Ustilago maydis es un basidiomiceto que infecta con gran especificidad a las especies silvestres (Zea mexicana) y comerciales (Zea mays) del maíz, produciendo la enfermedad que se conoce como carbón o tizón del maíz, debido a que se forman tumores o agallas en los órganos reproductores de la planta, los cuales se encuentran llenos de teliosporas. Este organismo se ha utilizado en la investigación básica como modelo para estudios de genética clásica, así como para determinar las bases moleculares y bioquímicas del apareamiento celular, el cambio dimórfico, el entrecruzamiento de los cromosomas homólogos, la resistencia a plaguicidas, la interacción con el hospedero, la transducción de las señales intracelulares y los procesos de desarrollo de la patogenicidad, por lo cual se considera un organismo fitopatógeno modelo. Sin embargo, su metabolismo energético e intermediario está prácticamente olvidado. Resultados de mi laboratorio indican que las mitocondrias de U. maydis poseen los cuatro complejos mitocondriales clásicos (complejo I, II, III y IV) y dos componentes adicionales, la isoforma externa de la NADH deshidrogenasa alterna y la oxidasa alterna. En dos trabajos posteriores reportamos que dos funciones importantes de la oxidasa alterna en U. maydis son la de proteger a la célula contra las especies reactivas de oxígeno y la de permitirle una mayor flexibilidad metabólica. Adicionalmente, encontramos que U. maydis contiene dos ATPasas de H+ en la membrana plasmática, que no se activan al incubar las células con glucosa. Sin entrar en detalles metodológicos y continuando con esta línea de trabajo, en este proyecto se proponen los siguientes puntos para desarrollar: 1) Caracterizar la expresión y la actividad de la AOX de U. maydis cultivada en diferentes medios de cultivo y en diferentes etapas de la curva de crecimiento; 2) expresar a la AOX con una etiqueta de histidinas en Saccharomyces cerevisiae para estudiar la posible regulación postraduccional de la enzima, principalmente por fosforilación; 3) eliminar el gen de la AOX en U. maydis para averiguar el papel de esta enzima en el crecimiento celular y en su resistencia a estrés oxidativo; 4) reemplazar el gen silvestre de la AOX por uno que contenga una etiqueta de histidinas, con el fin de estudiar la regulación de la enzima a nivel postraduccional en el U. maydis. Para las ATPasas de H+ de la membrana plasmática, se plantean los siguientes puntos: 1) Expresión heteróloga de cada una de las ATPasas en S. cerevisiae, con el fin de caracterizar la cinética de cada una de las enzimas, y su regulación por fosforilación. 2) Expresar cada una de las ATPasas en el sistema de las vesículas de secreción, y obtener los parámetros cinéticos para la hidrólisis del ATP y el bombeo de protones.

A pesar de la gran cantidad de información disponible sobre la biología de Ustilago maydis, muchas áreas del conocimiento permanecen sin ser estudiadas, principalmente su metabolismo energético e intermediario, y desafortunadamente esta falta de estudios no es exclusiva de este hongo, sino de la mayoría de los basidiomicetos. De hecho, hasta la aparición de nuestras aportaciones, se habían publicado pocos trabajos en los que se abordaron someramente algunos aspectos del funcionamiento de la mitocondria y de la membrana plasmática de este organismo, mientras que otros procesos, como el ciclo de Krebs, por mencionar algunos, son totalmente desconocidos. Nuestro interés principal es investigar el papel fisiológico y la regulación de la oxidasa alterna de la membrana interna mitocondrial y de las dos H+-ATPasas de la membrana plasmática de U. maydis. Asimismo, nos interesa obtener los parámetros cinéticos de las dos PM-H+-ATPasas que se expresan en este organismo y averiguar si la fosforilación mediada por cinasas está involucrada en la regulación de la actividad de estas enzimas, incluyendo la oxidasa alterna, cuando las células se cultivan en diferentes fuentes de carbono (glucosa o etanol) y en medios ricos (YPD) y mínimos. A más largo plazo, nos gustaría conocer la distribución de las dos ATPasas en la membrana plasmática de U. maydis, tanto en la fase de levadura como en la forma micelial. Esta información claro que será de importancia en el campo de la Fisiología Microbiana, especialmente la de Ustilago maydis, ya que las dos enzimas con las que estamos trabajando están involucradas, en otros organismos, en el crecimiento celular, los cambios morfológicos, la resistencia al estrés oxidativo, la patogenicidad y capacidad infectiva del organismo.