The effect of Fusarium oxysporum secondary metabolite on Arthropods, Collembolans Folsomia candida and white isopods Trichorhina tomentosa

Abstract

[ES] Los fosfonatos naturales tienen un enlace carbono-fósforo (C-P) estable, que les permite ser utilizados en una amplia gama de aplicaciones. Los fosfonatos bioactivos son producidos principalmente por bacterias, protozoos e invertebrados y se aplican principalmente en medicina como antibióticos y en agricultura como herbicidas. Recientemente, se ha identificado fosfonoclorina en la cepa DSM-62291 de F. oxysporum, originalmente aislada de una naranja podrida. Fue el primer aislado de hongos filamentosos que mostró la capacidad de producir fosfonatos desde los hallazgos de Takeuchis en 1989. Sin embargo, sus funciones biológicas aún no se comprenden. Para investigar las funciones biológicas del fosfonato en interacciones con artrópodos, en este estudio se llevó a cabo un experimento de elección de alimentos. Fusarium oxysporum DSM-62291 de tipo salvaje, el mutante deficiente en fosfonoclorina Δpepm (35 y 67) y las cepas ectópicas + hph (73 y 104), se utilizaron como fuente de alimento para el colémbolo F. candida y el isópodo blanco T. tomentsa. El experimento consistió en ofrecer una dieta fúngica distinta en lados opuestos de placas de Petri llenas de una capa de yeso de París y contar el número de artrópodos que se alimentan de cada dieta fúngica en diferentes momentos. Los resultados mostraron que el colémbolo F. candida tenía una preferencia alta y significativa tanto por las cepas mutantes Δpepm (35 y 67) de F. oxysporum deficientes en fosfonoclorina como por el tipo salvaje de F. oxysporum en comparación con las cepas ectópicas + hph (73 y 104) en casi todos los experimentos. Se obtuvieron los mismos resultados en el caso de los isópodos blancos T. tomentosa que tendieron a preferir cepas mutantes deficientes en fosfonoclorina de F. oxysporum Δpepm (35 y 67) y F. oxysporum tipo salvaje en comparación con las cepas ectópicas + hph (73 y 104). Sin embargo, esta preferencia no fue estadísticamente significativa en la mayoría de los experimentos. La preferencia de ambos artrópodos estudiados por alimentarse de cepas mutantes deficientes en fosfonoclorina de F. oxysporum (35 y 67), demostró que la falta del gen pepm, responsable de la biosíntesis del fosfonato, tuvo un efecto atrayente en comparación con las cepas ectópicas + hph productor de fosfonatos que eran repelentes. Además, el efecto repelente de las cepas ectópicas de F. oxysporum + hph en comparación con la cepa de tipo salvaje, podría explicarse por una interacción desconocida entre el fosfonato y el gen de resistencia a la higromicina. Se podría plantear la hipótesis de que la enzima higromicina fosfotransferasa podría fosforilar enzimas u otras moléculas en la célula fúngica, lo que podría provocar una fuerte producción de fosfonato y así repeler a los artrópodos. La precisión de las cinco cepas de F. oxysporum estudiadas se confirmó mediante PCR. Se necesitan más investigaciones para comprender completamente las funciones biológicas del fosfonato de F. oxysporum cuando interactúa con artrópodos.

[EN] Natural phosphonates have stable carbon-phosphorus (C-P) bond that enable them to be used in a broad range of applications. Bioactive phosphonates are mainly produced by bacteria, protozoa and invertebrates and are mostly applied in medicine as antibiotics and in agriculture as herbicides. Recently, fosfonochlorin has been identified in the F. oxysporum strain DSM-62291 originally isolated from a rotten orange. It was the very first filamentous fungal isolate that showed the ability to produce phosphonates since Takeuchis findings in 1989. However, its biological functions are still not understood. To investigate the biological functions of phosphonate in interactions with arthropods, food choice experiment was carried out in this study. Fusarium oxysporum DSM-62291 wild type, the fosfonochlorin-deficient mutant Δpepm (35 and 67) and the ectopic strains +hph (73 and 104) were used as food source for the collembolan F. candida and white isopod T. tomentsa. The experiment consisted of offering distinct fungal diet at opposite sides of petri dishes filled with a plaster of Paris layer and counting the number of arthropods feeding on each fungal diet in different time points. The results showed that collembolan F. candida had high significant preference for both F. oxysporum fosfonochlorin-deficient mutant strains Δpepm (35 and 67) and F. oxysporum wild type compared to ectopic strains +hph (73 and 104) in almost all experiments. The same results were obtained in the case of white isopods T. tomentosa which tended to prefer F. oxysporum fosfonochlorin-deficient mutant strains Δpepm (35 and 67) and F. oxysporum wild type compared to ectopic strains +hph (73 and 104). However, this preference was not statistically significant in most of the experiments. The preference of both studied arthropods to feed on the F. oxysporum fosfonochlorin-deficient mutant strains (35 and 67) demonstrated that the lack of pepm gene, which is responsible of the biosynthesis of phosphonate had an attractant effect compared to the ectopic strains +hph phosphonate producer which were repellent. Furthermore, the repellent effect of F. oxysporum ectopic strains +hph when compared to the wild type strain, could be explained by an unknown interaction between phosphonate and the hygromycin resistance gene. It could be hypothesized that the hygromycin phosphotransferase enzyme could phosphorylate enzymes or other molecules in the fungal cell, which could cause a strong production of phosphonate and thus repel the arthropods. The accuracy of the five F. oxysporum studied strains were confirmed by PCR. Further research is needed to fully understand the biological functions of F. oxysporum phosphonate when interacting with arthropods.