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Archive for 14 abril 2009

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Las plantas han desarrollado varios mecanismos de defensa para combatir a la mayoría de patógenos potenciales. Las moléculas de señalización endógenas: ácido salicílico (SA), ácido jasmónico (JA), y etileno (ET); tienen una gran importancia a la hora de activar los sistemas de defensa contra microbios. Por su parte, los patógenos han desarrollado una serie de complejos mecanismos para evadir las respuestas defensivas de las plantas y causar enfermedad en hospedadores susceptibles. Pseudomonas syringae pv. Tomato DC3000 produce gran cantidad de factores de virulencia y efectores, que suprimen la respuesta defensiva de la planta y promueven un estado fisiológico de enfermedad. Para entender mejor estos mecanismos nos vamos a encargar de estudiar el papel de la coronatina (COR) como factor de virulencia.

La molécula de COR posee 2 componentes: acido coronofacico (CFA) y ácido coronamico (CMA). COR funciona como una análogo estructural y funcional del JA y componentes señalizadores relacionados (acido metiljasmonico, JA-isoleucina, etc..). Se sabe que COR induce la biosíntesis de JA y su vía de señalización, tanto en tomate como en arabidopsis, pero los papeles de: COR, CMA y CFA; durante la patogénesis en tomate no están bien conocidos como en arabidopsis. Para investigar la importancia de estos en la interaccion entre P. Syringae pv. Tomato DC300 y tomate, se han empleado mutantes que son defectivos en la síntesis de: COR, CFA o CMA; y plantas de tomate que son defectivas en la síntesis de SA mediante silenciamiento de la isocorismato sintasa (ICS).

A nivel de colonizacion se vió que al inocular plantas con los 3 tipos de mutantes, los mutantes para COR eran mucho menos persistentes que los mutantes sencillos CMA y CFA, la incapacdad de los 3 mutantes para mantener una alta densidad de población a los 6 dpi indica que ambos componentes de la COR son importantes para la persistencia del patógeno en tomate. Además mientras la cepa salvaje dio lugar a los sintomas comunes de la enfermedad, caracterizada por manchas necróticas, los 2 mutantes simples (CFA y CMA) mostraron diferentes lesiones, que en el caso del mutante COR eran inexistentes, por lo que los 2 componentes de COR contribuyen diferencialmente al desarrollo de los síntomas en tomate.

Para demostrar el efecto de COR en la ruta del JA se inocularon plantas de tomate con la cepa DC3000 y otras con el mutante COR y se llevaron a cabo RealTime-PCR para medir la expresión de 2 genes envueltos en la ruta del JA. Se vio que en las plantas inoculadas con DC3000 los niveles de ambos genes eran mayores que en el control, y en los mutantes los niveles eran similares, por lo que se confirma que COR estimula la señalizaciónde la ruta del JA.

Las mismas pruebas se llevaron a cabo esta vez para demostrar que COR reprime la síntesis de SA, inoculando sobre plantas de tomate cepas: DC3000 y mutantes COR; y midiendo la expresión de los genes dependientes de SA: PR-1b y PR-2b. Y para saber si esto era debido a la inhibición de SA o de un intermediario, se midieron tamiben los niveles de SA. Las 3 pruebas mostraron como los niveles eran menores en plantas inoculadas con DC3000 que con mutantes COR, por lo que se produce inhibición de la señalización mediada por SA y esto es debido a la reducción de los niveles de SA. Esto se comprobó midiendo los niveles de la ICS viéndose que eran 2 veces mayores en las plantas inoculadas con el mutante que en las inoculadas con la cepa salvaje.

Finalmente para ver cuan afectadas se veian la virulencia y la supervivencia en bacterias sin COR, se inocularon cepas del mutante COR en tomates con la ICS mutada, para eliminar la respuesta defensiva del SA y ver si esto revertia la virulencia en la cepa. El resultado fue que no se revertió el efecto de la mutación en COR, por lo que parece que COR es necesaria para la virulencia y superviviencia de las bacterias.

Terminar diciendo que esta toxina es necesaria para la invasión y enfermedad, ademas son necesarios sus 2 componentes CMA y CFA, ya que ambos son necesarios pero no suficientes para probocar una enfermedad plenamente sintomática; y que una de las formas para conseguir esto es induciendo la síntesis de JA e inhibiendo la de SA.


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Efecto de Thaxtomina A en Arabidopsis thaliana

Thaxtomina A o taxtomina A es una fitotoxina producida por bacterias del genero Streptomyces los cuales raramente son patógenos, aunque pueden producir infecciones tanto en humanos como en plantas, en este último caso S. caviscabies y S. scabie. Thaxtomina A es un dipeptido cíclico siendo el único compuesto de origen natural que se ha sugerido como inhibidor de la síntesis de celulosa, afectando el desarrollo primario de la pared celular mediante principalmente la alteración de la síntesis de novo de los polisacáridos de la pared celular, donde por análisis de fracciones de pared celular radiomarcadas fue posible determinar que la síntesis de pectinas y hemicelulosas (fracción no celulósica) es estimulada después del tratamiento con la fitotoxina mientras que la de celulosa fue fuertemente reducida, lo que implica que la síntesis de celulosa es un objetivo natural de la interacción planta-patógeno, a su vez que las plantas tratadas compensan la disminución en la síntesis de celulosa produciendo otros polisacáridos.

Los resultados obtenidos apoyan la idea general de una amplia remodelación de la pared celular para compensar la reducción de celulosa en plantas tratadas con thaxtomina A.

Además de su rol como inhibidor de la síntesis de celulosa, se ha propuesto su rol como desencadenador de una cascada de señalización mediada por calcio que podría ser
fundamental para la interacción planta-patógeno.

Adicionalmente a los cambios en la composición de polisacáridos, thaxtomina A induce cambios en la expresión de genética en A. thaliana resultando su aplicación tanto en la inducción como en la represión de determinados genes; reprimiendo genes asociados a la biosíntesis primaria de celulosa (CESA, celulosa sintasa) y más fuertemente genes asociados a la síntesis secundaria (pared celular secundaria), adicionalmente genes asociados a síntesis y modificación de pectina se encuentran alterados.

Thaxtomina A afecta directamente a CESA reduciendo su estabilidad y la densidad de esta en la membrana plasmática contribuyendo directamente a la reducción en la biosíntesis de celulosa cristalina.

A su vez el tratamiento con la fitotoxina indujo una fuerte lignificación ectópica exclusivamente en los hipocotiledones, la lignificación concuerda con la alteración de la expresión de genes implicados en la vía de biosíntesis de lignina, el tratamiento con thaxtomina A resulta en una fuerte inducción de genes asociados a lignina, como CCR2 (cinnamyl CoA reductasa) el que se induce durante el ataque de patógenos y estrés, y junto con el alcohol cinnamyl reductasa, participa en la ruta biosintetica de la lignina.

La perturbación en la síntesis de celulosa desencadena la inducción de genes de defensa, induciendo significativamente la expresión de genes asociados a defensa mediada por acido jasmonico así como por acido salicílico pero no así la mediada por etileno, en adición, thaxtomina A induce la deposición de callosa en los cotiledones.

En conclusión thaxtomin A es muy comparable a otros compuestos que modifican la síntesis de celulosa (isoxabeno), conduce a importantes cambios en la composición de la pared celular, la producción de pectinas y hemicelulosas, y resulta en un refuerzo adicional de la pared celular provocado por la lignificación ectópica.

David Durán Wendt Máster en Biotecnología Agroforestal Interacción Molecular Planta Patógeno I

Volker Bischoff1, Sarah Jane Cookson, Shuang Wu and Wolf-Ru¨ diger Scheible1, Thaxtomin A affects CESA-complex density, expression of cell wall genes, cell wall composition, and causes ectopic lignification in Arabidopsis thaliana seedlings, Journal of Experimental Botany, Vol. 60, No. 3, pp. 955–965, 2009

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