Estudio del papel de THT y TWI1 en la alteración del volatiloma de plantas de tomate en respuesta al daño mecánico por herida

Abstract

[ES] Se ha descrito que los genes THT y TWI1, implicados en el metabolismo de las amidas de los ácidos hidroxinámicos (HCAAs) y los flavonoides, respectivamente se inducen en respuesta a situaciones de estrés. Específicamente, la última etapa de la biosíntesis de las HCAAs está catalizada por la enzima tiramina hidroxicinamoil transferasa (THT) (Zacarés et al., 2007). Por otra parte, la mayoría de los flavonoides suelen acumularse en forma de glicoconjugados, por acción de las glicosiltransferasas. En particular, la glicosiltransferasa TWI1 muestra actividad in vitro frente a los flavonoides quercetina y kaempferol. Tanto THT como TWI1 están implicados en los mecanismos defensivos de las plantas frente a patógenos, ya que las plantas de tomate que sobre expresan THT (35S::THT) son más resistentes a la bacteria Pseudomonas syringae (Campos et al., 2014), mientras que las plantas de tomate que silencian TWI1 (RNAi_Twi1) son más susceptibles al virus del marchitamiento manchado del tomate (Campos et al., 2019). En nuestro laboratorio, además de estudiar la respuesta de estas plantas (35S::THT y RNAi_Twi1) frente a estrés biótico, hemos analizado su respuesta frente al daño mecánico por herida. Resultados previos indican que tanto THT como TWI1, se inducen en respuesta a herida y además de forma específica. Por una parte, se observó una menor inducción de los genes que responden a herida en las plantas transgénicas 35S::THT debido al engrosamiento de su pared celular que provoca la deposición de las amidas. Sin embargo, las plantas transgénicas RNAi_Twi1 mostraron una mayor inducción de estos genes, sugiriendo que la glicosilación de los sustratos de Twi1, podría reprimir esta respuesta (Martín et al., 2021). En respuesta a situaciones de estrés, como una herida, las plantas desencadenan la liberación de una serie de Compuestos Orgánicos Volátiles (VOCs), que desempeñan un papel fundamental en su propia defensa y en la de las plantas vecinas. Con el fin de estudiar el posible papel de THT y TWI1 en la comunicación inter planta al inducir un daño mecánico por herida, se llevará a cabo un estudio metabolómico que nos permita identificar los VOCs diferencialmente emitidos por las plantas de tomate transgénicas 35S:: THT y RNAi_Twi1 que responden de diferente manera a este tipo de estrés. Por último, se realizará una caracterización del fenotipo de estas líneas en respuesta a la herida.

[EN] The genes THT and TWI1, involved in the metabolism of hydroxycinnamic acid amides (HCAAs) and flavonoids, respectively, have been described to be induced in response to stress situations. Specifically, the final stage of HCAAs biosynthesis is catalyzed by the enzyme tyramine hydroxycinnamoyl transferase (THT) (Zacarés et al., 2007). On the other hand, most flavonoids usually accumulate in the form of glycoconjugates, through the action of glycosyltransferases. In particular, the glycosyltransferase TWI1 shows in vitro activity against the flavonoids quercetin and kaempferol. Both THT and TWI1 are involved in plant defense mechanisms against pathogens, as tomato plants overexpressing THT (35S::THT) are more resistant to the bacterium Pseudomonas syringae (Campos et al., 2014), while tomato plants silencing TWI1 (RNAi_Twi1) are more susceptible to Tomato spotted wilt virus (Campos et al., 2019). In our laboratory, in addition to studying the response of these plants (35S::THT and RNAi_Twi1) to biotic stress, we have analyzed their response to mechanical wound damage. Previous results indicate that both THT and TWI1 are induced in response to wound and in a specific manner. On one hand, a lower induction of wound-responsive genes was observed in 35S::THT transgenic plants due to the thickening of their cell wall caused by the deposition of amides. However, RNAi_Twi1 transgenic plants showed a higher induction of these genes, suggesting that the glycosylation of Twi1 substrates could suppress this response (Martín et al., 2021). In response to stress situations, such as a wound, plants trigger the release of a series of volatile organic compounds (VOCs), which play a fundamental role in their own defense and that of neighboring plants. In order to study the possible role of THT and TWI1 in inter-plant communication by inducing mechanical wound damage, a metabolomic study will be carried out to identify the VOCs differentially emitted by 35S::THT and RNAi_Twi1 transgenic tomato plants that respond differently to this type of stress. Finally, a characterization of the phenotype of these lines in response to the wound will be performed.