Crosstalk between phosphate signaling pathways and immune responses in plants

Resum

Les plantes s’enfronten constantment a estressos abiòtics i biòtics dels quals han estat estudiats majoritàriament de forma individual tot i que un estrès podria afectar la resposta de la planta enfront d’un altre estrès. S’ha demostrat que la resposta immune de les plantes pot regular postranscripcionalment mitjançant l’activitat dels microRNAs (miARNs). Hi ha poca informació disponible sobre els miARN que participen en la interacció entre les vies de senyalització induïdes per patògens i la senyalització per nutrients en les plantes. El fòsfor és un nutrient essencial per al creixement i desenvolupament de les plantes, assimilable en forma de fosfat inorgànic (Pi). L’ús abusiu de fertilitzants basats en Pi ha portat a un excés de Pi en molts ecosistemes. A nivell molecular, s’ha realitzat un gran esforç per comprendre com les plantes s’adapten a les condicions limitants de Pi a través de l’anomenada “Phosphate Starvation Response” (PSR). El tema principal d’aquesta tesi es centra en la investigació de la interacció que hi ha entre l’homeòstasi del Pi i la resposta immune en Arabidopsis (Capítol I i Capítol II) i l’arròs (Capítol III). El capítol I descriu la funció de miR399 i el seu gen diana PHO2 (PHOSPHATE2) en l’homeòstasi del fosfat i la resistència a malalties en Arabidopsis. El creixement de plantes en alt Pi, la sobreexpressió de miR399 i la mutació de el gen PHO2, condueix a un major contingut de Pi i a una major resistència a P. cucumerina i C. higginsianum. Aquesta resistència ve acompanyada d’una major producció de ROS, una major expressió de gens relacionats amb l’àcid salicílic (SA) i àcid jasmònic (JA) i majors nivells de SA i JA en aquestes plantes. També s’ha observat una regulació oposada de les dues branques de la via de senyalització de l’JA, les branques ERF1/PDF1.2 i MYC2/VSP2, en plantes d’alt contingut en Pi. Aquestes troballes recolzen que miR399 exerceix un paper positiu en la regulació de la resposta immune en Arabidopsis. El capítol II descriu l’impacte d’alterar l’expressió de MIR827 i el seu gen diana NLA (NITROGEN LIMITATION ADAPTATION) en la resposta de defensa en plantes d’Arabidopsis. Línies sobreexpresoras de l’miR827 i el mutant nla sobreacumulaven fosfat i van ser més resistents a la infecció per P. cucumerina. Les plantes nla i les plantes d’Arabidopsis crescudes en alt fosfat mostren una major deposició de callosa i producció de ROS. En absència d’infecció, els gens de les vies de senyalització de SA i JA s’indueixen en les plantes nla en comparació amb plantes de tipus salvatge, així com l’acumulació de SA i JA i la fitoalexina camalexina. Aquests resultats recolzen que NLA regula negativament les respostes de defensa en Arabidopsis. El capítol III descriu la contribució de miR827 en la regulació de l’homeòstasi del Pi i la resistència a malalties en arròs. Línies mutants per miR827 editades amb la tecnologia CRISPR / CAS9 juntament amb plantes sobreexpresoras de miR827 es van utilitzar en assajos enfront de Magnaporthe oryzae. En comparació amb les plantes de tipus silvestre, les plantes CRISPR-miR827 i les plantes d’arròs sobreexpresoras del miR827 van mostrar un contingut de Pi més baix i més alt, respectivament, i una major i menor resistència enfront de M. oryzae. La tècnica de 31P-HR-MAS, va permetre detectar diferències en la distribució de Pi entre vacúol i citosol per a totes les plantes mutants. Aquestes troballes demostren que no només el contingut total de Pi, sinó també l’alteració en la distribució subcel·lular de Pi podria impactar en la resistència a la infecció pel fong M. oryzae en arròs.

Data del Ajut	8 d’oct. 2021
Idioma original	Anglès
Supervisor	San Segundo de los Mozos Blanca (Tutor/a) & Mireia Bundo Barbera (Director/a)