Estudio de la función de Twi1 y THT en la respuesta a herida en plantas de tomate

Abstract

[ES] Los metabolitos secundarios juegan un papel muy importante en la defensa de las plantas. Estos compuestos sintetizados por las plantas incluyen terpenos, alcaloides y compuestos fenólicos. Los compuestos fenólicos provienen de la ruta del shikimato e incluyen a los fenilpropanoides, compuestos que participan en la respuesta defensiva de plantas frente a patógenos e insectos. Los ácidos hidroxicinámicos (HCA) y los flavonoides son dos tipos de fenilpropanoides que resultan importantes para este trabajo. Se ha descrito que plantas transgénicas de tomate que sobre-expresan el enzima tiramina hidroxicinamoil transferasa (35::THT), que participa en la ruta de biosíntesis de amidas del ácido hidroxicinámico (HCAAs), son más resistentes a la bacteria Pseudomonas syringae pv tomato (Campos et al., 2014). Las HCAAs, derivadas de los HCA, tienen un papel importante en la defensa de la planta, al igual que los flavonoides. La mayoría de los flavonoides en plantas superiores se pueden acumular en forma de glicoconjugados. La glicosilación es una de las modificaciones más comunes de los metabolitos secundarios y se lleva a cabo mediante unas enzimas denominadas glicosiltransferasas. Se ha demostrado que la glicosiltransferasa de tomate inducida por herida, Twi1 (Tomato Wound Induced 1) muestra actividad in vitro frente a los flavonoides quercetina y kaempferol. Asimismo, plantas transgénicas de tomate que tienen silenciada esta glicosiltransferasa (RNAi_Twi1) presentan una acumulación diferencial de sustratos y una mayor susceptibilidad al virus del bronceado del tomate (Campos et al., 2019). Puesto que tanto THT como Twi1 se inducen en plantas de tomate en respuesta a herida, en este Trabajo fin de Máster se estudia el papel que ambos genes, y sus correspondientes metabolitos asociados, pueden jugar en la respuesta de las plantas de tomate a este tipo de estrés. Para ello, se han llevado a cabo metodologías de caracterización fenotípica, molecular y química de las plantas transgénicas de tomate 35::THT y RNAi_Twi1 en respuesta a la herida. Con los resultados obtenidos, se sugiere que las plantas 35S::THT activan en menor medida la respuesta defensiva tras herir, ya que podrían ser más resistentes al daño mecánico mediante el refuerzo de la pared celular por parte de las HCAAs. Por otro lado, las plantas de tomate RNAi_Twi1 presentan una mayor inducción de genes en respuesta a herida, sugiriendo que la glicosilación de los sustratos de Twi1, como la quercetina, podría reprimir esta respuesta. El estudio de los niveles de acumulación de quercetina sugiere que la herida produce una disminución de los niveles de quercetina libre y total en plantas de tomate, mientras que el silenciamiento de Twi1 produce su aumento. Nuestros resultados parecen indicar que los genes THT y Twi1, que participan en el metabolismo de las HCAAs y los flavonoides, respectivamente, parecen jugar un papel en la respuesta defensiva a la herida.

[EN] Secondary metabolites play a very important role in the defense of plants. These compounds synthesized by plants include terpenes, alkaloids and phenolic compounds. Phenolic compounds come from the shikimate pathway and include phenylpropanoids, compounds that participate in the defensive response of plants against pathogens and insects. Hydroxycinnamic acids (HCA) and flavonoids are two types of phenylpropanoids important for this work. It has been described that transgenic tomato plants overexpressing the enzyme tyramine hydroxycinnamoyl transferase (35::THT), which participates in the hydroxycinnamic acid amide biosynthesis pathway (HCAAs), are more resistant to the bacterium Pseudomonas syringae pv tomato (Campos et al., 2014). HCAAs, derived from HCAs, and flavonoids play an important role in plant defense. Most of the flavonoids in higher plants can be accumulated as glycoconjugates. Glycosylation is one of the most common modifications of secondary metabolites and is carried out by enzymes called glycosyltransferases. It has been shown that the wound induced tomato glycosyltransferase, Twi1 (Tomato Wound Induced 1) shows in vitro activity against the flavonoids quercetin and kaempferol. Also, transgenic tomato plants silencing this glycosyltransferase (RNAi_Twi1) show differential accumulation of substrates, and increased susceptibility to tomato wilt virus (Campos et al., 2019). Since both THT and Twi1 are induced in tomato plants in response to injury, this work studies the role that both genes, and their corresponding associated metabolites, can play in the response of tomato plants in this type of stress. To this aim, phenotypic, molecular and chemical characterizations of 35::THT and RNAi_Twi1 tomato transgenic plants in response to injury have been carried out. Our results suggest that 35S::THT plants activate to a lesser extent the defensive response after wounding, since they could be more resistant to mechanical damage through the reinforcement of the cell wall by HCAAs. On the other hand, RNAi_Twi1 tomato plants showed a higher induction of genes in response to injury, suggesting that glycosylation of Twi1 substrates, such as quercetin, could suppress this response. The analysis of the quercetin levels appeared to suggest that wounding produces a decrease in the levels of free and total quercetin, while Twi1 silencing produces its increase. Our results suggest that THT and Twi1 genes, which are involved in the metabolism of HCAAs and flavonoids, respectively, seem to play a role in the defensive response to the wounding.