Phosphate as a molecular switch in growth–immunity tradeoffs: Insights via phosphite treatment, gene editing, and biosensing

Resumen

Las plantas enfrentan constantemente un equilibrio entre crecimiento y defensa, especialmente bajo condiciones ambientales variables y disponibilidad limitada de nutrientes. Entre los macronutrientes, el fósforo, absorbido principalmente como fosfato inorgánico (Pi), es esencial no solo para el desarrollo vegetal, sino también como regulador de las respuestas inmunitarias. Diversos estudios han demostrado que los desequilibrios nutricionales afectan la resistencia a enfermedades. Esta tesis investiga la relación entre la homeostasis del fosfato y la inmunidad en arroz (Oryza sativa), utilizando enfoques genéticos, químicos, moleculares y de biosensado. Para obtener perspectivas comparativas, también se realizaron estudios paralelos en Arabidopsis thaliana, modelo dicotiledóneo ampliamente usado junto al arroz como modelo monocotiledóneo en genómica funcional. En el Capítulo 1, se utilizó el fosfito (Phi), un análogo no metabolizable del Pi, como herramienta para estudiar la señalización fosfato-dependiente en arroz y Arabidopsis. Bajo condiciones de Pi suficiente y alto, el tratamiento con Phi mejoró la resistencia frente a los hongos Magnaporthe oryzae (arroz) y Plectosphaerella cucumerina (Arabidopsis), revirtiendo la susceptibilidad causada por exceso de Pi en arroz y por deficiencia de Pi en Arabidopsis. El análisis transcriptómico en arroz mostró que Phi inducía genes de defensa como los relacionados con patogénesis (PR), el metabolismo secundario y barreras estructurales. Además, Phi alteró la expresión de genes sensibles al Pi, como los que codifican proteínas SPX y factores de transcripción PHR, apoyando su papel como modulador de señalización. Estos resultados destacan el valor de Phi como bioestimulante, agente de defensa y herramienta de investigación. El Capítulo 2 se centra en la edición genética de dos transportadores de Pi, OsPT1 y OsPT8, mediante CRISPR-Cas9. OsPT1, expresado bajo condiciones de Pi suficiente, suprime las respuestas inmunitarias basales. Las líneas mutantes mostraron menor acumulación de Pi en los brotes y mayor resistencia a M. oryzae, con aumento de OsPHO2 y OsPT8. Por su parte, OsPT8, inducido por deficiencia de Pi, también reguló negativamente la inmunidad, pero de forma dependiente del contexto nutricional. Ambos genes afectaron la expresión de marcadores de defensa como OsPBZ1 y OsPR1a, lo que sugiere que la disponibilidad de Pi y la actividad de los transportadores moldean la respuesta inmunitaria. Estos resultados posicionan a OsPT1 y OsPT8 como reguladores del equilibrio entre crecimiento y defensa y como posibles dianas para mejorar variedades más resistentes y eficientes en el uso de nutrientes. En el Capítulo 3, se utilizaron biosensores FLIPPi para visualizar la dinámica del Pi citosólico en raíces vivas de arroz y Arabidopsis. Estos sensores basados en FRET mostraron que los niveles de Pi varían en respuesta al suministro externo, a hormonas de defensa, elicitores inmunitarios y Phi. La deficiencia de Pi elevó las razones FRET, mientras que la aplicación de Pi o elicitores redujo dichos valores. La alta resolución del sistema FLIPPi confirmó que la homeostasis de Pi está estrechamente vinculada a la activación inmunitaria, como también fue validado por datos fisiológicos de contenido libre de Pi. En conjunto, esta tesis proporciona un análisis integral de cómo el estado del fosfato regula el crecimiento y la defensa en plantas. A través de tratamiento químico, edición génica y biosensado en tiempo real, se ofrecen nuevas perspectivas sobre la interacción entre nutrición e inmunidad, con aplicaciones potenciales en agricultura sostenible.

Fecha de lectura	30 jul 2025
Idioma original	Inglés
Supervisor	Blanca San Segundo de los Mozos (Director/a)