Insights into the mechanism of a novel plant protein in the Calcium Sensing Receptor (CAS) pathway in plant immunity

Abstract

[ES] En las interacciones planta-patógeno, el papel de los cloroplastos es crucial como orgánulo de señalización muy dinámico en la activación de respuestas defensivas de la planta. En este trabajo, se aborda el estudio del papel de una nueva proteína cloroplástica llamada "Parakletos" en la inmunidad vegetal relacionada con la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) y las explosiones de Ca+2. En este estudio, la sobreexpresión de Parakletos en la planta modelo Nicotiana benthamiana suprimió la intensidad de las ráfagas de ROS y calcio citosólico (Ca2+) inducidas por flg22. El silenciamiento de Parakletos en N. benthamiana ofreció una mayor resistencia de las plantas a Phytophthora infestans. Además, el ensayo tanto de ROS como de calcio en N. benthamiana silenciada por Parakletos mostraron que la función de Parakletos dependía del receptor sensible al calcio (CAS). Los ensayos de campo de Parakletos modificada por eliminación (Parakletos knock-out (KO) mediados por CRISPR/Cas 9 en patata mostraron una mejor resistencia a P. infestans. Se observó que las líneas Parakletos KO mejoraron la resistencia a P. infestans sin afectar al crecimiento. Estos resultados suponen un avance importante en la comprensión de la inmunidad inferida por los cloroplastos. Por lo tanto, este estudio propone que Parakletos es un nuevo gen de susceptibilidad, que regula negativamente la inmunidad de las plantas y su manipulación podría ser una nueva fuente de resistencia de amplio espectro y una mejora en la resiliencia de los cultivos al estrés biótico.

[EN] In plant-pathogen interactions, the role of chloroplasts is crucial as a very dynamic signaling organelle in the activation of defensive responses. Here, we studied the role of a novel chloroplastic protein named ¿Parakletos¿ in plant immunity-related production of reactive oxygen species (ROS) and Ca2+ bursts. In this study, Parakletos overexpression in the model plant Nicotiana benthamiana suppressed the intensity of flg22-induced bursts of ROS and cytosolic calcium (Ca2+), while silencing Parakletos increased the intensity of ROS and Ca2+ bursts. Parakletos silencing in N. benthamiana offered enhanced plant resistance to Phytophthora infestans. Furthermore, the ROS assay and calcium assay in Parakletos-silenced N. benthamiana showed that the function of Parakletos was dependent on the Calcium-sensing receptor (CAS). Field trials of CRISPR/Cas 9-mediated Parakletos knock-out (KO) in potatoes exhibited improved resistance to P. infestans. In this field trial, the Parakletos KO lines have enhanced resistance to P. infestans with no apparent growth penalty. All these findings are an important advancement in the understanding of chloroplast immunity. Taken together, this study proposes that Parakletos is a new susceptibility gene, which negatively regulates plant immunity and its manipulation could be a new source of broad-spectrum resistance and enhanced crop resilience to biotic stress.