Understanding plant immunity through the identification of immunogenic cell death indicators and the characterization of plant metacaspases in Arabidopsis thaliana.

Resum

Els patògens vegetals representen una gran amenaça per la seguretat alimentària, causant al voltant del 20-40% de pèrdues en la producció de cultius. En el context actual de canvi climàtic, els patògens, que evolucionen ràpidament, poden superar fàcilment la resistència proporcionada pels pesticides tradicionals. Per tant, entendre exhaustivament el sistema immunitari de les plantes és de gran importància per generar cultius resistents._x000D_ Com a estratègia per combatre la invasió de patògens, les cèl·lules vegetals infectades desencadenen un tipus de mort cel·lular regulada coneguda com a resposta hipersensible (HR). La regulació de la HR és essencial per confinar la resposta immunitària exclusivament al lloc d’entrada del patogen. Actualment, el nostre coneixement de com es produeix la zonació de la mort cel·lular i com responen les cèl·lules veïnes a l’infecció és escàs. En el primer capítol de la meva tesi, he explorat com la HR es regula de manera espaciotemporal a nivell transcripcional a la planta model Arabidopsis thaliana. Aquests resultats ens van permetre identificar marcadors transcripcionals específics de la HR. A més, proporcionem a la comunitat una línia transgènica reportera fluorescent que mostra una forta senyal espaciotemporal en cèl·lules destinades a patir HR. L’ús d’aquesta línia reportera per tècniques específiques que involucrin estudis “òmics” de cèl·lules individuals permetrà una major comprensió del caracter zonal de la immunitat vegetal._x000D_ En la darrera dècada, un nombre creixent d’estudis suggereixen que les proteases desenvolupen papers fonamentals durant la HR. En el segon capítol de la meva tesi, he estudiat el paper de la metacaspasa 1 (AtMC1) d’Arabidopsis, un tipus de cisteïna proteasa, en la immunitat vegetal. Originalment, es va descriure a la AtMC1 com un regulador positiu de la HR en plantes joves, per contra, les plantes adultes que no tenen AtMC1 mostren una activació constitutiva de la immunitat en condicions basals, actuant així com un regulador negatiu de la immunitat. Les mutacions en el lloc catalític de la proteasa desencadenen una autoimmunitat greu. A través d’una combinació d’experiments genètics, bioquímics i de biologia cel·lular, mostrem que la versió catalíticament inactiva d’AtMC1 actua com una plataforma d’acoblament per a components relacionats amb la immunitat, inclosos receptors i.possiblement, evita la seva correcta degradació. Basant-nos en aquestes dades i en la literatura anterior, inferim que l’AtMC1 podria controlar directa o indirectament l’homeostasi dels receptors d’immunitat. Per tant, interferir amb la funció de la proteasa wild-type té un impacte negatiu en el creixement de la planta._x000D_ Finalment, he participat en una segona línia d’investigació on hem intentat entendre la funció d’AtMC1 en condicions d’estrés proteotòxic. AtMC1 és dinàmicament reclutada a condensats citoplasmàtics, coneguts com granuls d’estrés, regulant la senescència (Capítol 3). Per caracteritzar bioquímicament aquesta funció, vam eliminar alguns dominis predits com a altament propensos a l’agregació i vam aconseguir expressar i aïllar la proteasa de forma recombinant. Això ens va permetre demostrar que AtMC1 té una gran capacitat, evolutivament conservada, de netejar agregats de proteïnes, inclosos els formats per formes de proteïnes patològiques que causen malalties mortals en humans. La implementació de proteïnes recombinants amb alta activitat de neteja d’agregats pot obrir noves vies per a la intervenció terapèutica en malalties causades per proteïnes mal plegades._x000D_ En els darrers cinc anys, la comunitat científica de plantes ha presenciat un gran progrés en la nostra comprensió del sistema immunitari vegetal gràcies a estudis mecanístics dels receptors d’immunitat i vies de senyalització que regulen i condueixen la HR. Aprofitar aquest coneixement per aconseguir resistència a malalties en cultius bàsics i econòmicament importants serà una prioritat en els pròxims anys. Espero que els treballs presentats en aquesta tesi puguin contribuir a aconseguir aquests ambiciosos objectius.

Data del Ajut	24 de març 2023
Idioma original	Anglès
Supervisor	Núria Sánchez Coll (Director/a)