Evaluación de la producción espacio-temporal de ROS, respuesta sistémica y expresión diferencial de genes en plantas de Arabidopsis afectadas en el catabolismo citoplasmático de espermina

Abstract

El proceso evolutivo en las plantas les ha permitido desarrollar diferentes mecanismos y estrategias de defensa en contra de patógenos, estableciendo una respuesta inmune de manera eficiente e inclusive promoviendo una inmunidad a largo plazo para futuras infecciones. Uno de los mecanismos de defensa es la respuesta hipersensible (HR), un tipo de muerte celular que se induce como el resultado de la detección de un elicitor en el sitio de infección. La HR se caracteriza por la limitación de los nutrientes al patógeno, así como la producción de especies reactivas del oxígeno (ROS) y ácido salicílico (SA). La resistencia sistémica adquirida (SAR) es considerada un tipo de resistencia en contra de futuras infecciones. Como resultado de una infección primaria, una serie de señales son sintetizadas y transmitidas al tejido no infectado promoviendo una inmunidad a largo plazo. Las poliaminas (PAs) son moléculas alifáticas de bajo peso molecular implicadas en diferentes procesos fisiológicos y en la defensa vegetal. El catabolismo de PAs es mediado por diferentes enzimas como la poliamina oxidasas (PAOs) que contribuyen en la formación del H2O2. El objetivo de este trabajo fue conocer la importancia del gen AtPAO1 de Arabidopsis thaliana, implicada en el catabolismo citoplasmático de PAs en el establecimiento de la HR y la SAR en respuesta a Pseudomonas syringae. Plantas Atpao1-1 infectadas con la cepa avirulenta tuvieron una menor muerte celular y perdida de iones, indicando una activación temprana de genes vinculados al establecimiento de la HR en comparación a Col-0. Plantas del ecotipo silvestre Col-0 establecieron una SAR como resultado de un priming mientras que la mutante Atpao1-1 y la sobreexpresora 35S::AtPAO1-L9 tuvieron títulos bacterianos reducidos previo a un priming con Pst; ambas líneas presentaron una SAR y una menor cantidad de UFC con respecto a Col-0. Una de las señales móviles implicadas en el establecimiento de la SAR son las ROS. La acumulación del H2O2 y del O2 .- fue evidente en los sitios de infección y en tejido distal. El uso de plantas sensoras Col-0-HyPer demostraron que cada una de las PAs aplicadas de manera exógena tiene un tipo particular de respuesta. Estos resultados indican que el catabolismo de PAs mediado por el gen AtPAO1 contribuye al establecimiento eficiente de respuestas inmunes a corto y largo plazo como la HR y la SAR.

The evolutionary process of plants has allowed them to develop different defense mechanisms and strategies against pathogens, establishing an efficient immune response and even promoting long-term immunity for future infections. One type of defense is the hypersensitive response (HR), a type of cell death induced by detecting an elicitor at the site of infection. The HR is characterized by nutrient limitation to the pathogen, and the production of reactive oxygen species (ROS) and salicylic acid (SA). The systemic acquired response (SAR) is a resistance against future infections. As a result of a primary infection, a series of signals are synthesized and transmitted to uninfected tissue promoting long-term immunity. Polyamines (PAs) are low molecular weight aliphatic molecules involved in different physiological processes and plant defense. PAs catabolism is mediated by various enzymes such as polyamine oxidases (PAOs) that contribute to H2O2 formation. This work aims to know the importance of the AtPAO1 gene of Arabidopsis thaliana, involved in the cytoplasmic catabolism of PAs in the establishment of HR and SAR in response to Pseudomonas syringae. Plants of the wild-type Col-0 ecotype established a SAR because of priming while the Atpao1-1 mutant and the 35S::AtPAO1-L9 overexpression had reduced bacterial titers prior to priming with Pst; both lines had a SAR and a lower CFU count relative to Col-0. One of the mobile signals involved in SAR establishment is reactive oxygen species (ROS). The accumulation of H2O2 and O2 .- was evident at infection sites and in distal tissue. Atpao1-1 plants infected with the avirulent strain had lower cell death and ion loss, indicating earlier activation of genes linked to HR establishment compared to Col-0. Using Col-0-HyPer sensing plants demonstrated that each of the exogenously applied PAs has a particular type of response. Our results indicate that AtPAO1 gene-mediated catabolism is an important contributor to establishing of short- and long-term immune responses such as HR and SAR.