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MODULO 2.2. INTRODUCCION A LA BIOLOGIA DE ORGANISMOS FUNGOSOS

Dra. María de Jesús Yáñez Morales: Tutor yanezmj@colpos.mx. Ofna. 118, Lab. 128

Noviembre, 2013 CP-Montecilllo: 595-95-20200, ext. 1663

CAPITULO II. Reino de los Hongos Verdaderos: Fungi o Eumycota

A. Que es un hongo verdadero? Su definición se integra de seis componentes

(PRESENTACION-4-2).

1. Célula:

-Organelos como célula animal (excepto que los hongos tienen pared celular)

-Son “eucarionte” (núcleo con membrana)

-ADN en núcleo y mitocondrias

-Núcleo: uni o multinucleados (homocarióticos con núcleos idénticos, o di o heterocarióticos con

núcleos compatibles)

-haploide (n), o diploide (2n; sólo corto periodo)

-No tienen cloroplasto (no producen clorofila, no fotosíntesis)

-Pared celular: principalmente quitina y β-glucanos

2. Fisiología:

-Mitocondria: respiración aerobica y, o anaeróbica (tres procesos: ciclo de ácido

cítrico, transporte de electrones, y fosforilación oxidativa)

-Heterotróficos: -no producen su propio alimento

-en general obtienen su energía de compuestos orgánicos

-las moléculas complejas son primero descompuestas en moléculas simples

(digestión fuera de la célula)

-Nutrición: absorción (osmosis)

3. Cuerpo o talo (vegetativo o somático):

-Unidad del talo: la célula

-Unicelular y, o filamentoso (hifas)

-Microscópico o macroscópico

-Hifa: filamentos tubulares con rígida pared celular, septada (divisiones entre células con un poro)

o aseptada (cenocítica)

-Micelio: por ramificación de hifas y forma colonias, cuerpos fructíferos, etc.

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-Tejidos: Prosénquima (tejido flojo): hifas visibles, micelio

Psudoparénquima (similar al parénquima de plantas): algunos esclerocios, etc.

Plecténquima (tejido compactado): esclerocios y estroma tipo pétreo, etc.

4. Reproducción (Kirk et al., 2008):

-Asexual (mitosis): conidios; todos los “anamorficos”

-Sexual (meiosis): a) ascas (forman ascosporas),

b) basidio (forman basidiosporas),

-Esporas (asexual o sexual): principalmente no flageladas

si flageladas: flagelos lisos (como en Blastocladiomycota y Chytridiomycota)

5. Relación con otros organismos:

-Saprofítico, parasítico (biotróficos, facultativos), o mutualístico (simbiosis, etc.)

6. Distribución:

-En todo lugar y materia: suelo, plantas, agua, aire, etc.

-desde los trópicos, desiertos, zonas templadas, y hasta los polos

-la mayoría cosmopolitas

B. Facetas biológicas de los organismos fungosos en su ciclo biológico*

( PRESENTACION-4-3)

1. Germinación de estructuras (esporas, hifas, etc.)

2. Interacción con otros organismos (obtención de nutrientes)

3. Fase vegetativa: crecimiento y/o formación de estructuras de reposo o sobrevivencia

4. Fase reproductiva asexual (mitosis)

5. Fase reproductiva sexual (meiosis)

6. Liberación de estructuras reproductivas (perpetuación)

7. Autolisis

C. Procesos biológicos de los hongos

I. Talo (cuerpo vegetativo o somático del hongo; Ulloa and Hanlin, 2006), su unidad es la célula

(contiene organelos “excepto plástidos o cloroplastos”)

Talo formado por:

-Una célula, o pluricelular:

-Hifa: filamentos tubulares septados o cenocítico (sin septos).

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-Las hifas forman micelio (micelio=masa total de hifas)

-El micelio forma tejidos (prosénquima, pseudoparénquima, plecténquima, etc.)

2. Organización celular: pared celular, membrana celular y citoplasma (contiene los organelos).

Citoplasma:

a) Organelos: núcleo, nucléolo, vesículas, vacuolas, mitocondria, retículo endoplasmático,

ribosomas, aparato de Golgi, microcuerpos; más: citoesqueleto (microtúbulos y microfilamentos)

b) Contiene lípidos (energía) como:

-ácidos grasos: palmítico, oleico y linoleico, glicerol

-grasas y aceites (sustancias de reserva)

-fosfolípidos y esfingolípidos (componentes de membrana)

-isoprenoides: terpenes, carotenoides y ergosterol (colesterol en animales)

3. Nutrición: el hongo se alimenta para formar biomasa (a través de sus funciones de crecimiento

y reproducción in situ y, o in vitro).

Elementos requeridos: carbón agua nitrógeno pH

minerales oxígeno químico (mitocondria) sulfuro, etc.

vitaminas (tiamina, biotina, riboflavina, ácido nicotínico, etc.)*

*protótrofo (silvestre): sintetizan la vitamina o aminoácido versus

auxótrofo (mutante, lab.) que requieren una vitamina o aminoácido.

La mayoría son aeróbicos obligados,

otros son anaeróbicos facultativos,

o anaeróbicos obligados

Otros requerimientos (incubación):

-temperatura

-humedad

-luz blanca y/o oscuridad,

o luz cercana a la UV (ultravioleta) (constante o a intervalos)

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4. Funciones del hongo:

1. Son heterotróficos (no producen su propio alimento): son incapaces de derivar energía

de fotosíntesis o de reacciones químicas inorgánicas (Kendrick, 2006).

-Fuentes alimenticias: materia orgánica

-Mecanismo de alimentación: absorción (osmosis).

El alimento disuelto en agua (digestión externa de moléculas complejas a simples) pasa a través

de membranas; gran actividad enzimática extracelular (depolimerasas).

Proceso (adquisición de nutrientes): digestión externa → transporte → metabolismo

Así obtienen por digestión externa:

a) carbón de: azucares, hemicelulosa, celulosa y lignina

b) nitrógeno de: nitratos de amonio, aminoácidos, polipéptidos y proteínas

c) minerales de: electrolitos

etc., etc.

2. Respiración:

-aeróbica en mitocondria (ciclo de ácido cítrico, transporte de electrones y fosforilación oxidativa)

-anaeróbica (fermentación): producción de etanol, ácido láctico y mezcla de ácidos por Ej. en:

levaduras, Aspergillus, Fusarium, Mucor, etc.

3. Metabolismo primario

Son los procesos metabólicos requeridos por el hongo para su mantenimiento y crecimiento.

a) Metabolismo del carbón y energía (glucosa):

-ruta de la “glicolisis” para “producción de energía”

-ruta de fermentación-respiración anaeróbica

-ruta de respiración-respiración aeróbica

b) Metabolismo del nitrógeno: catabolismo y anabolismo

Biosíntesis (metabolito requerido) para formación de:

-Aminoácidos (Ala, Arg, etc.)

-Ácidos nucleicos: -DNA: núcleo y mitocondrias. Información genética

-RNA: ribosomas. rRNA, tRNA, mRNA

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-Carbohidratos: síntesis de polisacáridos como principal componentes de pared celular:

a) quitina

b) α y β glucanos

c) celulosa (oomycetes)

-disacáridos: trehalosa y manitol

-Proteínas: enzimas y componentes estructurales

-nucleoproteínas

Metabolismo del sulfuro (S): como SO4 en actividad enzimática y pigmentos

4. Metabolismo secundario

-Se deriva del metabolismo primario cuando el crecimiento ha parado y se producen sustancias no

requeridas por el hongo, tales como:

a) Antibióticos: penicilina, cefalosporina (Ej. Acremonium, Aspergillus, Penicillium, etc.)

b) Toxinas: aflatoxinas (Ej. Aspergillus flavus, A. parasiticus, etc.)

c) Alcaloides: ergotamine (Ej. en esclerocios “ergot” de Claviceps purpurea) (droga)

d) Pigmentos: melanina (negro), carotenoides (amarillo, naranja, rojo)

e) Bioluminecencia: luciferina, luciferase = luz, etc., en Basidiomycetes (setas), etc.

D. LOS HONGOS VERDADEROS CONSTITUYEN SEIS PHYLA:

1. Blastocladiomycota

2. Chytridiomycota

3. Zygomycota

4. Glomeromycota

5. Ascomycota

+ Grupo de anamorfos!!!!

6. Basidiomycota

*********** Hongos verdaderos: ANAMORFOS ***********

Reproducción asexual por mitosis

(PRESENTACION 4-4)

Introducción

Los hongos anamorfos d e n t r o d e s u c i c l o b i o l ó g i c o p u e d e n f o r m a r

e l e s t a d o s e x u a l ( t e l e o m o r f o ) o p e r m a n e c e r e n e s t a d o a s e x u a l

( a n a m o r f o ) .

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Los anamorfos crecen vegetativamente y se reproducen asexualmente por mitosis para

formar conidios o “mitosporas”. La mitosis es la división nuclear y citoplasmática de una célula

y las dos células hijas resultantes son idénticas a la célula madre y tienen idéntico “set” de

cromosomas (genoma haploide = “n”).

Estos conidios o mitosporas pueden ganar variabilidad genética por el fenómeno de:

“recombinación genética por mitosis”, y que es conocido como: “Ciclo Parasexual”.

Crecimiento somático

En anamorfos cada célula somática o vegetativa que constituye a la hifa es haploide,

“n”. Las hifas pueden formar:

− -Micelio

− -Conidióforos, sinemas, fiálides

− -Picnidios

− -Acérvulos, esporodoquios

− -Clamidosporas

− -Esclerocios

− -Estromas

y tejidos como:

a) Prosénquima: hifas flojamente entrelazadas (cordones miceliales, etc.).

b) Pseudoparénquima: hifas con apariencia de parénquima (algunos

esclerocios, etc.).

c) Plecténquima: hifas densamente compactadas, duras (estroma: Daldinia,

Hypoxylon, etc.).

Etc., etc.

Formación de conidios. Se realiza por:

a) Fragmentación:

-rompimiento de la hifa en cada septo. Ej. Geotrichum, Coremiella, etc.

-rompimiento de la hifa en fragmentos (cada fragmento inicia nueva colonia).

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b) Fisión:

bipartición: división de la célula en dos.

Ej. especies de levadura del género Schizosaccharomyces.

c) Gemación: producción de células hijas, Ej. levaduras en especies de Saccharomyces

d) Esporulación: conidiogénesis (tálica y blástica):

Ej. en hyphomycetes y coelomycetes.

Ejemplo de:

FISION GEMACION

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Variabilidad genética:

Aunque los anamorfos se reproducen por mitosis, pueden ganar variabilidad en su

información genética por tres mecanismos.

-Posibles fuentes de variabilidad:

1. Mutaciones: cambios inducidos o espontáneos en el ADN (genes), y que resulta en un

carácter genotípico diferente del de los progenitores.

Ej. Cambios en la secuencia de nucleótidos de aislamientos de la misma especie:

Ej. Población de aislamientos en campo de Alternaria porri:

CGTAAATTC – aislamiento 1 (sin cambio)

CGTAAATTC – aislamiento 2 (sin cambio)

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CGTA-ATTC – aislamiento 3 (pierde un nucleótido)

CATAAATTC – aislamiento 4 (cambia un nucleótido)

2. Anastomosis: fusión positiva en las paredes de células hifales (Ej. Rhizoctonia)

Lo anterior resulta en:

a) Plasmogamia: intercambio de organelos, Ej. mitocondrias y/o núcleos; plásmidos!

(ver resumen de Katsuya et al., 1997)*

b) Heterocariosis: núcleos compatibles por tener información genéticamente

diferente y que se incorporan a un nuevo citoplasma. 3. Ciclo parasexual: “en células de hifa: recombinación por mitosis”

(somática) (500 a 1000 veces menos frecuente que por

meiosis)

-Estudiado en: Acremonium, Aspergillus, Fusarium, Verticillium, etc.

-Eficiencia del ciclo parasexual: 1 en 1000 conidios de Aspergillus niger

(Pontecorvo, 1956; Kendrick, 2009).

Ocurre por oportunidad, al azar, etc.

i. Dado por un “accidental” intercambio genético (de uno o

pocos cromosomas) en núcleos compatibles haploides

(como en “meiosis), que pueden llegar a formar núcleos

diploides en hifa. El núcleo después pierde cromosomas y

vuelve a ser haploide.

ii. Eventualmente ocurre en células hifales haploides que

tuvieron anastomosis (primera condición requerida),

seguida por heterocariosis (segunda condición requerida).

*RESUMEN DE ARTICULO:

S. Katsuya, I. Kaneko, M. Owaki, K. Ishikawa, T. Tsujimoto, and T. Tsuge. 1997. Circular DNA Plasmid

in the Phytopathogenic Fungus Alternaria Alternata: Its Temperature-Dependent Curing and

Association with Pathogenicity. Genetics 146 (1): 111–120.

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Abstract

We found the presence of plasmid DNA in strain T88-56 of the Japanese pear pathotype of Alternaria

alternata, which causes black spot of certain cultivars of Japanese pear by producing host-specific AK-

toxin. The plasmid, designated pAAT56, was identified to be an ~5.4-kilobase (kb) circular molecule by

electron microscopic observation and restriction endonuclease mapping. Southern blot analysis showed

that pAAT56 DNA had no homology with either nuclear or mitochondrial DNA. Cultures of strain T88-

56 grown at 26° showed markedly reduced plasmid levels relative to those grown at lower temperatures.

The strain was completely cured of pAAT56 during growth at 29°. Temperature-dependent curing of

pAAT56 was confirmed by using single-protoplast isolates from mycelia grown at 23°, most of which

maintained the plasmid, and from mycelia grown at 29°, most of which had lost the plasmid. Northern

blot analysis detected the presence of three RNA species (~1.7, 2.7 and 5.4 kb) transcribed from pAAT56.

The biological function of pAAT56 was observed using single-protoplast isolates from mycelia that either

contained or had been cured of pAAT56. The plasmid-containing isolates tended to be reduced in AK-

toxin production and pathogenicity compared with the plasmid-cured isolates.

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CONIDIOGENESIS

(en animación!!!!, como caricaturas!!!!, ver: www.mycolog.com, CHAPTER 4a)

(PRESENTACION 4-5)

Introducción

La conidiogénesis se ha estudiado en anamorfos para describir el proceso de formación

de conidios a partir de hifa, conidióforo o fiálide; y como el conidióforo y su célula (s)

conidiogénica (s) crecen antes, durante y después de formado el conidio. La conidiogénesis se

ha aplicado en Sistemática (taxonomía) y se ha estudiado con microscopio óptico compuesto

(40-100X, contraste de fases, fluorescencia, etc.) y microscopio electrónico (ultraestructuras).

a) Conidióforo: hifa especializada portadora de la (s) células conidiogénicas.

b) Célula- conidiogénica: una, o varias células fértiles que se diferencian, o no se diferencian de

las otras células de una hifa o conidióforo y produce el (los) conidios.

c) Locus (loci) conidiogénico: la región (una = monolocus; más de una = poliloci)

de la célula conidiogénica de donde se forma el conidio.

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1. Conidiogénesis por formación de conidio, se divide en:

TALICA BLASTICA

La célula apical o todas las células de una hifa El conidio se diferencia del conidióforo

se transforman en conidios. Ej. Geotrichum sp. o célula especializada de la hifa.

No hay previa diferenciación del conidio Ej. Alternaria, Helminthosporium, etc.

2. Conidiogénesis por separación del conidio. Se divide en:

REXIGÉNESIS ESQUIZOGÉNESIS

(RHEXOLYTIC; desgarrar) (SCHIZOLYTIC; dividir)

Rompimiento de la pared de la Liberación del conidio por separación

célula debajo del nuevo conidio. del doble septo de unión.

VER DIAPOSITIVA

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3. Conidiogénesis por la relación de la pared entre el conidio y la célula

conidiogénica es:

Holo - - - - y Entero - - - -

TALICO: célula (s) de la hifa que se transforman en conidios. Ej. Geotrichum spp.

Conidiogénesis HOLOtálica (Holothallic): ambas paredes de la célula hifal forman el conidio

1. “Holothallic”: solitaria (sólo la célula terminal de la hifa se transforma en conidio).

A. Formación de conidio

B. Liberación de conidio

2. “HOLOARTHRIC (HOLOartrica)”: cada célula de la hifa se transforma en conidio. Conidiogénesis ENTEROtálica: sólo la pared interna de la célula hifal forma el conidio

(la pared externa no forma la pared del nuevo conidio)

3. ENTEROARTRICO (ENTEROarthric):

a) cada célula de la hifa se transforma en conidio;

b) la pared externa se desintegra,

A. Formación de conidio

B. Liberación de conidio

BLASTICA: primero el conidio se diferencia por una protuberancia y después se forma el

septo.

Conidiogénesis HOLOblástica: ambas paredes de la célula conidiogénica forman el

conidio.

1. Por liberación del conidio: a) RHEXOLYTIC (desgarrar) o

b) SCHIZOLYTIC (dividir)

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2. Por posición del conidio:

a) Blástica-acrópeto (blastic-acropetal): el conidio más joven en la punta

de una cadena de conidios (catenulados)

b) Blástica-basípeto (blastic-basipetal): el conidio más joven en la base de una

cadena de conidios (catenulados)

c) Basáuxica (basauxic): célula conidiogénica tiene elongación en la base

después de formado el conidio basípeto

d) Blástica retrogresiva (blastic-retrogressive): los conidios se forman hacia

atrás del conidióforo y por consecuencia éste se acorta.

Holoblástica - simpodial:

ENTEROBLASTICA: sólo la pared interna forma el conidio.

1. Enteroblástica-trética (enteroblastic – tretic): en la célula conidiogénica se forma

un poro y por ahí emerge el conidio (poroconidio);

a) queda una marca en conidióforo,

b) y otra marca en la base del conidio, el hilo (hilum).

2. Enteroblástica-fialídica (enteroblastic-phialidic): ninguna pared forma el conidio.

a) Enteroblastic – phialidic – simple: el locus conidiogénico esta en la base interna

b) Enteroblastic – phialidic – collarete: el loci conidiogénico esta a ambos lados

de la pared interna. El primer conidio liberado, deja su pared externa a manera

de collarete.

c) Enteroblástica-fialídica-anelídica (anillos) (enteroblastic–phialidic–

annellidic): cada conidio liberado deja su pared externa (proliferación

percurrente basípetal).

d) Enteroblástica – percurrente (continuar): el conidio se forma de la punta de una

célula conidiogénica y deja su pared externa.

VER DIAPOSITIVA

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-Referencias: Cole and Samson, 1979;

Kendrick, 2001;

Kendrick: www.mycolog.com

VER DIAPOSITIVAS 1-36

TAREA: estudiar en www.mycolog.com

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