Interacción tomate-viroide: estudio del papel del snoRNA U3 y caracterización del volatiloma.

Abstract

[ES] Los viroides están constituidos por RNA circular de pequeño tamaño, no codificante, estructurado y monocatenario, pudiéndose considerar como los agentes infecciosos vegetales más pequeños conocidos hasta la fecha. En nuestro laboratorio se ha descrito que, entre otras muchas alteraciones, el viroide de la exocortis de los cítricos (CEVd) produce en plantas de tomate un fallo en el procesamiento del RNA ribosomal (rRNA) que lleva consigo un estrés ribosomal (Cottilli et al., 2019). Asimismo, se ha descrito que los viroides, producen la redistribución del small nucleolar RNA U3 (snoRNA U3; Qi and Ding, 2003), que parece ser necesario para el procesamiento de los rRNAs. Con el fin de estudiar la posible relación entre la redistribución de este snoRNA, el fallo en el procesamiento del rRNA causado por viroides y la sintomatología viroidal, en nuestro laboratorio hemos generado plantas transgénicas de tomate que sobre-acumulan snoRNA U3. Por otra parte, hemos descrito que el ácido salicílico (SA) juega un papel importante en la defensa del tomate contra el CEVd ya que las plantas transgénicas de tomate que acumulan niveles más bajos de SA, a través de la sobreexpresión de un gen bacteriano de la salicilato hidroxilasa (NahG), son más susceptibles (López-Gresa et al., 2016), mientras que las plantas transgénicas de tomate que acumulan niveles más altos de SA, a través del silenciamiento de la salicilato 5-hidroxilasa (RNAi_S5H), son más resistentes al CEVd (Payá et al., 2022). Aparte del SA, otros metabolitos secundarios producidos tras la infección por CEVd, conocidos como los Compuestos Orgánicos Volátiles (VOCs), pueden liberarse a la atmósfera para desempeñar un papel importante en la comunicación de la planta. En el presente TFM se pretende profundizar en la patogénesis viroidal mediante dos aproximaciones distintas. Por una parte, se ha explorado el papel del snoRNA U3, mediante el estudio de su acumulación tras la infección viroidal, el análisis de la influencia de su acumulación sobre el tamaño del nucleolo, así como mediante la caracterización molecular y fenotípica de líneas transgénicas OE::snoRNAU3. Asimismo, se ha realizado un estudio de metabolitos volátiles mediante cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) tanto en plantas transgénicas NahG como RNAi_S5H tras la infección por el viroide, con el fin de identificar VOCs diferenciales asociados a la susceptibilidad o a la resistencia del tomate al CEVd. Además, se ha iniciado el desarrollo de un nuevo sistema modelo en cultivos celulares que podrá ser utilizado como herramienta para futuros estudios sobre la patogénesis viroidal.

[EN] Viroids consist of small, structured, single-stranded circular RNA molecules that are non-coding, and they can be considered the smallest known infectious agents in plants to date. In our laboratory, it has been described that, among many other alterations, citrus exocortis viroid (CEVd) induces a failure in ribosomal RNA (rRNA) processing in tomato plants, leading to ribosomal stress (Cottilli et al., 2019). Additionally, it has been noted that viroids cause the redistribution of U3 small nucleolar RNA (U3 snoRNA; Qi and Ding, 2010), which seem to be necessary for rRNA processing. To study the potential relationship between the redistribution of this snoRNA, viroid-induced rRNA processing failure, and viroid symptoms, our laboratory has generated transgenic tomato plants that over-accumulate this snoRNAs. Furthermore, we have been reported that salicylic acid (SA) plays a crucial role in tomato defense against CEVd. Transgenic tomato plants with lower SA levels, achieved through the overexpression of a bacterial salicylate hydroxylase gene (NahG), are more susceptible (López-Gresa et al., 2016), while those with higher SA levels, via silencing of salicylate 5-hydroxylase (RNAi_S5H), are described as more resistant to CEVd (Payá et al., 2022). Apart from SA, other secondary metabolites produced after CEVd infection, known as Volatile Organic Compounds (VOCs), can be released into the atmosphere to play an important role in plant communication. This Master's Thesis aims to delve into viroidal pathogenesis through two different approaches. On the one hand, the role of U3 snoRNA has been explored, through the study of its accumulation after viroidal infection, the analysis of the influence of its accumulation on the size of the nucleolus, as well as through the molecular and phenotypic characterization of OE::U3snoRNA transgenic lines. Additionally, a study of volatile metabolites will be carried out by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) in both NahG and RNAi_S5H transgenic plants after infection by the viroid, in order to identify differential VOCs associated with tomato susceptibility or resistance to CEVd. In addition, the development of a new model system in cell cultures has been performed that can be used as a tool for future studies on viroidal pathogenesis.