Estudio del modo de acción del α-terpineol y su relación con la respuesta defensiva mediada por ácido salicílico en plantas de tomate frente a la bacteria Pseudomonas syringae

Abstract

[ES] En respuesta a un estrés biótico, las plantas sintetizan compuestos que limitan el crecimiento de los patógenos. Estos compuestos pueden actuar de forma indirecta, como moléculas señal activando las defensas vegetales. Tal es el caso de algunos compuestos orgánicos volátiles (VOCs). Un análisis metabolómico no dirigido permitió la identificación de varios VOCs diferenciales, tales como el monoterpenoide hidroxilado α-terpineol, emitidos por las plantas de tomate de la variedad ‘Rio Grande’ en respuesta a una infección avirulenta causada por la bacteria Pseudomonas syringae pv tomato (Pst; López-Gresa et al., 2017). Asimismo, se comprobó que plantas transgénicas 35S:MTS1, que sobre-expresan la monoterpeno sintasa MTS1, sobre-producen monoterpenoides hidroxilados, tales como el α-terpineol. A su vez, dichas plantas emiten menores niveles de metil-salicilato, un derivado del ácido salicílico (SA) que es la principal hormona implicada en estreses de tipo biótico (Minguillón, 2018). Dichos resultados sugerían una posible relación entre la ruta de los monoterpenoides y la del SA. En este Trabajo Fin de Máster hemos profundizado en el estudio del modo de acción del α-terpineol. Se ha comprobado que este compuesto es capaz de provocar el cierre estomático de forma independiente al SA, activar la transcripción de los genes encargados de codificar proteínas defensivas, aumentar la resistencia frente a infecciones con Pst y alterar los niveles de etileno en plantas de tomate. Estos resultados confirman el papel fundamental de los monoterpenoides en la activación de la respuesta defensiva en plantas de tomate y apoyan la importancia de los VOCs en la resistencia frente a enfermedades. Por otra parte, se ha comprobado que existe una conexión entre la vía del metileritrol fosfato (MEP), de la que derivan los monoterpenoides, y la ruta del SA, mediante estudios de expresión diferencial de genes, de acumulación de metabolitos, de apertura estomática y de resistencia frente a Pst en plantas transgénicas que presentan niveles alterados de emisión de α-terpineol (35S:MTS1 y RNAi:MTS1). Dicha conexión podría ocurrir a través del 2-C-metil-d-eritritol-2,4-ciclodifosfato (MEcPP), que produciría la activación del gen ICS, que codifica la enzima implicada en la biosíntesis del 90% del SA en las plantas, puesto que empleando un inhibidor de la ruta MEP se ha observado la inhibición de la expresión de dicho gen. Los resultados del presente Trabajo de Fin de Máster parecen indicar que existe un cross- talk negativo entre la respuesta defensiva mediada por los monoterpenoides y la mediada por SA. De esta forma, tratamientos exógenos con α-terpineol mejoran la resistencia de plantas de tomate frente a Pst, mientras que la modificación de la producción endógena de monoterpenoides lleva consigo una alteración en los niveles de SA, produciendo efectos contrarios sobre la respuesta defensiva.

[En] Under biotic stress, plants synthesize compounds that interfere with pathogens growth. They can act indirectly as signaling molecules, triggering defensive responses. Volatile organic compounds (VOCs) belong to this group. Using a non targered metabolomic analysis we identified VOCs that were differentially emitted by ‘Rio Grande’ tomato variety in respond to an avirulent infection with Pseudomonas syringae pv tomato, including the hydroxylated monoterpenoid α-terpineol (Pst; López-Gresa et al., 2017). Furthermore, we confirmed that transgenic plants 35S:MTS1 overexpressing the monoterpene synthase MTS1 overproduced hydroxylated monoterpenoids such as α-terpineol. Besides, these plants emitted lower levels of methyl salicilate which is implicated in biotic strees (Minguillón, 2018). These results suggest a connection between the monoterpenoids and the salicylic acid (SA) biosynthesis pathway. This Project has the aim to identify the mode of action of α-terpineol. We observed that treatments with this compound close the stomata in a SA-independent manner, activate the transcription of defensive genes, and enhance the resistance upon a virulent infection with Pst. These results confirm the key role of monoterpenoids in the activation of the defensive respond and support the importance of VOCs in the resistance of plants. Moreover, we proved that there is a connection between the MEP pathway, leading to the production of monoterpenoids, and the biosynthesis of SA. For this purpose, we performed analysis of differential expression of genes, metabolomics analysis, stomata aperture analysis and resistance test in transgenic plants with altered levels of monoterpenoids (35S:MTS1 and RNAi:MTS1). This connection could be caused through the MEcPP-dependent activation of ICS, the key gene for SA biosynthesis. Thus, we observed a possible cross-talk between the production of monoterpenoids and the main hormone of the plants defensive response SA. Chemical treatment with α- terpineol improve the tomato plant resistance upon a virulent infection whilst the modification of the monoterpenoid endogenous production produces an alteration in SA levels causing contrary effects in the defensive response.