Inibição do crescimento de Aspergillus flavus e produção de aflatoxina em milho transgénicos que expressar o inibidor de α-amilase de Lablab purpureus L.

Contaminação por micotoxinas pelos gêneros de fungos, Aspergillus, Fusarium, Penicilliume Alternaria é um grande problema de alimentos e alimentação de culturas cultivadas em todo o mundo^1,2,3. Entre estes fungos fitopatogênicos, Aspergillus tem o maior impacto adverso na saúde humana e animal e o valor de colheita. Aspergillus flavus (A. flavus) é um patógeno oportunista planta que infecta rico oleaginosas tais como o milho, caroço de algodão e de amendoim e produz os potentes carcinógenos, aflatoxinas, bem como numerosos metabólitos secundários tóxicos (SMs). Milho é um alimento importante e alimenta das culturas cultivadas em todo o mundo e é altamente suscetível à contaminação pela . flavus. O impacto econômico da contaminação por aflatoxinas em perde e valor reduzido no milho pode ser tanto quanto $ 686,6 milhões/ano no EUA² com previstas alterações no clima global, o impacto de aflatoxinas pode resultar em maiores perdas económicas no milho com estimativas tão elevadas quanto $ 1,68 bilhões/ano no futuro próximo². Tendo em conta os efeitos adversos econômicos e saúde de aflatoxinas em humanos e animais, controle pré-colheita aflatoxina no milho pode ser a maneira mais eficiente para prevenir a contaminação por aflatoxinas em alimentos e produtos de alimentação.

A abordagem de controle pré-colheita principal para a resistência de aflatoxina em milho que tem sido amplamente utilizado nas últimas décadas é principalmente por meio de reprodução, que requer uma quantidade significativa de tempo⁴. Recentemente, a biocontrol teve algum sucesso na redução de aflatoxina em grande escala campo aplicações^5,6. Além de biocontrole, aplicação de ferramentas moleculares de ponta como ‘Host induzidas pelo silenciamento de genes’ (HIGS) através de RNAi e transgênico expressão de proteínas associadas a resistência tem tido algum sucesso na redução do crescimento da . flavus e a aflatoxina produção em estudos de laboratório e de campo de pequena escala. Essas abordagens são atualmente sendo otimizadas além de identificar novos alvos potenciais do gene a. flavus para manipulação futura.

Além de genes que estão diretamente envolvidos na produção de micotoxinas como alvos de estratégias de controle de transgênicos, amilases de fungosas têm sido mostradas para desempenhar um papel crítico na manutenção de uma produção bem sucedida de patogênese e micotoxinas durante as fases iniciais de infecção de planta do anfitrião. Alguns exemplos incluem Pythium pleroticum (agente causal da podridão do rizoma de gengibre), Fusarium solani (agente causal da murcha de couve-flor), onde a correlação positiva entre a expressão de patogenicidade e α-amilase e atividade foram observadas ^7,8. Inibição da atividade de α-amilase através de gene nocaute ou abordagens “knockdown” afeta negativamente a produção de crescimento e toxina fúngica. Um mutante de nocaute de α-amilase da . flavus foi incapaz de produzir aflatoxinas quando cultivadas em amido substrato ou degermed grãos de milho⁹. Da mesma forma, em Fusarium verticillioides uma estirpe de nocaute de α-amilase não conseguiu produzir fumonisina B₁ (micotoxinas) durante a infecção de sementes de milho,¹⁰. Em um estudo mais recente, Gilbert et al. (2018) demonstraram que uma baseada em RNAi derrubar de expressão de α-amilase a. flavus através de HIGS reduziu significativamente a. flavus produção crescimento e aflatoxina durante a infecção de milho do kernel¹¹ .

Inibidores específicos da atividade de α-amilase também produziram resultados semelhantes como obtido para baixo-regulação da expressão de α-amilase. O primeiro relatório sobre o papel de um inibidor de α-Amilase fúngica resistência veio o isolamento e caracterização de um inibidor de tripsina-α-amilase 14-kDa de linhagens de milho resistentes à . flavus¹². Rastreio suplementar de várias centenas de espécies de plantas por Fakhoury e Woloshuk levado à identificação de uma proteína de como inibidor de α-amilase 36-kDa (AILP) das sementes de feijão de hyacinth, Lablab purpureus L.¹³. A sequência do peptídeo de lectinas AILP se assemelhava, pertencente à família de inibidor de lectina – arcelin – α-amilase em comum relatado feijão^14,15. AILP purificado não apresentam qualquer atividade inibitória para mamíferos tripsina e mais in-vitro caracterização mostraram inibição significativa do crescimento da . flavus e germinação conidiais¹³. Os relatórios apresentados aqui claramente, shows de α-amilase pode servir como um alvo em abordagens de controle para restringir patógenos ou pragas que dependem de mobilização do amido (através da atividade de α-amilase) e aquisição de açúcares solúveis, como fonte de energia durante a sua patogénica interação com as plantas hospedeiras.

Alfa-amilase é conhecido por ser crítico na . flavus patogenicidade^9,10,11e dada a importância do AILP como um potente antia. flavus agente (inibição/antigrowth α-amilase)¹³, geramos plantas de milho transgênicas expressando Lablab AILP gene sob o promotor constitutivo de CaMV 35S. O objetivo foi investigar se a expressão heteróloga deste inibidor de α-amilase no milho é eficaz contra a produção da . flavus patogênese e aflatoxina durante a infecção de milho do kernel. Nossos resultados demonstram que sementes de milho transgênicos expressando AILP significativamente reduziram a. flavus produção crescimento e aflatoxina durante a infecção do kernel.