Papel defensivo de los compuestos volátiles de hoja verde en plantas de tomate frente a una infección bacteriana

Abstract

En respuesta a las señales de estrés, las plantas sintetizan proteínas de defensa y compuestos químicos de diversa naturaleza. Estos compuestos pueden ejercer funciones defensivas directas, esto es, actuando como antioxidantes, antibacterianos o antifúngicos, o actuar como metabolitos defensivos indirectos, señalizando la respuesta defensiva. Algunos compuestos volátiles (VOCs) pertenecen a este grupo de compuestos defensivos (Niinemets et al., 2013).

En el laboratorio donde realizaré mi TFM, se llevó a cabo un análisis metabolómico mediante GC-MS de la interacción tomate Rio Grande portador del gen Pto y la bacteria Pseudomonas syringae portadora o no del gen AvrPto. La infección de dichas plantas de tomate con las dos cepas bacterianas da lugar a dos tipos de interacción: una de tipo incompatible (con la bacteria portadora del gen AvrPto) en la que la planta resiste a la enfermedad, y una de tipo compatible (con la bacteria no portadora del gen AvrPto) en la que se desarrolla la enfermedad. El análisis metabolómico proporcionó una serie de compuestos volátiles que se acumularon de forma diferencial en cada interacción. Entre estos compuestos volátiles, algunos ésteres de (Z)-3-hexenilo se encuentran inducidos diferencialmente como consecuencia de la infección bacteriana (Ruiz, 2013). Asimismo, la validación de estos resultados mediante el estudio de la expresión de algunos genes responsables de la biosíntesis de estos VOCs acumulados, reveló una notable inducción del gen Alcohol Acil Transferasa (AAT1) .

En estos momentos, disponemos de semillas de plantas de tomate que silencian AAT1 que nos han sido amablemente decidas por el Prof. Klee (University of Florida, Gainesville, USA). Dichas plantas transgénicas de tomate emiten menos ésteres (Goulet et al., 2015).

El objetivo del TFM consistirá en confirmar el papel defensivo de los ésteres de (Z)-3-hexenilo, que se emiten de manera diferencial como consecuencia de la infección bacteriana, mediante la caracterización fenotípica de plantas transgénicas con niveles alterados de los mismos.

Para ello, se caracterizarán molecularmente las plantas transgénicas que silencian AAT (Goulet et al., 2015) y se analizará la posible emisión diferencial de los ésteres de (Z)-3-hexenilo en hojas, tanto en condiciones normales, como tras una infección bacteriana con la bacteria no portadora del gen AvrPto. Asimismo, se evaluarán diferentes aspectos tales como la modificación de la resistencia o susceptibilidad, la acumulación de compuestos señalizadores y defensivos y la inducción de proteínas defensivas, entre otros. Por último se estudiará el posible mecanismo de acción de estos compuestos volátiles de hoja verde ante la bacteria Pseudomonas syringae.

Nuestros estudios podrán reforzar la importancia de los VOCs como compuestos fundamentales en la respuesta defensiva de las plantas frente a patógenos. Asimismo, la naturaleza volátil de estos compuestos defensivos permitiría, como posible aplicación biotecnológica, que plantas transgénicas que emitieran estos compuestos de manera constitutiva, pudieran ser consideradas en sí mismas como inductoras de resistencia de sus plantas vecinas, convirtiéndose en plantas transgénicas biofortificantes.

Goulet C, Kamiyoshihara Y, Lam NB, Richard T, Taylor MG, Tieman DM, Klee HJ. (2015). Divergence in the enzymatic activities of a tomato and Solanum pennellii alcohol acyltransferase impacts fruit volatile ester composition. Mol Plant. 8(1):153-62. Niinemets Ú, Kännaste A, Copolovici L. (2013). Quantitative patterns between plant volatile emissions induced by biotic stresses and the degree of damage. Frontiers in Plant Science 4(262): 1-15 Ruiz A (2013). Estudio de la respuesta defensiva de plantas de tomate frente a una infección bacteriana de tipo compatible e incompatible. Trabajo Fin de Carrera. Universitat Politècnica de València van Schie CC, Haring MA, Sch