Gudesblat 29-7-16.pdf

Mecanismos de entrada de bacterias fitopatógenas ‐ Regulación estomática Gustavo Gudesblat
Fitopatología Molecular 2016
TRANSPIRACION
ALIMENTACION
http://www.sciencephoto.com/media/30306/enlarge
El intercambio de gases de las plantas con el aire ocurre a través de los estomas
Cuticula cerosa
Los estomas aparecieron muy temprano en la evolución en las plantas terrestres
Estoma fósil 410.000.000 años J. Exp. Bot. 49: 255‐ (1998)
The Plant Cell February 2010 vol. 22 no. 2 296‐306
Apertura
Oscuridad Luz
Cierre Acido abscísico ‐ Flagelina
Arabidopsis thaliana
Algunos patógenos usan los estomas como vía de colonización endofítica
https://www.youtube.com/watch?v=ylSrMwpH3GI
Pseudomonas syringae – Arabidopsis thaliana
New Phytologist (2014)
doi: 10.1111/nph.12916
Roya
del
café
Rijo et al.
(1990)
Patógenos que entran por estomas de relevancia en Argentina
Enfermedad
Patógeno
Cultivo afectado
Cita
Cancrosis de los
cítricos
Xanthomonas campestris pv. citri
Cítricos
(Graham et al., 2004)
Pústula bacteriana
Xanthomonas axonopodis
pv.glycines
Soja
(Goradia et al., 2004)
Quemazón
Pseudomonas syringae pv. tabaci
Soja y otras
leguminosas
(Melotto et al., 2006)
Mancha bacteriana
del tomate
Xanthomonas campestris pv.
vesicatoria
Tomate, pimiento
(Ramos & Volin, 1987)
Pústula bacteriana
Xanthomonas axonopodis pv.
phaseoli
Poroto
(Hildebrandt, 1950)
Rayado
Burkholderia andropogonis
Maíz y sorgo
(Horst, 2007)
Viruela del maní
Cercospora
Arachidicola Hori
Maní
(Pedelini, 2003)
Fusariosis de la
espiga de trigo
Fusarium graminearum
Trigo, avena
(Pritsch et al., 2000)
Excoriosis
Plasmopora viticola
Vid
(Cragnolini et al., 2009)
Roya de la soja
Phakospora pachyrhizi
Soja
(McLean, 1979)
Roya común del
maíz
Puccinia sorghi
Maíz, sorgo
(Hughes & Rijkenberg,
1985)
Roya del tallo
Puccinia graminis
Avena, trigo
(Leonard & Szabo,
2005)
http://rian.inta.gov.ar/atlas/#/Inicio
¿Cualquier patógeno puede potencialmente entrar por los estomas?
¿Es posible aumentar la resistencia a patógenos a través de limitar su entrada por estos poros?
La regulación activa del cierre estomático es clave para la economía del agua de las plantas
Agua: HR: 47 %
ψw:-103.7 Mpa
CO2:
400 ppm
Prolongación de la hidratación de la planta en condiciones de sequía
Optimización de la fijación de carbono en relación al agua evaporada
Control de las embolias del xilema en los árboles
Agua: HR: 95 %
ψw: -7,04 MPa
Plant Physiology. Taiz & Zeiger, 3ra ed.
Las plantas C3 pierden unas 50 moléculas de agua por cada una de CO2 fijada
Los estomas se abren y se cierran por ajuste osmótico de las células de la guarda
Engrosamientos radiales de la pared de las CG
¿Cómo se mide la apertura o conductancia estomática?
Analizador de fotosíntesis
Cámara infraroja
Bioensayo de apertura estomática
Cierre
2h
oscuridad
(en 10/0 =
MES pH
6,15)
Inhibición de
la apertura
+ Tratamiento
2 hs a la luz
Medición de la
apertura a 400 x
(pasaje a 10/50)
Promoción
del cierre
Epidermis u
hoja entera
Apertura
2 h a la
luz (en
10/50 =
MES pH
6,15) + KCl
50 mM
+ Tratamiento
2 hs a la luz
(en 10/50)
Improntas de siliconas u otros materiales (TP)
Medición de la
apertura a 400 x
¿Cómo responden los estomas ante la presencia de patógenos?
Las celulas de la guarda son capaces de perbicir MAMPs y DAMPs (motivos moleculares
derivados de microbios y generados durante la interacción con el hospedador)
Ello desencadena el cierre de los estomas y limita la entrada de patógenos
Los estomas pueden considerarse así como parte del sistema inmunitario de las plantas
Receptores conocidos de MAMPs y DAMPs
Monaghan & Zipfel, COPB 2012
FLS2 y EFR interactúan con BIK1, que fosforila y activa a RBOHD
Li 2014, Kadota 2014
Macho 2014
Receptor de lipopolisacárido bacteriano
Ranf, S. et al. Nat. Immunol. 16, 426–433 (2015).
LORE: lipooligosaccharide-specific reduced elicitation
Receptor con dominio lectina
Respuestas rápidas desencadenadas por LPS (y otros MAMPs)
Ranf, S. et al. Nat. Immunol. 16, 426–433 (2015).
¿Cómo evaden los patógenos la inmunidad estomática?
Fusicoccum amygdali abre los estomas a traves de la inhibicion de ATPasas
Frontiers in Bioscience 13, 6580‐6603, May 1, 2008
Plant Physiology, November 2004, Vol. 136, pp. 3703–3711
Cell 126, 969–980, September 8, 2006
Las bacterias y PAMPs bacterianos cierran los estomas, pero Pseudomonas syringae
pv. tomato puede reabrirlos al cabo de un tiempo
La reapertura es
mediada por la coronatina, un análogo
de la forma activa del ácido jasmónico
Las mutantes de la MPK3 son insensibles al factor de Xcc para el cierre por ABA
Cierre estomático por 1 h
Cierre estomático por 3 h
Xcc y Pst (a través de la coronatina) impiden el cierre estomático a través de la inhibición
de la síntesis de ROS por NADPH oxidasas (ABA, flg22) pero no por peroxidasas (ácido
salicílico)
No publicado
La acción del factor de Xcc depende de la presencia del receptor y componentes de señalización de la vía del ácido jasmónico
No publicado
¿El factor de Xcc es un análogo de JA?
La actividad se encuentra en un pico único de HPLC, y su peso molecular parece similar al de la coronatina (unos 350 daltons) The Bacterial Effector HopX1 Targets JAZ Transcriptional Repressors to Activate Jasmonate Signaling and Promote Infection in Arabidopsis. Plos Biol 2014
El efector HOPX1 de Pseudomonas
syringae pv. tabaci complementa a la mutante cor‐ de Pseudomonas
syringae pv. tomato y causa la degradación de los represores JAZ independientemente del proteasoma
La activación de la señalización de JA es una de formas de las bacterias de suprimir las
defensas dependientes de SA
Pseudomonas syringae pv. tomato
Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2012. 28:28.1–28.33
¿Pero qué hace el JA en los estomas y cual es su función fisiológica?
Suhita 2004
Munemasa 2007
Montillet 2013
Las mutantes coi1 responden normalmente a ABA y a MAMPs. Los patógenos necrótrofos no suelen entrar por estomas. La presencia de COI1 en los estomas sólo parece servir para permitir la acción de la coronatina y del factor de Xcc.
¿Cómo generar plantas resistentes a la entrada por estomas de Xcc y Pst ?
Expresión de un miRNAartificial
dirigido contra COI1 bajo un promotor específico de estomas
Wager 2012
¿Qué guía a los patógenos hacia los estomas?
Hoja
Impresión
Puccinia triticina – Roya del trigo
No publicado, colaboración Francisco Sacco, Martín Darino (INTA Castelar)
Salmonella enterica tambien entra a los estoma de lechuga y se refugia en el apolasto
Kroupitski 2009
Gottig 2009, PNAS
control Buffer (1), 5 M XacPNP or AtPNP‐A (2 and 3, respectively), 5 M
XacPNP or AtPNP‐A with 10 M methylene
blue (4 and 5, respectively); and
controls with NAA (6) or ABA (7). Xanthomonas campestris pv citri tiene un peptido natriuretico adquirido por
transferencia horizontal que permite a la bacteria abrir los estomas y reducir la severidad de los síntomas causados
¿Un mecanismo de evasión de la respuesta estomática? Una mutante en el fitocromo de Xcc 8004 evita parcialmente cerrar los estomas y es mas
virulenta
Cierre por 1 hora
EMBO R (2016), aceptado
El exopolisacárido de Xanthomonas campestris xantano
impide el cierre estomático de manera dependiente XcF
XcG
XcI
XcL
Las bacterias beneficiosas también reabren estomas, o evitan cerrarlos
Colaboración Fernando Pieckenstain, Matías Romero (INTECH – UNSAM)
J Immunol 2003; 171:3697‐3704
Patent US 7943316 B2 on oligos with PyNTTTTGT motif « Immunostimulatory oligonucleotides and uses thereof”
El oligonucleótido IMT504 se comporta como un MAMP
0,5
log (CFU/mg tissue)
Botrytis lesion area (mm2)
0,6
0,4
0,3
0,2
0,1
0
control
IMT 504 20ug/ml
15,00
10,00
5,00
0,00
control
IMT 504 20 µg/ml
Arabidopsis Col‐0 20 µg/ml = 2,6 µM. 10
8
6
Day 0
4
Day 4
2
0
Pst DC300
Stomatal aperture (µm)
Root length (mm)
20,00
12
IMT 504 20µg/ml +
Pst DC3000
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
C‐
ABA IMT504 IMT504 IMT504
4 ug/ml 10
20
ug/ml ug/ml
Screening de mutantes en una población mutagenizada con EMS
Inhibición del crecimiento de la raíz
0 µM
3 µM
De 15.000 plántulas se aislaron ~30 candidatas
Variación natural en la percepción de flagelina en Arabidopsis
Variantes naturales resistentes a la entrada de Pst por estomas
Busqueda de variantes naturales resistentes a coronatina y factor de Xcc
Apertura estomática (micrones)
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Col C
Col ABA
Col
ABA+COR
Kas‐2
Kas‐2 ABA
Kas‐2
ABA+COR
ABA+COR
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