Crosstalk between phosphate signaling pathways and immune responses in plants

Resumen

Las plantas se enfrentan constantemente a estreses abióticos y bióticos los cuales han sido estudiados mayoritariamente de forma individual aun cuando un estrés podría afectar la respuesta de la planta frente a otro estrés. Se ha demostrado que la respuesta inmune de las plantas puede regularse postranscripcionalmente mediante la actividad de los microARNs (miARNs). Existe poca información disponible sobre los miARN que participan en la interacción entre las vías de señalización inducidas por patógenos y la señalización por nutrientes en las plantas. El fósforo es un nutriente esencial para el crecimiento y desarrollo de las plantas, asimilable en forma de fosfato inorgánico (Pi). El uso abusivo de fertilizantes basados en Pi ha llevado a un exceso de Pi en muchos ecosistemas. A nivel molecular, se ha realizado un gran esfuerzo para comprender cómo las plantas se adaptan a las condiciones limitantes de Pi a través de la llamada “Phosphate Starvation Response” (PSR). El tema principal de esta tesis se centra en la investigación de la interacción que existe entre la homeostasis del Pi y la respuesta inmune en Arabidopsis (Capítulo I y Capítulo II) y el arroz (Capítulo III). El Capítulo I describe la función de miR399 y su gen diana PHO2 (PHOSPHATE2) en la homeostasis del fosfato y la resistencia a enfermedades en Arabidopsis. El crecimiento de plantas en alto Pi, la sobreexpresión de miR399 y la mutación del gen PHO2, conduce a un mayor contenido de Pi y a una mayor resistencia a P. cucumerina y C. higginsianum. Esta resistencia viene acompañada de una mayor producción de ROS, una mayor expresión de genes relacionados con el ácido salicílico (SA) y ácido jasmónico (JA) y mayores niveles de SA y JA en estas plantas. También se ha observado una regulación opuesta de las dos ramas de la vía de señalización del JA, las ramas ERF1/PDF1.2 y MYC2/VSP2, en plantas de alto contenido en Pi. Estos hallazgos respaldan que miR399 desempeña un papel positivo en la regulación de la respuesta inmune en Arabidopsis. El Capítulo II describe el impacto de alterar la expresión de MIR827 y su gen diana NLA (NITROGEN LIMITATION ADAPTATION) en la respuesta de defensa en plantas de Arabidopsis. Líneas sobreexpresoras del miR827 y el mutante nla sobreacumularon fosfato y fueron más resistentes a la infección por P. cucumerina. Las plantas nla y las plantas de Arabidopsis crecidas en alto fosfato muestran una mayor deposición de callosa y producción de ROS. En ausencia de infección, los genes de las vías de señalización de SA y JA se inducen en las plantas nla en comparación con plantas de tipo salvaje, así como la acumulación de SA y JA y la fitoalexina camalexina. Estos resultados apoyan que NLA regula negativamente las respuestas de defensa en Arabidopsis. El Capítulo III describe la contribución de miR827 en la regulación de la homeostasis del Pi y la resistencia a enfermedades en arroz. Líneas mutantes para miR827 editadas con la tecnología CRISPR/Cas9 junto con plantas sobreexpresoras de miR827 se utilizaron en ensayos frente a Magnaporthe oryzae. En comparación con las plantas de tipo silvestre, las plantas CRISPR-miR827 y las plantas de arroz sobreexpresoras del miR827 mostraron un contenido de Pi más bajo y más alto, respectivamente, y una mayor y menor resistencia frente a M. oryzae. La técnica de 31P-HR-MAS, permitió detectar diferencias en la distribución de Pi entre vacuola y citosol para todas las plantas mutantes. Estos hallazgos demuestran que no solo el contenido total de Pi, sino también la alteración en la distribución subcelular de Pi podría impactar en la resistencia a la infección por el hongo M. oryzae en arroz.

Fecha de lectura	8 oct 2021
Idioma original	Inglés
Supervisor	San Segundo de los Mozos Blanca (Tutor/a) & Mireia Bundo Barbera (Director/a)