Estudio "ómico" integrado de Agaricus bisporus: estructura de las comunidades microbianas, perfiles bacterianos asociados a enfermedad y respuestas transcripcionales en la interacción hospedador-patógeno

Abstract

[ES] El estudio de los hongos y, en particular, de Agaricus bisporus (champiñón de París o champiñón blanco), ha acompañado a la humanidad desde tiempos prehistóricos, atravesando usos rituales, medicinales, culinarios y, en la actualidad, industriales. Esta especie, por su valor nutricional, económico y biotecnológico, es uno de los pilares del cultivo mundial de hongos. El champiñón, es un hongo basidiomiceto ampliamente cultivado y consumido a nivel mundial. Representa una etapa transitoria (el cuerpo fructífero o esporocarpo) de un organismo cuyo ciclo de vida se desarrolla mayormente como una red de filamentos (micelio) que coloniza sustratos orgánicos compostados. Morfológicamente, presenta un sombrero (píleo), láminas (donde se producen las esporas) y un pie (estípite). Es un descomponedor secundario saprofito, especializado en degradar sustratos ricos en lignina y celulosa. El champiñón es un alimento de bajo contenido calórico y rico en proteínas, vitaminas y minerales, con un impacto económico global significativo en la agricultura. Sin embargo, la industria del champiñón se enfrenta a desafíos importantes, como la dependencia en la turba (un recurso no sostenible) como tierra de cobertura, la amenaza constante de enfermedades fúngicas devastadoras como la mole seca (Lecanicillium fungicola), la mole húmeda (Mycogone perniciosa) y la tela de araña (Cladobotryum mycophilum), y un número cada vez más limitado de fungicidas eficaces y permitidos. Además, existe una falta de conocimiento profundo sobre las interacciones hongo (huésped)-hongo (patógeno) a nivel molecular que hace más difícil el desarrollo de nuevas estrategias de control. En este contexto se desarrolla esta tesis, que busca profundizar en la comprensión de la ecología microbiana y las interacciones moleculares subyacentes al cultivo de A. bisporus y su susceptibilidad a las principales enfermedades fúngicas. Al investigar la dinámica de las comunidades microbianas en la cobertura, el impacto de los fungicidas, los cambios en el bacterioma durante la enfermedad y los perfiles transcriptómicos de huésped y patógeno, se busca proporcionar una base científica para desarrollar prácticas de producción mejores, más sostenibles y estrategias de control de enfermedades más efectivas. El capítulo 1 se centra en caracterizar mediante secuenciación de nueva generación (NGS), la estructura de la microbiota (bacteriana y fúngica) de la tierra de cobertura, a base de turba, utilizada en el cultivo de A. bisporus, y cómo esta evoluciona durante la incubación del hongo, así como el efecto de los tratamientos fungicidas clorotalonil y metrafenona. Se observaron cambios estadísticamente significativos en las poblaciones de bacterias y hongos. La composición microbiana se modificó significativamente según el día de incubación, cambiando radicalmente desde las comunidades originales en la materia prima, a una composición microbiana específica impulsada por el crecimiento del micelio de A. bisporus. Los filos bacterianos más dominantes fueron Proteobacteria y Bacteroidota. Se observó un gran cambio en la estructura de las poblaciones bacterianas entre el día 0 y los días siguientes. Las poblaciones de hongos cambiaron más gradualmente, con A. bisporus (familia Agaricaceae, filo Basidiomycota) desplazando al resto de las especies (mayoritariamente del filo Ascomycota inicialmente) a medida que 19 avanzaba el ciclo de cultivo. El tratamiento con clorotalonil, retrasó la colonización de la cobertura por A. bisporus, justificado por una menor proporción de la familia Agaricaceae en las muestras tratadas con este fungicida en comparación con el control y el tratamiento con metrafenona, especialmente en el día 7. Aunque no hubo diferencias significativas en la alfa diversidad entre las comunidades bacterianas entre tratamientos en el día 7, la beta diversidad entre las comunidades fúngicas sí mostró diferencias significativas, sugiriendo un impacto de los fungicidas en la composición general de la comunidad fúngica. Las limitaciones en las bases de datos taxonómicas actuales a menudo no permiten alcanzar una identificación taxonómica a nivel de especie en la mayoría de los casos, lo que restringe la profundidad del análisis.

[EN] The study of fungi, in particular Agaricus bisporus (white button mushroom), has accompanied humanity since prehistoric times, through ritual, medicinal, culinary and, nowadays, industrial uses. This species, due to its nutritional, economic and biotechnological value, is one of the pillars of global mushroom cultivation. The white button mushroom is a basidiomycete fungus that is widely cultivated and consumed worldwide. It represents a transitional stage (the fruiting body or sporocarp) of an organism whose life cycle develops mainly as a network of filaments (mycelium) that colonises composted organic substrates. Morphologically, it has a cap (pileus), gills (where the spores are produced) and a stem (stipe). It is a secondary saprophytic decomposer, specialised in degrading lignin and cellulose rich substrates. Mushrooms are a low-calorie food rich in protein, vitamins and minerals, with a significant global economic impact on agriculture. However, the mushroom industry faces significant challenges, such as dependence on peat (a non-sustainable resource) as casing soil, the constant threat of devastating fungal diseases such as dry bubble (Lecanicillium fungicola), wet bubble (Mycogone perniciosa) and cobweb (Cladobotryum mycophilum), and an increasingly limited number of effective and permitted fungicides. In addition, there is a lack of knowledge about fungus (host)-fungus (pathogen) interactions at the molecular level, which makes it more difficult to develop new control strategies. This thesis was developed in this context and seeks to deepen the understanding of the microbial ecology and molecular interactions underlying the cultivation of A. bisporus and its susceptibility to major fungal diseases. By investigating the dynamics of microbial communities in the casing soil, the impact of fungicides, changes in the bacteriome during disease, and the transcriptomic profiles of host and pathogen, we seek to provide a scientific basis for developing better, more sustainable production practices and more effective disease control strategies. Chapter 1 focuses on characterising, through next-generation sequencing (NGS), the structure of the microbiota (bacterial and fungal) of the peat-based casing soil used in the cultivation of A. bisporus, and how it evolves during the incubation of the fungus, as well as the effect of the fungicide treatments chlorothalonil and metrafenone. Statistically significant changes in bacterial and fungal populations were observed. The microbial composition changed significantly depending on the day of incubation, changing radically from the original communities in the raw material to a specific microbial composition driven by the growth of A. bisporus mycelium. The most dominant bacterial phyla were Proteobacteria and Bacteroidota. A major change in the structure of bacterial populations was observed between day 0 and the following days. Fungal populations changed more gradually, with A. bisporus (family Agaricaceae, phylum Basidiomycota) displacing the rest of the species (initially mainly from the phylum Ascomycota) as the cultivation cycle progressed. Treatment with chlorothalonil delayed the colonisation of the casing soil by A. bisporus, justified by a lower proportion of the Agaricaceae family in the samples treated with this fungicide compared to the control and treatment with metrafenone, especially on day 7. Although there were no significant differences in alpha diversity between bacterial communities between treatments on day 7, beta diversity between fungal communities did show significant differences, suggesting an impact of fungicides on the overall composition of the fungal community. Limitations in current taxonomic databases often do not allow taxonomic identification at the species level in most cases, which restricts the depth of the analysis.