Autor: TÉLLEZ DE PABLOS, Julio
Título: La proteína quinasa YODA regula respuestas de inmunidad y la resistencia a patógenos de Arabidopsis thaliana y tomate (Solanum lycopersicum)
Fecha: 2021
Materia: ---
Escuela: E.T.S. DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS
Departamento: BIOTECNOLOGIA-BIOLOGIA VEGETAL
Acceso electrónico: https://oa.upm.es/68069/
Director/a(s):
- Director/a: MOLINA FERNÁNDEZ, Antonio
- Director/a: JORDÁ MIRÓ, Lucía
Resumen: Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) constitute highly conserved regulatory modules in eukaryotic cells and play a fundamental role in the transduction of signals from environmental stimuli or developmental processes. The module formed by the MAP3K YODA (YDA) with MKK4/MKK5 and MKP3/MKP6 is necessary in the control of the stomatal pattern. Recently, our group has shown that MAP3K YDA from Arabidopsis also plays an essential role in plant immunity. The expression of a constitutively active version of YDA (AtCA-YDA) in Arabidopsis confers to CA-YDA lines a broad spectrum resistance to pathogens with different infection mechanisms. Although the canonical immunity pathways, mediated by hormones such as salicylic acid, jasmonic or ethylene, are not altered in CA-YDA plants, many defense-related genes are up-regulated, indicating that YDA modulates new plant immunity pathways. In this PhD Thesis, the functionality of the YDA-mediated defensive signaling pathway in tomato plants (Solanum lycopersicum) has been determined through the generation of transgenic lines that overexpress the constitutively active version of the Arabidopsis YDA (AtCA-YDA). These plants show a reduction in the stomatal index, as it occurs in Arabidopsis CA-YDA plants, and they are also more resistant to the bacterium Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (PsPto), corroborating the functionality of YDA in the immunity of tomato plants. This function was reinforced by the generation of CRISPR/Cas9-edited tomato mutants in the two closest orthologous genes to AtYDA [Solyc08g081210 (SlYDA1) and Solyc03g025360 (SlYDA2)]. The Slyda1 and Slyda2 mutants are extremely susceptible to PsPto compared to wild-type plants, however, only Slyda2 shows an altered stomatal index. These results indicate that tomato orthologs have specialized functions and support that YDA functions as a key regulator of immune responses in tomato as well. Furthermore, in the present PhD Thesis the role of two sets of genes whose regulation is dependent on YDA has been characterized. CA-YDA plants constitutively express a group of genes mostly of unknown function that encode possible extracellular signaling peptides that were called SSPs (SMALL SECRETED PEPTIDES) and could function as Damage-Associated Molecular Patterns (DAMPs), as well as a group of possible membrane receptors (PRPs; PUTATIVE RECEPTOR PROTEIN). Mutants in some of these SSPs and PRPs are more susceptible to infections by pathogens, demonstrating their relevance in plant immunity. Therefore, it is hypothesized that the extracellular SSP peptides could act as phytocytokines enhancing defensive responses and some PRP receptors could be part of new defense signaling pathways. The knowledge acquired in this project will contribute to have a collection of genes of interest for plant improvement programs and to designing strategies that enhance new immunity mechanisms in crops. ----------RESUMEN---------- Las proteínas quinasas activadas por mitógenos (MAPKs) forman módulos de regulación altamente conservados en las células eucariotas y desempeñan un papel fundamental en la transducción de señales procedentes de estímulos ambientales o de procesos de desarrollo. El módulo formado por la MAP3K YODA (YDA) con MKK4/MKK5 y MKP3/MKP6 resulta clave en el control del patrón estomático. Recientemente, nuestro grupo ha demostrado que la MAP3K YDA de Arabidopsis desempeña además un papel esencial en la inmunidad vegetal. La expresión de una versión constitutivamente activa de YDA (AtCA-YDA) en Arabidopsis confiere a las líneas CA-YDA una resistencia de amplio espectro a patógenos con diferentes mecanismos de infección. A pesar de que las rutas de inmunidad canónicas, mediadas por hormonas como el ácido salicílico, jasmónico o etileno, no están alteradas en las plantas CA-YDA, muchos genes relacionados con defensa están regulados positivamente, indicando que YDA modula nuevas vías de inmunidad vegetal. En esta Tesis se ha determinado la funcionalidad de la ruta de señalización defensiva mediada por YDA en plantas de tomate (Solanum lycopersicum), mediante la generación de líneas transgénicas que sobreexpresan la versión constitutivamente activa de YDA de Arabidopsis (AtCA-YDA). Estas plantas presentan una reducción en el índice estomático, tal y como ocurre en las plantas de Arabidopsis CA-YDA y además son más resistentes a la bacteria Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (PsPto), corroborando la funcionalidad de YDA en la inmunidad de las plantas de tomate. Esta función se vio reforzada por la generación de mutantes de tomate editados con CRISPR/Cas9 en los dos genes ortólogos más cercanos a AtYDA [Solyc08g081210 (SlYDA1) y Solyc03g025360 (SlYDA2)]. Los mutantes Slyda1 y Slyda2 son extremadamente susceptibles a PsPto en comparación con las plantas silvestres, sin embargo, solo Slyda2 muestra un índice estomático alterado. Estos resultados indican que los ortólogos de tomate tienen funciones especializadas y respaldan que YDA funciona como un regulador clave de las respuestas inmunitarias también en tomate. Además, en la presente Tesis se ha caracterizado el papel de dos conjuntos de genes cuya regulación es dependiente de YDA. Las plantas CA-YDA expresan constitutivamente un grupo de genes mayoritariamente de función desconocida que codifican posibles péptidos señalizadores extracelulares, que hemos denominado SSPs (SMALL SECRETED PEPTIDES) y que podrían funcionar como Damage-Associated Molecular Patterns (DAMPs), así como un grupo de posibles receptores de membrana (PRPs; PUTATIVE RECEPTOR PROTEIN). Mutantes en un número elevado de estos SSPs y PRPs son más susceptibles a infecciones por patógenos, demostrando su relevancia en inmunidad vegetal. Por ello, se hipotetiza que los péptidos extracelulares SSPs podrían actuar como fitocitoquinas potenciando las respuestas defensivas y algunos receptores PRP podrían forman parte de nuevas rutas de señalización de defensa. El conocimiento adquirido en el presente proyecto contribuirá a disponer de una colección de genes de interés para programas de mejora vegetal y a diseñar estrategias que potencien nuevos mecanismos de inmunidad de los cultivos.