Autor: CASTILLO GONZÁLEZ, Lucía del

Título: Aproximaciones biotecnológicas para el estudio de Phytophthora cinnamomi en el entorno agroforestal

Fecha: 2025

Materia: ---

Escuela: E.T.S.I. DE MONTES, FORESTAL Y DEL MEDIO NATURAL

Departamento: SISTEMAS Y RECURSOS NATURALES

Acceso electrónico: https://oa.upm.es/91995/

Director/a(s):

• Director/a: BERROCAL LOBO, Marta

Resumen: Phytophthora cinnamomi Rands is a globally distributed phytopathogen responsible for significant losses in both forest and agricultural ecosystems, affecting a wide range of plant host species. In the Iberian Peninsula, global change associated with climate warming has increased its incidence and dispersal capacity. Given the limited effectiveness of conventional control methods, it is necessary to develop sustainable strategies based on understanding the mechanisms of plant-pathogen interaction and the use of bioproducts that enhance plant resistance while preserving the surrounding biodiversity. This doctoral thesis aims to understand the physiological, biochemical, and molecular bases of the interaction between plants and P.hytophthora cinnamomi, in order toto identify sustainable alternatives to combat this oomycete. To this end, an exhaustive characterization of the pathogen was conducted, optimizing protocols for its isolation, cultivation, preservation, and analysis of zoospore viability. New physiological traits essential for the pathogen's virulence were discovered, specifically the demonstration of pectinase activity in the zoospores, which is involved in the degradation of the host's cell wall. An experimental plant-pathogen interaction model was established using Solanum lycopersicum, allowing for the description of infection effects on germination, growth, and host defensedefence responses. These included the production of reactive oxygen species (ROS), callose deposition, and the appearance of characteristic symptoms, evidencing the plant's defensive response to oomycete infection. A transcriptomic analysis revealed significant regulation of genes related to defensedefence responses, oxidative stress, and especially secondary metabolism not only in tomato but also overlapped into forest species. Meanwhile, metabolomic studies showed changes consistent with a pathogen-induced stress state. CoBased on these transcriptomic and metabolomic results, bioproducts with potential to combat the disease were evaluated. Treatments with a secondary metabolite were applied to Solanum lycopersicum and Quercus ilex, resulting in reduced symptoms caused by P. cinnamomi in both plant species. Additionally, confrontation assays were carried out in vitro using microorganisms isolated from tolerant Quercus suber individuals, showing different levels of where several endophytes showed notable antagonistic activity against P.hytophthora cinnamomi. Overall, this thesis characterized, for the first time, the interaction between S. lycopersicum and P. cinnamomi at the physiological and molecular levels. Furthermore, new molecules involved in the host-pathogen interaction were discovered, revealing essential molecules for plant defense and pathogen virulence. Overall, the results highlight the potential use of natural compounds and beneficial microorganisms to enhance the resistance of agroforestry species against Phytophthora cinnamomi. Furthermore, The results highlight the potential use of microorganisms to enhance the resistance of agroforestry species against P. cinnamomithe use of Solanum lycopersicum as a model organism to study plant-pathogen interactions was validated. This integrated approach provides new tools applicable to the sustainable management of diseases caused by this pathogen in agroforestry and natural systems. RESUMEN Phytophthora cinnamomi Rands es un fitopatógeno de distribución global, responsable de importantes pérdidas en ecosistemas forestales y agrícolas, con una amplia gama de especies vegetales hospedadoras. En la Península Ibérica, el cambio global asociado al calentamiento climático ha incrementado su incidencia y capacidad de dispersión. Dada la limitada eficacia de los métodos de control convencionales, resulta necesario desarrollar estrategias sostenibles basadas en el conocimiento de los mecanismos de interacción planta- patógeno y en el empleo de bioproductos que potencien la resistencia vegetal y preserven la biodiversidad del entorno. Esta tesis doctoral tiene como objetivo comprender las bases fisiológicas, bioquímicas y moleculares de la interacción entre plantas y Phytophthora cinnamomi a fin de identificar alternativas sostenibles para combatir al oomiceto. Para lo cual, se ha realizado una exhaustiva caracterización del patógeno, optimizando protocolos para su aislamiento, cultivo, conservación y análisis de viabilidad de las zoosporas. Se han descubierto nuevas características fisiológicas fundamentales para la virulencia del patógeno, específicamente, se ha demostrado la actividad pectinasa de las zoosporas, implicada en la degradación de la pared celular de los hospedadores. Se ha establecido un modelo experimental de interacción planta-patógeno utilizando Solanum lycopersicum, mediante el cual se han descrito los efectos de la infección sobre la germinación, el crecimiento y la respuesta defensiva de hospedadores, evidenciando la producción de especies reactivas de oxígeno, la deposición de calosa y la aparición de síntomas característicos, como respuesta defensiva de la planta a la infección por el oomiceto. Asimismo, se ha realizado un análisis transcriptómico que mostró una regulación significativa de genes relacionados con la respuesta defensiva, el estrés oxidativo y en mayor medida del metabolismo secundario, mientras que los estudios metabolómicos revelaron alteraciones compatibles con un estado de estrés inducido. A partir de microorganismos aislados de Quercus suber tolerantes se realizaron ensayos de confrontación in vitro., en los que varios los endófitos ejercieron una actividad antagonista destacable frente a Phytophthora cinnamomi. En conjunto, en esta tesis se ha caracterizado, por primera vez, la interacción entre S. lycopersicum y P. cinnamomi, a nivel fisiológico y molecular. Por otro lado, se han encontrado nuevas moléculas implicadas en la interacción entre hospedador y patógeno descubriendo moléculas esenciales para la defensa de la planta y para la virulencia del patógeno. Los resultados destacan el uso potencial de microorganismos para mejorar la resistencia de especies agroforestales contra P. cinnamomi. Este enfoque integrado proporciona nuevas herramientas aplicables al manejo sostenible de enfermedades causadas por este patógeno en sistemas agroforestales y naturales.