Histological and molecular interaction of Musa spp. x Fusarium oxysporum f. sp. cubense

A doença da bananeira \'mal-do-Panamá\', causada pelo fungo Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc) é uma das doenças mais destrutivas da bananeira e é considerada uma das seis doenças economicamente mais importante da história da humanidade. Algumas cultivares resistentes, como a \'BRS Platina\', foram lançadas pela Embrapa, porém para a sustentabilidade da resistência é necessário entender os mecanismos moleculares envolvidos na resposta de resistência e defesa. O objetivo deste estudo foi caracterizar o processo de infecção pelo Foc raça 1 em três cultivares contrastantes para a resistência e analisar o padrão transcricional no início da interação. A análise histopatológica indicou que o Foc raça 1 penetra pela raízes laterais e principal, colonizando os espaços inter e intracelular do córtex nas três cultivares. Foram visualizadas, hifas \'globosas\' na cultivar suscetível \'Maçã\' com a formação de estruturas de resistência, como clamidósporos. Na cultivar resistente \'BRS Platina\', foi observado por microscopia óptica no período inicial da interação (24 horas após inoculação) a indução de respostas de defesa da planta, como formação de zona de cicatrização, e aos 15 dias após inoculação, formação de tilose, presença de cristais de oxalato de cálcio e deposição de calose. Foi utilizada a tecnologia Illumina para sequenciamento massal de RNA e abordagens de bioinformática para identificar genes diferencialmente expressos (DE) relacionados com a resposta de defesa de bananeira em interações compatíveis e incompatíveis. O sequenciamento paired-end gerou um total de 113.632.486 fragmentos (reads) com alta qualidade. Do total de reads alinhados no genoma referência (\'DH-Pahang\'), 55.555.480 alinharam-se com genes conhecidos e anotados no genoma referência, sendo utilizados para a análise DE inoculado x não inoculado, permitindo detectar 2.307 genes para as três cultivares. Os genes anotados de cada cultivar foram comparados, sendo identificados quatro genes comuns para as três cultivares, dez compartilhados entre \'Maçã\' e \'Prata-anã\', 21 compartilhados entre \'BRS Platina\' e \'Maçã\', 114 compartilhados entre \'BRS Platina\' e \'Prata-anã\', além de 75 serem exclusivos de \'Maçã\', 599 de \'BRS Platina\' e 1484 de \'Prata-anã\'. O mecanismo de resistência/defesa ao Foc em \'BRS Platina\', ocorre em nível de percepção precoce na presença do patógeno desencadeando resposta de defesa inexistente em \'Maçã\', e com cinética distinta da cultivar com resposta intermediária (\'Prata-anã\'). Dessa forma, os resultados permitiram propor um modelo da resposta de defesa/resistência ao Foc raça 1 em bananeira, baseando-se no nível de indução de genes que codificam para proteínas de reconhecimento do patógeno (receptor like kinase), fatores de transcrição (WRKY e MYB); reforço e síntese de parede celular, degradação da parede celular do fungo (quitinase e glucanases), heat shocks, enzimas antioxidantes e na resposta visualizada pela histologia na cultivar \'BRS Platina\'. Sendo assim, este trabalho fornece novas perspectivas para estudos de análise funcional, identificação e anotação de novos genes relacionados a resposta de defesa e resistência ao Foc raça 1.The banana Panama disease, caused by fungus Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc), is one of the most destructive disease of the industry, and it is considered one of the six most economically important of all times. A few cultivars, such as \'BRS Platina\', were released, but it is still necessary to understand molecular mechanisms involved in defense response and resistance. The objective of this study was to characterize the infection process by Foc in three banana cultivars contrasting for resistance to Foc and to analyze the transcriptional profile at the beginning of interaction. In this way, Foc race 1 penetrated the main and lateral roots, colonizing inter- and intracellular spaces of the root cortex in the three cultivars. Hyphae were globose in the susceptible cultivar \'Maçã\' with the formation of resilience structure, such as chlamydospores. In the resistant cultivar \'BRS Platina\', during the initial period of interaction (24 hours after inoculation), induced of plant defense responses, such as a healing zone, tylosis formation, presence of calcium oxalate and callose deposition. The Illumina technology were applied to sequence RNA, followed by bioinformatic tools to identify genes differentially expressed (DE) related to resistance and defense response in the compatible and incompatible interactions. Pair-end sequencing generated a total of 113,632,486 reads with high quality. From the total of aligned reads to the banana reference genome (\'DH-Pahang\'), 55,555,480 aligned with gene models annotated in the reference genome. The aligned contigs were analysed for DE, comparing inoculated x non-inoculated, enabling the detection of 2307 genes for the three cultivars. Each annotated gene from each cultivar was compared: four common genes to the three cultiars; 10 genes were shared between \'Maçã\' and \'Prata-anã\'; 21 shared between \'BRS Platina\' and \'Maçã\'; 114 shared between \'BRS Platina\' and \'Prata-anã\', plus 75 exclusive to \'Maçã\'; 599 exclusive to \'BRS Platina\' and 1,484 to \'Prata-anã\'. The mechanism of resistance/defense in \'BRS Platina\', level of perception occurs early in the presence of the pathogen defense response triggering nonexistent in \'Maçã\' and with kinetics distinct cultivar with intermediate response (\'Prata-anã\'). Thus, the results have provided a model of defense response/resistance to Foc race 1 in banana, based on the level of gene induction that encode recognition proteins (Receptor-like Kinase, RLK), transcription factors (WRKY and MYB), cell wall synthesis and reinforcement, degradation of fungal cell wall (chitinases and glucanases), heat shocks , proteins;anto-oxidative enzymes and visualized by histologcal in response cultivar \'BRS Platina\'. The present work offer new perspectives to functional analyses, identification and annotation of new genes related to resistance and defense response to Foc race 1