Análisis integrado del metaboloma y del proteoma de plantas de tomate infectadas con Pseudomonas syringae

Abstract

[ES] Pseudomonas syringae es una bacteria causante de muchas enfermedades en el reino vegetal. Este patógeno tiene un amplio espectro de huéspedes y sus síntomas se manifiestan en las hojas, con unas manchas acuosas que pueden necrosar, frecuentemente rodeadas por un halo amarillo. La infección, en caso de que sea compatible, sucede cuando el patógeno penetra en la planta a través de estomas y heridas y es capaz de multiplicarse. El tomate de la variedad Rio Grande tiene el gen Pto, que ofrece resistencia al gen de avirulencia avrPto y avrPtoB presentes en P. syringae. Gracias a un reconocimiento específico entre los genes Pto de la planta y avrPto del patógeno, la infección es incompatible y la planta es capaz de defenderse antes de desarrollar los síntomas de la infección. Sin embargo, cuando se produce una deleción en los genes avrPto de la bacteria, este reconocimiento ya no sucede y la planta sufre los síntomas y desarrolla la enfermedad. Este sistema de reconocimiento gen a gen ofrece un buen modelo para comparar las similitudes y diferencias que comparten ambos tipos de infecciones, compatible e incompatible, a nivel de transcriptoma, metaboloma o proteoma. En este trabajo, mediante un análisis integrado del metaboloma y del proteoma de las plantas del tomate, se caracterizará la respuesta defensiva de esta planta frente a la infección por P. syringae. Todo ello, utilizando tres sistemas: (i) control, sin ningún tipo de interacción planta-patógeno; (ii) infección compatible, con una cepa de P. syringae con una deleción de sus genes avrPto, y (iii) infección incompatible, con la cepa salvaje de P. syringae. Para la identificación de los componentes implicados en la respuesta defensiva se parte de datos de concentración de los metabolitos y de las proteínas presentes en cada sistema. Un análisis estadístico multivariante para cada tipo de datos y un análisis integrado permitirá conocer los metabolitos y las proteínas con mayor relevancia en la respuesta frente a la infección. Por tanto, el objetivo de este estudio es proporcionar un método estadístico que permita conocer: (1) si existen diferencias significativas en el proteoma y el metaboloma de cada tipo de planta, (2) si las proteínas que se expresan diferencialmente en cada tipo de planta están relacionadas directamente con la respuesta que ofrece la planta a la infección, (3) qué metabolitos o rutas metabólicas emplea la planta para defenderse ante la infección por P. syringae, y (4) de qué forma es capaz la planta de tomate de defenderse del patógeno integrando en un solo análisis los datos metabolómicos y proteómicos.

[EN] Pseudomonas syringae is a bacterium source of several diseases in the Kingdom Plantae. This pathogen has a broad hosts spectrum and its symptoms are visible in the leaves, showing aqueous stains that can eventually necrose, frecuently surrounded by a yellow halo. Infection, in case this is compatible, occurs when the pathogen penetrates inside the plant through the stomas and wounds and it¿s able to multiply. Rio Grande tomato variety possess the Pto gene, which offers resistance against the virulence genes avrPto and avrPtoB, found in P. syringae. Due to a specific recognition between Pto genes in the plant and avrPto genes in the pathogen, the infection is incompatible and the plant is capable of defending itself prior to develop infection symptoms. However, when a deletion in bacterium¿s avrPto genes occurs, this recognition no longer happens and the plant suffers from these symptoms, therefore developing the disease. This gen-to-gen recognition system supposes a useful model to compare the similarities and differences that both compatible and incompatible infections share regarding the transcriptome, metabolome or proteome. In this work, through an integrated analysis of the metabolome and proteome of tomato plants, the tomato defensive response against P. syringae will be characterized. All of this will be identified by using three systems: (i) mock, absence of plant-pathogen interaction; (ii) compatible infection, with a P. syringae strain that owns a deletion in their avrPto genes, and (iii) incompatible infection, with the wild P. syringae strain. So as to identify the implicated components in the response, we will start off the data of the concentration of all the proteins and metabolites that are present in each type of plant. From a multivariate statistical analysis of each kind of data and an integrated analysis, we will get to know what metabolites and proteins have the major relevance in the response against the infection. Thus, the aim of this study is to provide a statistical method to identify: (1) whether significant differences among the metabolome of each type of plant exist, (2) whether the proteins that are differentially expressed in each type of plant are directly related with the response offered by the plant against the infection, (3) what specific metabolites or metabolic pathways are used by the plant in order to defend itself against the infection produced by P. syringae, and (4) in which way the plant defends itself through an integrated analysis of the metabolomic and proteomic data.