos que o ortólogo da VdAtf1 em Fusarium graminearum medeia o metabolismo do nitrogênio, sugerindo a conservação dessa função em fungos patogênicos de plantas relacionadas.

Nossas descobertas revelaram novas funções do VdAtf1 na patogênese, na resposta ao estresse nitrosativo e no metabolismo do nitrogênio em V. dahliae. Os resultados fornecem novas percepções sobre os mecanismos regulatórios do fator de transcrição VdAtf1 na virulência.

Abstract

The fungus Verticillium dahliae causes vascular wilt disease on hundreds of plant species. Homologs of the bZIP transcription factor Atf1 are required for virulence in most pathogenic fungi, but the molecular basis for their involvement is largely unknown.

We performed targeted gene deletion, expression analysis, biochemistry and pathogenicity assays to demonstrate that VdAtf1 governs pathogenesis via the regulation of nitrosative resistance and nitrogen metabolism in V. dahliae.

VdAtf1 controls pathogenesis via the regulation of nitric oxide (NO) resistance and inorganic nitrogen metabolism rather than oxidative resistance and is important for penetration peg formation in V. dahliae. VdAtf1 affects ammonium and nitrate assimilation in response to various nitrogen sources. VdAtf1 may be involved in regulating the expression of VdNut1. VdAtf1 responds to NO stress by strengthening the fungal cell wall, and by causing over-accumulation of methylglyoxal and glycerol, which in turn impacts NO detoxification. We also verified that the VdAtf1 ortholog in Fusarium graminearum mediates nitrogen metabolism, suggesting conservation of this function in related plant pathogenic fungi.

Our findings revealed new functions of VdAtf1 in pathogenesis, response to nitrosative stress and nitrogen metabolism in V. dahliae. The results provide novel insights into the regulatory mechanisms of the transcription factor VdAtf1 in virulence.