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Tesis:

Uncovering Arabidopsis thaliana immune responses regulated by plant cell wall

  • Autor: BACETE CANO, Laura

  • Título: Uncovering Arabidopsis thaliana immune responses regulated by plant cell wall

  • Fecha: 2018

  • Materia: CONFIDENCIAL

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS

  • Departamentos: BIOTECNOLOGIA-BIOLOGIA VEGETAL

  • Acceso electrónico:

  • Director/a 1º: MOLINA FERNÁNDEZ, Antonio
  • Director/a 2º: MIEDES VICENTE, Eva

  • Resumen: Las infecciones de patógenos y ataques de plagas tienen consecuencias devastadoras sobre los cultivos, llegando a causar pérdidas de hasta un 30% de la producción. Afortunadamente, las plantas han desarrollado un complejo sistema de inmunidad que les permite defenderse eficientemente de patógenos y plagas. Como resultado, la enfermedad es una excepción en las interacciones entre plantas y patógenos/plagas. La pared celular vegetal desempeña un papel muy relevante en la inmunidad vegetal, como barrera física que los patógenos deben superar, y como estructura dinámica que modifica su integridad estructural durante la infección o en respuesta a estreses ambientales. Estos cambios de integridad de la pared provocan la liberación de moléculas (denominadas DAMPs, por “Damage Associated Molecular Patterns”) que son percibidas por un complejo conjunto de receptores de membranas celulares, activándose respuestas de inmunidad. En esta Tesis Doctoral se han estudiado los mecanismos que subyacen a este papel activo de la pared celular vegetal en la regulación de la inmunidad de Arabidopsis thaliana. La relevancia de la pared celular en inmunidad vegetal fue puesta de relevancia en estudios previos del laboratorio, en los que la mayoría de mutantes de Arabidopsis thaliana identificados que presentaban una mayor resistencia frente a patógenos biótrofos y necrótrofos, tenían alteraciones en la composición de sus paredes celulares. En esta Tesis, se han caracterizado las bases moleculares de esta resistencia diferencial, comprobándose que ésta se debe en gran medida al papel activo que desempeña la pared como fuente de DAMPs. Para identificar nuevos DAMPs de pared, se han empleado una combinación de técnicas bioquímicas partiendo de extractos de paredes celulares vegetales de mutantes de Arabidopsis thaliana que presentan alteraciones en la pared celular y son resistentes a patógenos. Fracciones enriquecidas en pectinas, denominadas “Pectin I” (PI) y “Pectin II” (PII) de mutantes defectivos en los genes Arabidopsis Response Regulator 6 (ARR6) e Irregular Xylem 10 (IRX10), resultaron más activas que las de plantas silvestres modulando respuestas de inmunidad, por lo que fueron seleccionadas para identificar posibles nuevos DAMPs. El estudio de las respuestas tempranas de inmunidad reveló que dichas fracciones activan la entrada de Ca2+ al citoplasma, la fosforilación de cascadas de MAPK (por “Mitogen-Activated Protein Kinases”) y la expresión de genes de defensa. Una caracterización bioquímica en profundidad de las fracciones más activas de arr6 e irx10 reveló que éstas contenían una cantidad importante de oligosacáridos de pentosas, incluyendo la xilohexaosa (Xyl6), un oligosacárido de seis unidades de xilosa unidas por enlace β-1,4. Se encontró que Xyl6 activaba un patrón de respuestas de inmunidad muy similar al observado tras los tratamientos con PI y PII. Además, estas respuestas se ha comprobado que dependen de receptores de la familia LysM como CERK1, LYK4 y LYK5. Es destacable que las repuestas de inmunidd activadas por Xyl6 difieren de las activadas por otros DAMPs de pared, como los oligogalacturónidos (OGs) derivados de pectinas. Por tanto, en esta Tesis Doctoral se propone la xilohexaosa como un nuevo DAMP de pared celular vegetal que regula respuestas de inmunidad en Arabidopsis thaliana. En esta Tesis se ha caracterizado por primera vez la funcion en inmunidad y en la regulación de la integración de pared celular del gen ARR6. Se ha demostrado que mutantes arr6-2 y arr6-3 son más susceptibles a la bacteria vascular Ralstonia solanacearum GMI1000 y más resistentes al hongo necrótrofo Plectosphaerella cucumerina BMM, mientras que las lineas trangénicas de sobreexpresión de ARR6 generadas en la Tesis presentan el fenotipo opuesto, lo que apoya la funcion de ARR6 en resistancia a patógenos. El análisis transcriptómico y metabolómico de arr6-3 reveló que su resistencia diferencial no está mediada por rutas hormonales canónicas, y permitió establecer conexiones entre su fenotipo de resistencia y la acumulación diferencial de un nuevo DAMP, xilohexaosa, en su pared celular.