Función de OCP3 en la resistencia de Arabidopsis frente a hongos necrotrofos

Abstract

[EN] ocp3 mutant plants exhibit an accelerated and intensified callose deposition in response to infection by Botrytis cinerea or Plectosphaerella cucumerina. After phenotypic analysis of a series of double mutants ocp3 we observed that both, the increase callose deposition and resistance, require PMR4 callose synthase and hormone abscisic acid (ABA). In wild plants after infection with any of these necrotrophic fungi, ABA synthesis increases, this increase is even higher in ocp3. The greater resistance observed in ocp3 plants also requires the correct perception of jasmonic acid (JA) through COI1 receptor. However, JA is not required for the synthesis and basal callose deposition. In this way it could propose a model in which OCP3 exerts a specific control for callose deposition regulated by JA and requires, indispensably, ABA.

The OCP3 protein, sequence homology, is classified as a nuclear transcription factor family member of Homeobox. However, we found that OCP3 imported and accumulates in the chloroplasts, and colocalized with pentatricopeptide repeat proteins involves in RNA editing. Specifically, OCP3 participates regulating ndhB transcript editing. ndhB encodes one subunit of the multiprotein chloroplast complex NADPH dehydrogenase (NDH). The absence of OCP3 results in a decay of ndhB editing; a fact which entails a reduction of the activity of NDH complex and therefore leads to a defect in the cyclic electron flow (CEF) around the photosystem I (PSI). We were also able to confirm that mutants having altered activity of NDH complex, as crr2 and crr21 turn have an increased resistance to infection by P. cucumerina, and show an increased callose deposition. Moreover, we note that the editing of the mRNA for other subunits encoded in the chloroplast NDH complex are also subject to regulation which is significantly altered in the presence of a pathogenic stimuli. At the same time, the stability of NDH complex also compromised after a pathogenic insult. All these results indicate that the NDH complex is subject to a subtle regulation in accordance with the changing environment.

The ABA is a key player in activating plant defense against P. cucumerina infection. Moreover, hemibiotrofos pathogens such as Pseudomonas syringae DC3000 also cause increased synthesis of ABA. However, this increase leads to the suppression of defensive responses, which can be attributed a dual role. The regulation of dual role of this hormone, activator and repressor some other defenses, indicates the existence of a post-regulating hormone synthesis. In this Doctoral Thesis, it has been identified as PYR1 family member receptor ABA PYR/PYL/RCAR perceives this hormone to trigger a response to infection by a pathogen. PYR1 reduces the salicylic acid (SA) dependent response against the biotrophic pathogens attack. Thus exerts a positive control JA-dependent responses required to activate the defenses against necrotrophic pathogens. The loss of the perception of ABA through PYR1 activates the expression of SA-responsive genes, alteration of chromatin remodeling and increase in the activation of MAP kinases after the attack biotrophic pathogens. Thus, the ABA through PYR1 receptor and through an epigenetic control, have a regulatory role in plant immunity depending on the lifestyle of pathogens infecting the plant.

[ES] Las plantas mutantes ocp3, presentan una acelerada e intensificada deposición de calosa en respuesta a la infección producida por Botrytis cinerea o Plectosphaerella cucumerina. Tras el análisis fenotípico de una serie de dobles mutantes en el fondo ocp3 observamos que tanto el incremento en la deposición de calosa como de la resistencia requieren de la calosa sintasa PMR4, y de la hormona ácido abscísico (ABA). En las plantas silvestres, tras la infección por alguno de estos hongos necrotrofos, se incrementa la síntesis de ABA, incremento éste que aún es mayor en las plantas ocp3. La mayor resistencia que se observa en las plantas ocp3 también requiere de la correcta percepción del ácido jasmónico (JA) a través del receptor COI1. Sin embargo, el JA no es requerido para la síntesis y deposición de calosa basal. De esta forma se podría proponer un modelo en el que OCP3 ejerce un control específico para la deposición de calosa regulada por JA y que requiere, indispensablemente, de ABA.

La proteína OCP3, por homología de secuencia, se clasifica como un factor de transcripción nuclear miembro de la familia de los Homeobox. Sin embargo, encontramos que OCP3 se importa y acumula en los cloroplastos, y se colocaliza con proteínas que contienen motivos de repetición pentatricopeptidos e implicadas en la edición de RNA. Concretamente, OCP3 participa regulando el mecanismo de edición del transcrito ndhB que codifica una de las subunidades del complejo multiprotéico NADPH deshidrogenasa (NDH) del cloroplasto. La ausencia de OCP3 se traduce en una deficiente edición de ndhB; hecho éste que conlleva un deterioro en la funcionalidad del complejo NDH y que por tanto acarrea un defecto en el flujo cíclico de electrones (CEF) alrededor del fotosistema I (PSI). También pudimos confirmar que mutantes que presentan alteraciones en la actividad del complejo NDH, como crr2 y crr21, a su vez presentan un incremento en la resistencia frente a la infección por P. cucumerina, además de mostrar una mayor deposición de calosa. Por otra parte, observamos que la edición de los mRNA para otras subunidades del complejo NDH codificadas en el cloroplasto están, también, sujetas a una regulación que se ve notablemente alterada en presencia de un estimulo patogénico. Al mismo tiempo, la estabilidad del complejo NDH también se ve comprometida tras un insulto patogénico. Todos estos resultados indicarían que el complejo NDH está sujeto a una sutil regulación en concordancia con las condiciones cambiantes del entorno.

El ABA es determinante en la activación de mecanismos de defensa frente a P. cucumerina. Por otra parte, patógenos hemibiotrofos como por ejemplo Pseudomonas syringae DC3000 también provocan incremento en la síntesis de ABA. Sin embargo, este incremento acarrea la supresión de las respuestas defensivas, por lo que se le puede atribuir un papel dual. La regulación del papel dual de esta hormona, activador de unas defensas y represor de otras, indica la existencia de una regulación posterior a la síntesis de la hormona. En la presente Tesis Doctoral, se ha identificado a PYR1 como el miembro de la familia de los receptores de ABA PYR/PYL/RCAR que percibe esta hormona para desencadenar una respuesta a la infección por un patógeno. PYR1 amortigua la respuesta dependiente de ácido salicílico (SA) frente al ataque de un patógeno biotrofo. De esta forma ejerce un control positivo sobre las respuestas dependientes de JA requeridas para activar las defensas frente a patógenos necrotrofos. La pérdida de la percepción del ABA por PYR1 provoca una activación de los genes de respuesta a SA, una alteración de la remodelación de la cromatina y un incremento en la activación de las MAP quinasas tras el ataque de patógenos biotrofos. De esta forma, el ABA a través del receptor PYR1 y a través de un control epigenético, tendría un papel regulador de la inmunidad vegetal en función del

[CA] Les plantes mutants ocp3, presenten una accelerada e intensificada deposició de calosa en resposta a la la infecció produïda per Botrytis cinerea o Plectosphaerella cucumerina. Darrere l'anàlisi d'una sèrie de dobles mutants amb ocp3, observem que tant l'increment en la deposició de calosa com de la resistència requereixen de la calosa sintasa PMR4, i de l'hormona àcid abscisic (ABA). Les plantes silvestres infectades amb algú d'aquests fongs necrotrofs, incrementen la síntesi de ABA, increment aquest que encara és major en les plantes ocp3. La major resitència que s'observa en les plantes ocp3 també requereix de la correcta percepció de l'àcid jasmonic (JA) a través del receptor COI1. No obstant això, el JA no és requerit per a la síntesi i deposició de calosa basal. D'aquesta forma, es podria proposar un model en el qual OCP3 exerceix un control especific per a la deposició de calosa regulada pel JA i que requerix, indispensablement, de l'ABA.

La proteïna OCP3, per homologia de seqüència, es classifica com un factor de transcripció nuclear membre de la familia dels Homeobox. No obstant això, trobem que OCP3 s'importa i acumula en el cloroplasts, i es colocaliza amb proteïnes que contenen motius de repetició pentatricopeptids i implicades en l'edició de RNA. Concretament, OCP3 participa regulant el mecanisme d'edició del transcrit ndhB que codifica una de les subunitats del complex multiproteic NADPH deshidrogenasa (NDH) del cloroplast. L'absència d'OCP3 es tradueix en una deficient edició de ndhB; fet aquest que comporta una pèrdua de la funcionalitat del complex NDH i que per tant implica un defecte en el flux cíclic d'electrons (CEF) al voltant del fotosistema I (PSI). També vam poder confirmar que mutants que presenten alteracions en la activitat del complex NDH, com crr2 i crr21, al seu torn presenten un increment en la resistència enfront de la infecció per P. cucumerina, a més de mostrar una major deposició de calosa. D'altra banda, observem que l'edició dels mRNA per a altres subunitats del complex NDH codificades en el cloroplast estan, també, subjectes a una regulació que es ceu notablement alterada en preséncia d'un estimulo patogenic. Tots aquests resultats indicarien que el complex NDH està subjecte a una sutil regulació en concordaça amb les condicions canviants de l'entorn.

El ABA es determinatn en l'activació de mecanismes de defensa enfront de P. cucumerina. D'altra banda, patògens hemibiotrofs com per exemple Pseudomonas syringae DC3000 també provoquen increment en la síntesi de ABA. No obstant això, aquest increment implica la supressió de les respostes defensives, per la qual cosa se li pot atribuir un paper dual. La regulació del paper dual d'aquesta hormona, activador d'unes defenses i repressor d'unes altres, indica l'existència d'una regulació posterior a la síntesi de l'hormona. En la present Tesis Doctoral, s'ha indentificat a PYR1 com el membre de la familia dels receptors de ABA PYR/PYL/RCAR que percep aquesta hormona per desencadenar una resposta a la infecció per un patogen. PYR1 esmorteeix la resposta dependent d'acid salicílic (SA) enfornt de l'atac d'un patogen biotorof. D'aquesta forma exerceix un control positiu sobre les respostes dependents de JA requerides per activar les defenses enfront de patògens necrotofs. La pèrdua de la percepció del ABA per PYR1 provoca una activació de les MAP quinases després de l'atac de patògens biotrofs. Així donçs, el ABA a través del receptor PYR1 i a través d'uun control epigenètic, tindria un paper regulador de la immunitat vegetal en funció de l'estil de vida del patogen que infecti a la planta.