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Tesis:

Molecular mechanisms involved in the response of Arabidopsis thaliana to the phytophagous mite Tetranychus urticae

  • Autor: ROMERO HERNÁNDEZ, Gara

  • Título: Molecular mechanisms involved in the response of Arabidopsis thaliana to the phytophagous mite Tetranychus urticae

  • Fecha: 2023

  • Materia:

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

  • Departamentos: BIOTECNOLOGIA

  • Acceso electrónico: https://oa.upm.es/73375/

  • Director/a 1º: MARTÍNEZ MUÑOZ, Manuel
  • Director/a 2º: DÍAZ RODRÍGUEZ, Isabel

  • Resumen: Las plantas coexisten con patógenos y plagas. Las consecuencias de la interacción planta-patógeno o planta-plaga se traduce en tejidos dañados, restricción del crecimiento o pérdida de rendimientos de la planta. Para mitigar estos efectos, las plantas han desarrollado una gran cantidad de mecanismos de detección, señalización y respuesta frente a enemigos bióticos. En este trabajo, estudiamos diferentes moleculares implicados en cada paso, desde la percepción hasta las respuestas finales de defensa, cuando el ácaro polífago Tetranychus urticae se alimenta de la planta modelo Arabidopsis thaliana. Los eventos de señalización son el objetivo principal de este proyecto. Para ello, se realizó una revisión de las quinasas inducidas por herbívoros. Principalmente, estas quinasas están implicadas en la percepción, como el grupo de las RLK-Pelle, o en la transducción de señales, como las quinasas dependientes de calcio, o las “Mitogen Activated Protein Kinases (MAPKs)”. Dentro de este grupo, se ha esclarecido el papel de dos MAPKs implicadas en el primer paso de la cascada de señalización de estas proteínas, MAPKKK17 y MAPKKK21, altamente expresadas en respuesta al ácaro. Estas quinasas mostrando papeles antagónicos en la respuesta de defensa de la planta. Mientras que MAPKKK17 es un activador de la señalización que mejora la defensa contra T. urticae, MAPKKK21 es un regulador negativo de la defensa de la planta. Por otro lado, se han realizado experimentos adicionales para analizar el papel de defensa del gen PP2A5 frente a ácaros. La proteína PP2A5 está formada por un dominio TIR, probablemente implicado en señalización, y un dominio lectina, que puede ser relevante en señalización y es potencialmente tóxico. Para determinar la relevancia de cada dominio en la defensa de la planta, se generaron plantas transgénicas de Arabidopsis utilizando los dos dominios independientemente, comprobándose la importancia del dominio lectina en la defensa frente al ácaro. Por último, se comprobó la utilidad biotecnológica en cultivos de una hidroxinitrilo liasa de Arabidopsis (AtHNL) inducida por T. urticae y que participa en la defensa de la planta. Se transformaron plantas de Solanum tuberosum con el gen AtHNL, cuya proteína cataliza una reacción para producir cianuro, y se determinó su papel defensivo. Se utilizaron tres especies plaga de patata, el ácaro T. urticae, el lepidóptero Spodoptera exigua y el coleóptero Leptinotarsa decemlineata, encontrándose pequeños efectos frente al ataque del ácaro. En conjunto, los resultados obtenidos en este trabajo han contribuido a incrementar nuestro conocimiento en distintos pasos que conectan percepción y respuesta frente a plagas. Más investigaciones son necesarias para comprender la complejidad de las rutas implicadas en la defensa de la planta. ABSTRACT Plants coexist with pathogens and pests. Plant-pathogen and plant-pest interactions result in tissue damage, growth restriction, and yield losses. To mitigate these effects, plants have developed a huge number of mechanisms to detect, signal, and reply against biotic foes. In this work, we study molecular mechanisms involved in each step, from plant perception to final defense responses, after feeding the polyphagous mite Tetranychus urticae on the model plant Arabidopsis thaliana. Signaling events are the main objective of this project. For that, we review the plant kinases induced by herbivory. Mainly, they are involved in perception, like the RLK-Pelle receptors, or participate in signal transduction, like the calcium kinases or the Mitogen-Activated Protein Kinases (MAPKs). Regarding this group, it has been elucidated the function of two MAPKs from the first step of the MAPKs cascade, MAPKKK17 and MAPKKK21, highly expressed after mite attack. These kinases showed an antagonist role in plant defense. Whereas MAPKKK17 is a signal activator that enhances defense against mites, MAPKKK21 is a negative regulator of plant defense. On the other hand, experiments have been performed to further characterize the known role of the PP2A5 gene in Arabidopsis defense against mites. PP2A5 contains a TIR domain, putatively involved in signaling, and a lectin domain that can be relevant in signaling and is potentially toxic. To determine the relevance of each domain in plant defense, transgenic Arabidopsis plants were generated using the individual domains. The importance of the lectin domain in the defense against mites was determined. Finally, it was tested the biotechnological use in a crop, of an Arabidopsis hydroxynitrile lyase (AtHNL) induced by mites and participating in plant defense. Solanum tuberosum plants were transformed with AtHNL gene, whose encoded protein catalyzes a reaction to produce cyanide, and its defensive role was determined. Three pests, the lepidopteran Spodoptera exigua, the coleopteran Leptinotarsa decemlineata, and the mite T. urticae, were used to perform feeding assays. Slight effects of the AtNHL gene against T. urticae were only found. Overall, results obtained in this work have contributed to increasing our knowledge on some steps connecting perception and response against pests. Further research is needed to fully understand the complexity of the pathways involved in plant defense.