Catabolismo de poliaminas mediado por AtPAO1, miRNAs e inmunidad vegetal en el patosistema Arabidopsis-Pseudomonas

Abstract

Las plantas poseen mecanismos moleculares complejos de defensa frente a patógenos, regulados por cascadas de señalización en las que las poliaminas, moléculas policatiónicas esenciales, actúan como mediadores clave de la respuesta al estrés. Aunque el catabolismo de poliaminas es fundamental para la inmunidad vegetal, su relación con la regulación postranscripcional mediada por miRNAs sigue siendo poco conocida. Este estudio tuvo como objetivo caracterizar miRNAs y genes blancos asociados a la defensa en la línea mutante Atpao1 1 de Arabidopsis thaliana, que presenta una deficiencia en el catabolismo citoplásmico de la espermina (Spm). Se utilizaron plantas silvestres (WT) y la mutante Atpao1-1, de 15 días, inoculadas con Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst), suplementadas con Spm, o bien en cotratamientos de Spm + Pst. Los análisis de expresión relativa revelaron que la alteración del catabolismo en Atpao1-1 se asocia a una reprogramación transcripcional que afecta principalmente la expresión de miRNAs y de genes que codifican proteínas implicadas en rutas hormonales, en el estado redox y en la respuesta de susceptibilidad. En particular, la menor expresión de genes como CYP710A1, ATGRXS13, AAO1 y AtNAC6 en Atpao1-1 después de la infección, en contraste con su expresión en la WT, sugiere que la inhibición de estos factores, posiblemente de susceptibilidad, favorece la resistencia de la mutante Atpao1-1 frente a Pst. De manera interesante, la suplementación con Spm indujo la expresión de los miRNAs ath-miR5658, ath-miR5631 y ath miR159a en el fondo mutante Atpao1-1, pero no en la WT. Por otro lado, la Spm indujo la expresión de los genes ATGRXS13, MYB33, RPS5 y TIR1 únicamente en la WT. El análisis de correlación de Spearman mostró en la WT correlaciones negativas entre RPS5–ath-miR472, TIR1 ath-miR393 y PARG2–ath-miR408-5p; esas asociaciones se perdieron en la línea mutante Atpao1 1. Los pares AAO1–ath-miR5631 y CYP710A1–ath-miR159b-5p mostraron patrones inversos entre WT y la mutante Atpao1-1. En conjunto, este trabajo amplía la comprensión de cómo el catabolismo de poliaminas afecta la inmunidad vegetal, revelando una interacción compleja entre la degradación de estas moléculas y la expresión de genes de defensa y de susceptibilidad.

Plants possess complex molecular defense mechanisms against pathogens, regulated by signaling cascades in which polyamines, essential polycationic molecules, act as key mediators of the stress response. Although polyamine catabolism is fundamental to plant immunity, its relationship with miRNA-mediated post-transcriptional regulation remains poorly understood. This study aimed to characterize miRNAs and their target genes associated with defense in the Atpao1-1 mutant line of Arabidopsis thaliana, which exhibits a deficiency in cytoplasmic spermine (Spm) catabolism. Wild-type (WT) and Atpao1-1 15-day-old plants were used, following inoculation with Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst), supplementation with Spm, or Spm + Pst co-treatments. Relative expression analyses revealed that altered polyamine catabolism in Atpao1-1 is associated with transcriptional reprogramming that primarily affected miRNA expression and genes encoding proteins involved in hormonal pathways, redox homeostasis, and susceptibility responses. In particular, the lower expression of genes such as CYP710A1, ATGRXS13, AAO1, and AtNAC6 in Atpao1-1 following infection, compared with their expression in the WT, suggests that the reduced expression of these genes, which may function as susceptibility factors, contributes to the enhanced resistance of the Atpao1-1 mutant to Pst. Interestingly, Spm supplementation induced the expression of ath-miR5658, ath-miR5631, and ath-miR159a in the Atpao1-1 mutant background, but not in the WT. Conversely, Spm induced the expression of ATGRXS13, MYB33, RPS5, and TIR1 exclusively in the WT. Spearman correlation analysis identified negative correlations for the RPS5–ath-miR472, TIR1–ath-miR393, and PARG2–ath-miR408-5p pairs in the WT, whereas these associations were absent in the Atpao1-1 mutant. In contrast, the AAO1–ath-miR5631 and CYP710A1–ath-miR159b-5p pairs displayed opposite correlation patterns between the WT and Atpao1-1. Taken together, this work expands the understanding of how cytoplasmic polyamine catabolism impacts plant immunity, revealing a complex interaction between polyamine oxidation and the expression of defense and susceptibility genes.