Estudio del papel de la ruta de las oxilipinas en la interacción tomate-Pseudomonas syringae

Abstract

[EN] In response to a biotic stress, plants synthesize defensive compounds that limit the growth of pathogens. These compounds can act directly on the pathogen, avoiding their growth, or in an indirect manner, acting as plant defense signal molecules. In the latter group of compounds oxylipins can be found, being signaling molecules derived from free fatty acids, mainly linoleic acid. The key step in the oxylipin biosynthesis consists of the oxidation of fatty acids by lipoxygenases (LOX). This oxidation produces an intermediary metabolite that is a common substrate for the lyase hydroperoxide (HPL), which leads to the synthesis of the so-called Green Leaf Volatiles (GLVs), and the allene oxide synthase (AOS), which implies the synthesis of jasmonic acid (JA). It has been described that GLVs are differentially emitted by tomato plants that effectively resist an infection caused by hemibiotrophic pathogens, such as the bacterium Pseudomonas syringae (Pst). Additionally, some of them produce the defensive response activation and the stomatal closure, increasing the resistance of the plant against Pst. Therefore, GLVs could be considered as defensive response signaling molecules against hemibiotrophic pathogens. In this project tomato plants obtained in our laboratory by CRISPR-Cas9 technology with a knockout AOS gene (CRISPR_AOS12.1) has been studied and characterized. Specifically, it has been performed the chemical, molecular and phenotypical characterization of the CRISPR_AOS12.1 tomato plants against Pst infection. The AOS mutation would produce the redirection of the precursors belonging to the oxylipin route to the synthesis of GLVs, consequently reducing the levels of JA. On the other hand, JA is a defensive response signal molecule against insects, wound and necrotrophic pathogens. Its accumulation in the plant leads to the synthesis of the so-called protease inhibitors (PIs) that inhibit the digestive tract enzymes from insects, limiting their growth and development. In this project tomato plants overexpressing the TCI21 protease inhibitor (OE:TCI21), which are involved in the JA defense response, have been studied. There are evidence indicating that PIs could also play an important defensive role against hemibiotrophic-caused stresses, such as the Pst infection. Consequently, in this project, a TCI21 differential expression study in different defense contexts has been studied, as well as the OE:TCI21 transgenic plant resistance against Pst, aiming to elucidate the defensive role of these proteins against bacteria. The current TFG is highly related to the Sustainable Development Goals (ODS) 2, 12, 13 and 5 from the 2030 Agenda

[ES] En respuesta a un estrés biótico, las plantas sintetizan compuestos defensivos que limitan el crecimiento de los patógenos. Estos compuestos pueden actuar de forma directa sobre el patógeno impidiendo su crecimiento o, de forma indirecta, actuando como moléculas señal de las defensas vegetales. En este segundo grupo de compuestos se encuentran las oxilipinas, moléculas señal derivadas de los ácidos grasos libres, principalmente del ácido linoleico . El paso fundamental para la biosíntesis de oxilipinas consiste en la oxidación del ácido graso por medio de las lipooxigenasas (LOX). Dicha oxidación da lugar a un metabolito intermediario que podrá seguir dos rutas: y (i) la ruta de la hidroperóxido liasa (HPL) que conlleva la síntesis de los denominados volátiles de hoja verde (Green Leaf Volatiles; GLVs) y (ii) la ruta de la aleno óxido sintasa (AOS), que da lugar a la síntesis de ácido jasmónico (JA).

Se ha descrito que los GLVs se emiten de manera diferencial por plantas de tomate que resisten eficazmente una infección causada por patógenos biótrofos como la bacteria Pseudomonas syringae (Pst). Asimismo, algunos de ellos producen la activación de la respuesta defensiva y el cierre estomático, aumentando así la resistencia de la planta frente a Pst. Por lo tanto, los GLVs podrían considerarse como moléculas señal de la respuesta defensiva frente a patógenos biotrofos. En este trabajo se han estudiado y caracterizado plantas transgénicas de tomate portadoras de una construcción CRISPR_AOS. La mutación de AOS produciría la redirección de los precursores de la ruta de las oxilipinas hacia la síntesis de GLVs, con la consiguiente reducción de los niveles de JA. En particular, se ha llevado a cabo la caracterización fenotípica, química y molecular de las plantas de tomate CRISPR_AOS frente a una infección con Pst.

Por otra parte, el JA es una molécula señal de la respuesta defensiva frente a insectos, herida y patógenos necrotrofos. Su acumulación en la planta lleva consigo la síntesis de los denominados inhibidores de proteasas (PIs) que inhiben los enzimas del tracto digestivo de los insectos, limitando así su crecimiento y desarrollo. En este trabajo se han estudiado plantas que sobreexpresan el inhibidor de proteasas TCI21 (OE:TCI21), implicadas en la respuesta defensiva del JA. Se tienen evidencias que indican que los PIs podrían también jugar un papel defensivo frente a estreses causados por patógenos biótrofos, como la infección por Pst. Por lo que, en este trabajo se ha realizado un estudio de la expresión diferencial de TCI21 en diferentes contextos defensivos y se ha estudiado la resistencia de las plantas transgénicas OE:TCI21 frente a Pst, con la finalidad de elucidar el papel defensivo de estas proteínas frente a bacterias.