Chaetomium cupreum - Chaetomium cupreum - Wikipedia

Chaetomium cupreum
Vědecká klasifikace
Království:
Houby
Divize:
Ascomycota
Pododdělení:
Pezizomycotina
Třída:
Sordariomycetes
Objednat:
Sordariales
Rod:
Chaetomium
Druh:
C. cupreum
Binomické jméno
Chaetomium cupreum
L.M Ames (1949)
Synonyma
  • Chaetomium trilaterale var. cupreum L.M Ames (1973)

Chaetomium cupreum je houba v rodině, Chaetomiaceae. Je schopen se rozpadat ve vyrobených celulózových materiálech,[1] a je známo, že antagonizuje širokou škálu půdních mikroorganismů.[2] Tento druh je součástí biokontrolního činidla Ketomium, komerčního biofungicidu.[3] Bylo také zkoumáno použití při výrobě přírodních barviv.[2] Chaetomium cupreum je mezofilní a je známo, že se vyskytuje v drsném prostředí a může rychle kolonizovat organické substráty v půdě.[4] Laboratorní kultury C. cupreum mohou být množeny na řadě běžných růstových médií, včetně bramborové dextrózy při teplotě místnosti nebo vyšší než teplota okolí, za vzniku bavlníkových bílých kolonií s načervenalým rubem.[1][2][5]

Dějiny

Chaetomium cupreum popsal Lawrence Marion Ames v roce 1949 jako součást vojenského úsilí o identifikaci organismů odpovědných za biologické znehodnocení.[1] Během tohoto projektu Ames zdokumentoval 9 románů Chaetomium druhy včetně kultury Ames popsané jako C. cupreum kterou mu poslal Paul Marsh z amerického ministerstva zemědělství ze zhoršujícího se materiálu shromážděného v USA Zóna Panamského průplavu.[6] Ames vybral druhové epiteton „cupreum“ na základě měděného zabarvení pigmentů produkovaných houbou.[6] Druhý vzorek získal G.W Martin v Guadalcanal. Oba kmeny byly izolovány od hnijícího oblečení, stanů, matrací a vybavení.[1]

Popis

Buněčná stěna C. cupreum je z velké části složen z chitin a glukan, což se odráží ve velkém počtu získaných genů kódujících chitin syntetázu třídy V a glukan syntázu nalezených v C. cupreum cDNA.[5] Vegetativní mycelium je hojně rozvětvené, přepážkové a mnohobuněčné; myceliální buňky jsou vícejaderný.[7] Druh se odlišuje od ostatních Chaetomium druhů vysokou frekvencí ve tvaru člunu askospory a měděné koncové chloupky.[1][8] Plodnice se vyskytují na povrchu substrátu a jsou připojeny nediferencovanými rhizoidy.[6][7] Perithecia of C. cupreum jsou vejčité a měděně zbarvené o rozměrech 110–120 × 120–130 μm.[6] Charakteristickým rysem je přítomnost dlouhých, tenkých chloupků na vnějším povrchu perithecia Chaetomium (GR. χαίτη = dlouhé vlasy).[7] v C. cupreum, tyto chloupky jsou četné, tenké, přepážkové laterální chloupky se základnou v průměru 3,0–3,5 μm. Vlasy na vrcholu perithecia jsou tuhé, přepážkové, průměr 4,5–6,0 μm s 1–2 spirálami.[1][6][8] Apikální chloupky jsou pokryty malými měděně zbarvenými granulemi, jejichž pigment je rozpustný v alkoholu, etheru, cellosolve, xylolu, ale nerozpustný ve vodě.[6] Klubovité asci o rozměrech 38 × 13 μm se vyvíjejí ve shlucích uvnitř, bazální části perithecia.[1][7] Každý ascus obsahuje 8 načervenalých askospor, které mají tvar člunu o rozměrech 10,0 × 5,5 μm.[4][9] Stěny asci jsou slizovité a rozpadají se, což způsobuje, že askospory zůstávají uvnitř perithecia v dospělosti, zalité v slizovité želé. Askospory a slizovitá matrice tvoří pastu, která je vytlačována apikálním otvorem v peritheciu produkujícím „cirrhi“ připomínající zubní pastu vytlačenou z tuby zubní pasty.[6][7] Chaetomium cupreum je přechodný mezi druhy: C. trilaterale Chiver a C. aureum Třesavka C. aureum a C. cupreum zatímco oba produkují nápadné cirrhi C. trilaterale ne. Askospory C. cupreum mají podobný tvar, ale větší než C. aureum. Pigment produkovaný C. trilaterale v agarových kulturách je rozpustný ve vodě, zatímco granule vznikají C. cupreum jsou nerozpustné.[6]

Reprodukce

Chaetomium cupreum je znám pouze jako sexuálně se množící druh a nebyla hlášena žádná nepohlavní forma. Ames původně ohlásil C. cupreum vlastnit homotalický systém páření, ale to bylo později v rozporu s Tveitem v roce 1955, který určil, že druh je heterotalický.[10] Sexuální reprodukce v C. cupreum zahrnuje vznik askogonie vznikající jako boční výrůstky vegetativního mycelia. V raných vývojových stádiích jsou ascogonia stočené a koenocytické se septy tvořícími se jako askogonia zralá. Terminální buňka každého ascogonia bude dlouhá trichogyn který funguje jako receptivní orgán. Mužské reprodukční struktury, antheridie běžně chybí Chaetomium.[7]

Metabolismus

Metabolismus C. cupreum je komplexní. Ve studii Expressed Sequence Tag (EST) provedené Zhangem a Yangem v roce 2007 C. cupreum prokázali rozmanitou expresi genů souvisejících s metabolickými cestami.[5] Ve své studii byla nejvíce zastoupena metabolická cesta glykolýza prokazující jeho význam v metabolismu buněk mycelia. Druhou nejvíce zastoupenou kategorií byl porfyrin a metabolismus chlorofylu, houby nemohou produkovat chlorofyl, ale mají hem biosyntetická dráha. Byly nalezeny geny kódující koproporfyrinogen oxidázu, základní enzym v biosyntetické cestě hemu, stejně jako geny spojené s elektronový transportní řetězec a oxidační fosforylace. The cyklus kyseliny citronové také hraje roli v jeho energetickém metabolismu s 18% metabolických genů souvisejících s funkcí cyklu TCA. Byly také nalezeny geny spojené s metabolizmem sacharidů pro metabolismus: galaktózy, fruktózy, manózy, sacharózy, škrobu, nukleotidových cukrů, amino cukrů, stejně jako biosyntézy glykoproteinů a peptidů a proteinů. U tohoto druhu bylo identifikováno mnoho genů, které podporují biosyntézu proteinů a proteolytické systémy, včetně: metabolismu glutamátu, methioninu a tryptofanu; degradace fenylalaninu, valinu, leucinu a isoleucinu; biosyntéza valinu, leucinu, isoleucinu, tyrosinu a tryptofanu.[5] Proteázy produkované C. cupreum podílejí se na rozpadu buněčné stěny patogenu a přispívají k jeho biokontrolní aktivitě. Biotechnologický zájem o C. cupreum souvisí s jeho výrobou celuláza a kufřík.[11][12][13] C. cupreum je schopen degradovat katechin.[14]

Biotechnologie

Zemědělský zájem v C. cupreum vznikl kvůli schopnosti některých kmenů potlačovat infekce rostlinnými patogeny.[15][16][17] Kapacita biologické kontroly C.cupreum byl přičítán produkci antifungálních metabolitů, uvolňování hydroláz, mykoparazitismus a soutěž o živiny a prostor.[16] Chaetomium cupreum produkuje různorodou sadu hydrolytických enzymů, díky čemuž je díky svému velkému sekrečnímu potenciálu a metabolické všestrannosti silným biodegradátorem a kolonizátorem substrátu.[5] EST analýza C. cupreum odhalilo několik kandidátských biokontrolních genů souvisejících s: degradací buněčné stěny,[18] proteolytická funkce, produkce antifungálních metabolitů a produkce látek, které zvyšují odolnost rostlinných chorob.[16]

Chaetomium cupreum má geny kódující hydrolázy buněčné stěny včetně: p 1-3 exoglukanázy, endoglukanázy IV, p glukosidázy 5 a 6 a chitinázy. β 1-3 exoglukanáza,[19] endoglukanáza IV a β glukosidázy jsou hlavní lytické enzymy zaměřené na buněčnou stěnu hub odpovědné za štěpení β-1,3-glukanů. Tyto a další hydrolázy zaměřené na složky buněčné stěny hub fungují synergicky[5] a předpokládá se, že hrají důležitou roli v mykoparazitismu.[16][17][20] β-1,3-glukan vázající protein přítomný v C. cupreum vážou se specificky na β-1,3-glukan a lipoteichoové kyseliny v buněčné stěně patogenů, což způsobuje agregaci napadajících hub pro uznání a ochranu buněk hostitelských a biologických hub. Indukce rostlinné rezistence zahrnuje xylanázy, geny xylanázy se nacházejí v C. cupreum. [21] Zničení rodícího se chitinu patogenů generuje oligosacharidy obsahující GlcNAC, které vyvolávají obecnou antifungální reakci C. cupreum.[22] C. cupreum také produkuje serinproteázu podobnou subtilisinu a aspartátové proteinázy nalezené v C. cupreum které přispívají k degradaci buněčné stěny a deaktivaci enzymů patogenu.[5]

Antifungální metabolity

Chaetomium cupreum vyrábí řadu antifungálních metabolitů včetně polyketid syntázy, terpenů, chetominu, rotiorinolů A-C, „proteinu rezistence vůči více lékům“, isopenicilin N syntázy a souvisejících dioxygenáz, z nichž některé byly zkoumány pro farmaceutické použití.[5][23] Hlavní pomocník podobný beta-laktamáze C. cupreum poskytuje toleranci vůči toxickým sloučeninám, jako jsou fungicidy.[24] Bylo prokázáno, že několik pigmentů produkovaných tímto druhem, včetně rotiorinolů A & C, (-) - rotiorinu a rubrorotiorinu, vykazuje protiplísňový účinek proti patogenním kvasinkám, Candida albicans.[25] Pigment produkovaný společností C. cupreum má in vitro antagonistická aktivita proti fytopatogenní bakterii, Ralstonia solanacearum.[Citace je zapotřebí ]

Komerční použití

Chaetomium cupreum je schopen antagonizovat širokou škálu rostlinných patogenů včetně Magnaporthe grisea, Rhizoctonia solani a Cochliobolus lunatus.[16][17] Registrovaný a komerčně dostupný jako „Ketomium“ mykofungicid, Ketomium je biofungicid obsahující 22 kmenů C. cupreum a C. globosum pro použití při tlumení nemocí různých patogenů.[3] Produkt byl implementován jako agent biokontroly v řadě geografických lokalit, včetně Číny, Filipín, Ruska, Vietnamu a Thajska.[3][26] Bylo prokázáno, že ketomium produkuje odolnou ochranu proti patogenům, včetně: Phytophthora palmivora, Phytophthora nicotianae, Phytophthora cactorum, Fusarium oxysporum, a Athelia rolfsii.[3] Je známo, že tyto fytopatogeny infikují ekonomicky důležité rostliny, jako jsou durian, černá paprika, mandarinka, jahoda, rajče, kukuřice a pomelo.[3][26]

Pigmenty

Extracelulární pigment produkovaný C. cupreum je ovlivňován faktory prostředí, jako je pH, při kterém nízké pH způsobí zežloutnutí pigmentů a vysoké pH obnoví charakteristickou červenou barvu.[2] Ve studii s fotoodezvou vědci zkoumali vliv proměnných vlnových délek viditelného světla na produkci pigmentů.[2][27] C. cupreum produkce biomasy a pigmentu byla variabilní v závislosti na vlnové délce světla použitého během 7denní inkubační doby. Bílé kolonie produkovaly askospory a tmavě červený, ve vodě rozpustný reverzní pigment. Inkubace v bílém světle vede k největšímu průměru kolonií, zatímco zelené světlo vede k největší produkci pigmentu. Měnící se koncentrace naznačují ztrátu pigmentu, což lze vysvětlit enzymatickým rozkladem pigmentů vyvolaným vyčerpáním živin - běžným jevem, kdy jsou sekundární metabolity degradovány enzymy.[28] K získání komplexního porozumění regulaci biosyntézy pigmentu indukované světlem je zapotřebí dalšího výzkumu. C. cupreum má potenciál mít významné komerční využití pro výrobu přírodních barviv.[2]

Reference

  1. ^ A b C d E F G Ames, L. M. (01.01.1949). „Nová houba ničící celulózu izolovaná z vojenského materiálu a vybavení“. Mykologie. 41 (6): 637–648. doi:10.2307/3755020. JSTOR  3755020.
  2. ^ A b C d E F Soumya, K; Swathi, L; Sreelatha, G. L; Sharmila, T (2014). „Světlo ovlivňuje pigment, biomasu a morfologii v chaetomium cupreum-SS01 - studie fotoreflexe“ (PDF). International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. ISSN  2319-7706.
  3. ^ A b C d E Soytong, K; Kanokmedhakul, S; Kuknogviriyapa, V; Isobe, M (2001). „Aplikace druhů Chaetomium (Ketomium) jako nového širokospektrálního biologického fungicidu pro tlumení chorob rostlin: přehledový článek“. Houbová rozmanitost. 7: 1–15.
  4. ^ A b Millner, P. D .; Motta, J. J .; Lentz, P. L. (01. 07. 1977). „Ascospores, germ póry, ultrastruktura a termofilismus Chaetomium“. Mykologie. 69 (4): 720–733. doi:10.2307/3758862. JSTOR  3758862.
  5. ^ A b C d E F G h Zhang, HaiYan; Yang, Qian (2007-01-13). "Expresní identifikace genů na základě sekvenčních značek v biokontrolním činidle Chaetomium cupreum". Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie. 74 (3): 650–658. doi:10.1007 / s00253-006-0701-2. ISSN  0175-7598. PMID  17221201.
  6. ^ A b C d E F G h Ames, L. M. (1961). Monografie Chaetomiaceae. 3301 Lehre Německo: Verlag von J.Cramer. 2, 3, 9, 21.CS1 maint: umístění (odkaz)
  7. ^ A b C d E F Singh, Pande J. (2008). Text Book of Botony Diversity of Microbes and Cryptogams. Gangotri, Indie: Rastogi Publications. 308–310. ISBN  978-81-7133-889-4.
  8. ^ A b Watanabe, Tsuneo (2010). Obrazový atlas hub a půdních semen: Morfologie pěstovaných hub a klíč k druhu. Danvers MA: CRC Press. 100–101.
  9. ^ Hanlin, Richard T. (1998). Kombinované klíče k ilustrované Gnerě z Ascomycetes, svazky I a II. St. Paul, Minnesota: Americká fytopatologická společnost. 16, 33–37, 45–47. ISBN  978-0-89054-199-9.
  10. ^ Seth, Hari K. (1967-07-01). „Studie o rodu Chaetomium. I. Heterothallism“. Mykologie. 59 (4): 580–584. doi:10.2307/3757086. JSTOR  3757086.
  11. ^ Ankudimova, N. V .; Baraznenok, V. A .; Becker, E. G .; Okunev, O. N. (1999-09-01). „Komplex celulázy z Chaetomium cellulolyticum: izolace a vlastnosti hlavních složek“. Biochemie. Biokhimiia. 64 (9): 1068–1073. ISSN  0006-2979. PMID  10521724.
  12. ^ Mimura, S .; Rao, U .; Yoshino, S .; Kato, M .; Tsukagoshi, N. (01.01.1999). "Deprese xylanázy kódujícího genu cgxA z Chaetomium gracile u Aspergillus nidulans". Mikrobiologický výzkum. 153 (4): 369–376. doi:10.1016 / S0944-5013 (99) 80052-4. ISSN  0944-5013. PMID  10052158.
  13. ^ Chefetz, B (září 1998). „Čištění a charakterizace lakázy z Chaetomium thermophilium a její role v humifikaci“. Application Environ Microbiol. 64 (9): 3175–9. PMC  106706. PMID  9726856.
  14. ^ Sambandam, T .; Mahadevan, A. (1993). "Degradace katechinu a čištění a částečná charakterizace katechin oxygenázy z Chaetomium cupreum “. World Journal of Microbiology & Biotechnology. 9 (1): 37–44. doi:10.1007 / BF00656513. PMID  24419836.
  15. ^ Manandhar, J. B .; Thapliyal, P. N .; Cavanaugh, K. J .; Sinclair, J. B. (01.05.1987). "Interakce mezi patogenními a saprobními houbami izolovanými z kořenů a semen sóji". Mykopatologie. 98 (2): 69–75. doi:10.1007 / BF00437291. ISSN  0301-486X.
  16. ^ A b C d E Soytong, K (2003). Aplikace nového širokospektrálního biologického fungicidu pro ochranu rostlin v životním prostředí. In: Yang Q. Harbin: Heilongjang Science and Technology Press. 70–85.
  17. ^ A b C Soytong, Kasem, N. Jindawong a Q. Yang. „Hodnocení Chaetomium pro biologickou kontrolu vadnutí rajče Fusarium v ​​PR Číně.“Sborník z 5. mezinárodní konference o ochraně rostlin v tropech. 1999.
  18. ^ Inglis, GD; Kawchuk, L M (01.01.2002). „Srovnávací degradace buněčných stěn oomycete, ascomycete a basidiomycete mykoparazitickými a biologickými houbami“. Canadian Journal of Microbiology. 48 (1): 60–70. doi:10.1139 / w01-130. ISSN  0008-4166. PMID  11888164.
  19. ^ Chiu, S. C .; Tzean, S. S. (1995-02-01). "Produkce glukanolytických enzymů u Schizophyllum commune Fr. během mykoparazitismu". Fyziologická a molekulární patologie rostlin. 46 (2): 83–94. doi:10.1006 / pmpp.1995.1007.
  20. ^ Bruce, A .; Srinivasan, U .; Staines, H. J .; Highley, T. L. (01.01.1995). "Produkce chitinázy a laminarinázy v kapalné kultuře Trichoderma spp. A jejich role v biokontrole dřevokazných hub". Mezinárodní biodeteriorace a biodegradace. 35 (4): 337–353. doi:10.1016/0964-8305(95)00047-3.
  21. ^ Dean, J.F.D; Gamble, H. R.; Anderson, J. D. (1989). „Xylanáza indukující biosyntézu ethylenu: její indukce u Trichoderma viride a určitých rostlinných patogenů“. Fytopatologie.
  22. ^ Zeilinger, Susanne; Galhaup, Christiane; Plátce, Kathrin; Woo, Sheridan L .; Mach, Robert L .; Fekete, Csaba; Lorito, Matteo; Kubíček, Christian P. (01.03.1999). "Exprese genu chitinázy během mykoparazitické interakce Trichoderma harzianum s hostitelem". Plísňová genetika a biologie. 26 (2): 131–140. doi:10.1006 / fgbi.1998.1111. PMID  10328983.
  23. ^ Kanokmedhakul, Somdej; Kanokmedhakul, Kwanjai; Nasomjai, Pitak; Louangsysouphanh, Sysavad; Soytong, Kasem; Isobe, Minoru; Kongsaeree, Palangpon; Prabpai, Samran; Suksamrarn, Apichart (2006-06-01). „Antifungální azafilony z houby Chaetomium cupreum CC3003“. Journal of Natural Products. 69 (6): 891–895. doi:10.1021 / np060051v. ISSN  0163-3864. PMID  16792406.
  24. ^ Fleißner, André; Sopalla, Claudia; Weltring, Klaus-Michael (01.02.2002). „Přepravník s vazbou na ATP s více léčivými rezistencemi je nezbytný pro toleranci gibberella pulicaris k fytoalexinům a virulenci na bramborových hlízách“. Molekulární interakce rostlin a mikrobů. 15 (2): 102–108. doi:10.1094 / MPMI.2002.15.2.102. ISSN  0894-0282. PMID  11876422.
  25. ^ Kanokmedhakul, Somdej; Kanokmedhakul, Kwanjai; Nasomjai, Pitak; Louangsysouphanh, Sysavad; Soytong, Kasem; Isobe, Minoru; Kongsaeree, Palangpon; Prabpai, Samran; Suksamrarn, Apichart (2006-06-01). „Antifungální azafilony z houby Chaetomium cupreum CC3003“. Journal of Natural Products. 69 (6): 891–895. doi:10.1021 / np060051v. ISSN  0163-3864. PMID  16792406.
  26. ^ A b Hung, Phung Manh; Wattanachai, Pongnak; Kasem, Soytong; Poaim, Supatta (2015). "Biologická kontrola Phytophthora palmivora způsobující kořenovou hnilobu Pomela pomocí Chaetomium spp.". Mykobiologie. 43 (1): 63–70. doi:10.5941 / myco.2015.43.1.63. PMC  4397382. PMID  25892917.
  27. ^ Corrochano, Luis M. (2007). "Houbové fotoreceptory: senzorické molekuly pro vývoj a chování hub". Fotochemické a fotobiologické vědy. 6 (7): 725–36. doi:10.1039 / b702155k. hdl:11441/40641. PMID  17609765.
  28. ^ Johns, M.R; Chong, R; Maddox, I. S (1982). "Hydrolýza některých přírodních a syntetických konjugátů žlučových kyselin pomocí Cercospora melonis". Může J Microbiol. 28 (5): 457–61. doi:10,1139 / m82-069. PMID  7201881.