Expresión de genes marcadores de resistencia sistémica inducida en Arabidopsis thaliana infectada por nematodos agalladores

Abstract

RESUMEN: Los nematodos agalladores (NAGs) limitan la producción agrícola. Los NAGs son patógenos biotróficos y establecen una relación altamente especializada con sus hospedantes, promoviendo la alteración de genes relacionados con la defensa del hospedante. En respuesta al ataque por patógenos, las plantas activan sus mecanismos de defensa a nivel local y sistémico, la regulación de estas defensas es promovida por la acción de varias fitohormonas y se diferencian en resistencia sistémica adquirida (RSA: por ácido salicílico) e inducida (RSI: por ácido jasmónico y etileno). Al respecto, surgió el interés por conocer las modificaciones transcripcionales que Meloidogyne enterolobii (Me) y Nacobbus aberrans (Na) inducen en Arabidopsis thaliana (At, ecotipo Columbia) a nivel local (raíces) y sistémico (follaje). Para ello, mediante qRT-PCR se determinaron niveles de expresión de genes marcadores de RSI (PR3 y PR4), y de ácido jasmónico (VSP); y adicionalmente, se determinó el tipo de interacción que establecen Me y Na con At. Se establecieron dos experimentos independientes, en el primero se evaluó el desarrollo del nematodo en At; y el segundo correspondió a los análisis de expresión. Se incluyó a M. incognita (Mi), como referencia de interacción compatible At-nematodo. Los tratamientos evaluados consistieron de plantas de At: 1) inoculadas con Me (At-Me), 2) inoculadas con Mi (At-Mi), 3) inoculadas con Na (At-Na), y 4) At sin inoculación (Control). Los tiempos de muestreo fueron 2, 7, 14, y 30 días pos inoculación (dpi) con juveniles de segundo estadio (J2). El nivel de inoculo fue de 500 J2/planta. En el experimento 1, a 7, 14 y 30 dpi el número de individuos de Me fue superior a Mi en un 864 %, 374 % y un 455 %, respectivamente (p<0.05). Para N. aberrans (Na), a los 7, 14 y 30 dpi el número de individuos de Na fue 913.6363 %, 435.7087 % y 21.4997 % superior a M. incognita (Mi), respectivamente. En contraste con M. enterolobii (Me), a 7 y 14 dpi, Na fue 17.2141 % y 43.0514 % superior, respectivamente; mientras que a 30 dpi fue 73.3552 inferior (p<0.05). A 30 dpi, el número de agallas inducidas por Me fue 89.0469 % superior al registrado por Mi. No fue evidente la presencia de agallas en raíces de plantas inoculadas con Na. En el experimento 2, a nivel local, en general PR3, PR4, y VSP fueron sobre-expresados en respuesta a la inoculación con NAGs; a nivel sistémico, los tres genes fueron generalmente reprimidos en los últimos tiempos de evaluación. En conclusión, M. enterolobii se desarrolló y concluyó con éxito su ciclo de vida en A. thaliana, aparentemente la agresividad de este nematodo fue superior a la de M. incognita, en ambos casos la interacción fue de tipo compatible. En cuanto a N. aberrans, los resultados obtenidos sugieren una interacción incompatible pues no fue observable la presencia de hembras adultas ni hubo formación de agallas en A. thaliana. Con respecto a los niveles de expresión génica, esta fue diferencial, M. enterolobii y N. aberrans modificaron los niveles de los genes marcadores de RSI (PR3 y PR4), y de ácido jasmónico (VSP) a nivel local (raíces) y sistémico (follaje), dicho fenómeno fue contrastante con lo registrado en las plantas Control. Palabras clave: Meloidogyne enterolobii, Nacobbus aberrans, ciclo de vida, genes de defensa, proteínas relacionadas con patogénesis.

ABSTRACT: The root-knot nematodes (RKN) limit agricultural production. RKN are biotrophic pathogens and have a highly specialized relationship with their hosts, promoting the alteration of genes related to the defense of the host. In response to attack by pathogens, the plants activate their defense mechanisms at the local and systemic level, the regulation of these defenses is promoted by the action of several phytohormones and they differ in the acquired systemic resistance (SAR: by salicylic acid) and induced (ISR: for jasmonic acid and ethylene). In this regard, there was interest in knowing the transcriptional modifications of Meloidogyne enterolobii (Me) and Nacobbus aberrans (Na) induce in Arabidopsis thaliana (At, ecotype Columbia) at the local (roots) and systemic level (foliage). To do this, the levels of expression of ISR marker genes (PR3 and PR4) and jasmonic acid (VSP) are determined by qRT-PCR; and additionally, the type of interaction that was related to Me and Na with At was determined. Two independent experiments were established, in the first the development of the nematode in At was evaluated; and the second corresponds to the expression analysis. M. incognita (Mi) was included as a reference for compatible At-nematode interaction. The treatments evaluated consisted of plants of: 1) inoculated with Me (At-Me), 2) inoculated with Mi (At-Mi), 3) inoculated with Na (At-Na), and 4) In without inoculation (Control) . The sampling times were 2, 7, 14 and 30 days post-inoculation (dpi) with juveniles of second stage (J2). The inoculum level was 500 J2 / plant. In experiment 1, at 7, 14 and 30 dpi, the number of individuals of Me was greater than Mi by 864%, 374% and 455%, respectively (p <0.05). For N. aberrans (Na), at 7, 14 and 30 dpi the number of individuals of Na was 913.6363%, 435.7087% and 21.4997% higher than M. incognita (Mi), respectively. In contrast to M. enterolobii (Me), at 7 and 14 dpi, Na was 17.2141% and 43.0514% higher, respectively; While at 30 dpi it was 73.3552 lower (p <0.05). At 30 dpi, the number of galls induced by me was 89.0469% higher than that registered by me. The presence of galls on the roots of plants inoculated with Na was not evident. In experiment 2, a local level, in general PR3, PR4 and VSP were over-expressed in response to inoculation with ; A systemic level, the three genes were generally repressed in the last evaluation times. In conclusion, M. enterolobii is followed and concluded with a life cycle in A. thaliana, apparently the aggressiveness of this nematode was superior to that of M. incognita, in both cases, and the interaction was compatible. As for N. aberrans, the results appeared as an incompatible interaction because the presence of adults was not observable and there was no gall formation in A. thaliana. Regarding the levels of gene expression, this was differential, M. enterolobii and N. aberrans modified the levels of the ISR marker genes (PR3 and PR4), and jasmonic acid (VSP) at the local (roots) and systemic levels (foliage), this phenomenon was contrasted with what was recorded in the Control plants. Key words: Meloidogyne enterolobii, Nacobbus aberrans, life cycle, defense genes, proteins related to pathogenesis.