Contribución del transporte de poliaminas a la respuesta de defensa vegetal contra Botrytis cinerea.

Abstract

El estrés biótico modula la biosíntesis, la conjugación y el catabolismo de las poliaminas, lo que puede inducir la acumulación de especies reactivas de oxígeno y la activación de genes de defensa. A la fecha, la contribución del transporte de poliaminas a través de membranas en la respuesta al estrés ha sido poco estudiada. En el presente trabajo se estudió la familia génica PUT/LAT, que codifica proteínas de importe de poliaminas, con el objetivo de determinar su función en la defensa vegetal. El estudio se llevó a cabo utilizando la planta modelo Arabidopsis thaliana, ya que se cuenta con plantas mutantes de los genes PUT/LAT. Además, se utilizó la cepa fúngica de B. cinerea, debido a su importancia en el sector agronómico y por ser considerado un hongo fitopatógeno. Se observó que los cinco genes PUT/LAT (PUT1 a PUT5) incrementan su expresión en respuesta a B. cinerea. El análisis de mutantes insercionales de T-DNA de los cinco genes PUT de Arabidopsis en interacción con B. cinerea reveló que put2-1 y put5-1, así como la doble mutante put2-1 put5-1, son más susceptibles al hongo, lo que se refleja en un incremento del tamaño de la lesión. Aunque la suplementación con espermidina incrementa la resistencia en plantas silvestres, este tratamiento tuvo poco o nulo efecto en las mutantes put. En contraste, en líneas de sobreexpresión 35S::PUT2, la suplementación con espermidina incrementó significativamente la resistencia, lo que confirma que el transporte de esta poliamina contribuye a la defensa de la planta. En plantas silvestres, el contenido endógeno de espermidina se incrementó mediante la suplementación con espermidina, mientras que en las mutantes put2-1, put5-1 y put2-1 put5-1, la suplementación con espermidina tuvo poco impacto en el contenido endógeno de esta amina. Asimismo, la actividad de enzimas antioxidantes y la de PAO se incrementaron en plantas silvestres infectadas con B. cinerea, pero no se observaron cambios relevantes en las líneas mutantes put. Además, algunos genes marcadores de las vías del ácido salicílico y del etileno mostraron alteraciones en sus perfiles de expresión en la línea put2-1 en interacción con B. cinerea, lo que podría contribuir a su mayor susceptibilidad. En conjunto, estos resultados demuestran que el transporte de poliaminas mediado por PUT2 y PUT5 es clave en la respuesta de defensa de la planta frente a B. cinerea.

Biotic stress modulates polyamine biosynthesis, conjugation, and catabolism, which induces reactive oxygen species accumulation and the activation of defense genes. Up to now, the contribution of polyamine transport across membranes in the biotic stress response has been scarcely studied. In this work, we examined the PUT/LAT gene family, which encodes polyamine import proteins, to determine its role in plant defense using the Arabidopsis-Botrytis pathosystem. The study was conducted using the model plant Arabidopsis thaliana, as mutant plants of the PUT/LAT genes are available. Additionally, the fungal strain B. cinerea was used due to its importance in the agricultural sector and its classification as a phytopathogenic fungus. It was found that the expression of the five PUT/LAT genes (PUT1 to PUT5) increased in response to B. cinerea. Analysis of T-DNA insertional mutants of the five Arabidopsis PUT genes revealed increased susceptibility to B. cinerea in the put2-1 and put5-1 mutants, as well as in the double mutant put2-1 put5-1, with increased lesion size. Although spermidine supplementation increases resistance in WT plants, this treatment had little or no effect on the put mutants. Conversely, in 35S::PUT2 overexpression lines, spermidine supplementation increased resistance, confirming that the transport of this polyamine contributes to plant defense. Spermidine supplementation increased endogenous spermidine levels in the WT; however, the supplementation of spermidine in the put2-1, put5-1, and the double mutant had less effect on the endogenous content of this amine. Similarly, the activity of antioxidant enzymes and PAO activity augmented in WT plants infected with B. cinerea, whereas in the put mutants, no relevant changes were detected. Besides, in the put2-1 mutant line infected with B. cinerea, some marker genes of the salicylic acid and ethylene pathways showed alterations in their expression profiles, which could contribute to increased susceptibility to B. cinerea. In summary, this research highlights the importance of polyamine transport mediated by PUT2 and PUT5 in plant defense against B. cinerea.