Effect of environmental factors on polyketide synthase gene expression, usnic acid biosynthesis, and ground cover of a lichen-fungus, Cladonia uncialis

Lichens are composed of symbiotic slow-growing organisms and are often exposed to extreme microenvironmental conditions, resulting in the production of unique secondary metabolites. One of the most commonly produced secondary metabolites is usnic acid, which is thought to be produced by two genes. Theobjectives ofthe present study were to comparepolyketidesynthase(PKS)gene expression and usnic acid concentration in Cladonia uncialis (L.) Weber ex F.H. Wigg., with two environmental factors. Seventy-five lichen samples were collected from three locations in Newfoundland, Canada, using a strip transect method (X5transects, X5 quadrats). Usnic acid concentration was measured using the liquid chromatography tandem mass-spectrometric method and gene expression of two PKS genes (methylphlora-cetophenone oxidase (MPAO) and methylphloracetophenone synthase (MPAS)) was examined using quantitative real-time PCR. The results showed that percent ground cover of C. uncialis was affected by soil pH level but not soil moisture, and usnic acid concentration was not affected by either soil pH or soil moisture. MPAO gene expression level was significantly affected by soil pH level but not soil moisture, and MPAS gene expression level was not affected by either soil pH level or soil moisture. There was no significant relationship between MPAS and MPAO gene expression levels and usnic acid concentration. These findings suggest that soil pH may be important for the production of usnic acid by C. uncialis but the genes involved require further study. Key words: lichen diversity, MPAO, MPAS, percent cover, secondary metabolites, soil moisture content, soil pH. Les lichens sont composés d'organismes symbiotiques à croissance lente et sont souvent exposés à des conditions micro-environnementales extrêmes, ce qui entraîne la production de métabolites secondaires uniques. L'un des métabolites secondaires les plus fréquemment produits est l'acide usnique, dont on croit qu'il est produit par deux gènes. Les objectifs de la présente étude consistaient à comparer l'expression génique de la polycétide synthase (PKS) et la concentration d'acide usnique chez Cladonia uncialis (L.) Weber ex F.H. Wigg., en fonction de deux facteurs environnementaux. Soixante-quinze échantillons de lichen ont été recueillis à trois endroits à Terre-Neuve à l'aide d'une méthode de transects en bandes (X 5transectsX 5 quadrats). La concentration d'acide usnique a été mesurée par chromatographie liquide avec spectrométrie de masse en tandem et l'expression génique de deux gènes de PKS (la méthylphloracétophénone oxydase MPAO et la méthylphloracétophénone synthase MPAS) a été examinée par PCR quantitative en temps réel. Les résultats ont montré que le pourcentage de couverture végétale de C. uncialis était affecté par le pH du sol, mais pas par l'humidité du sol alors que la concentration d'acide usnique n'était pas affectée par le pH ou l'humidité du sol. Le niveau d'expression du gène MMPAO était significativement affecté par le pH du sol, mais pas par l'humidité du sol alors que le niveau d'expression du gène MPAS n'était pas affecté par le pH du sol ou par l'humidité du sol. Il n'y avait pas de relation significative entre les niveaux d'expression des gènes MPAS et MPAO et la concentration d'acide usnique. Ces résultats suggèrent que le pH du sol peut être important pour la production d'acide usnique par C. uncialis, mais les gènes impliqués nécessitent une étude plus approfondie. [Traduit par la Rédaction] Mots-clés : diversité des lichens, MPAO, MPAS, pourcentage de couverture, métabolites secondaires, teneur en humidité du sol, pH du sol.
Introduction Lichens are intimate symbioses, which result from the association between fungi (mycobionts) and green algae or cyanobacteria (photobionts). Because lichens absorb water and nutrients through the surface of the [...]