Expresión de genes relacionados con patogénesis en jitomate silvestre (Solanum lycopersicum var. cerasciforme l.) Infectado con nematodos agalladores

Abstract

RESUMEN:

El cultivo de jitomate (Solanum lycopersicum L.) es con frecuencia afectado por los nematodos agalladores Meloidogyne spp. y Nacobbus aberrans (Na). Estos nematodos son patógenos biotróficos y en plantas susceptibles (interacción compatible) alteran la expresión de genes cuyos productos pueden afectar su ciclo de vida. La defensa contra estos patógenos es principalmente regulada por el ácido salicílico (AS), y se manifiesta con la expresión de algunos genes que codifican para proteínas relacionadas con patogénesis (PRs). Los objetivos de este trabajo fueron determinar el tipo de interacción que establecen M. enterolobii (Me), M. incognita (Mi) y Na con un genotipo local de jitomate silvestre (JSilv), y determinar mediante qRT-PCR los niveles de expresión de los genes PR-1, PR-2 y PR-5 en estas interacciones. Se establecieron dos experimentos independientes (E1 y E2), cada uno se repitió una vez. El diseño experimental fue completamente al azar. Como referencia de susceptibilidad a estos nematodos se incluyó al cv. Río grande (JRg). El E1 fue para determinar el tipo de interacción jitomate-nematodo agallador, y comprendió los tratamientos: JSilv+Me, JSilv+Mi, JSilv+Na, JRg+Me, JRg+Mi, y JRg+Na. El E2 fue para análisis de expresión génica en raíces a 2, 7 y 14 dpi (días post-inoculación). Hubo dos tratamientos adicionales -JSilv y JRg sin nematodo (Control)-. Los tres nematodos invadieron con éxito las raíces del JSilv al igual que en JRg. A 60 dpi, el agallamiento de raíces y producción de huevos fue evidente en ambos genotipos. Los genes PR-1, PR-2 y PR-5 fueron expresados diferencialmente en los dos genotipos de jitomate como respuesta a la infección por Me, Mi, y Na. En JSilv+Me, el gen fue sobre-expresado a 2 dpi, y fue disminuyendo a los 7 y 14 dpi (p<0.05). En JSilv+Mi la expresión fue creciente conforme transcurrió el tiempo, registrándose la mayor sobre-expresión a los 14 dpi (p<0.05). Los niveles de transcritos de PR-1 en JSilv+Na fueron constantes a lo largo del tiempo y siempre fueron inferiores (p<0.05). El gen PR-2, a 2 y 7 dpi fue sobre-expresado JSilv+Me. A14 dpi en ambos genotipos la expresión del gen fue reducida. Hubo incrementos en los niveles de transcritos de PR-2 a 7 y 14 dpi en JSilv+Na. En la interacción jitomate-Me, a los 2 dpi la expresión de PR-5 fue menor en JSilv. Sin embargo, a los 7 dpi, dicho gen se manifestó mayormente. En el caso de Mi, JSilv mantuvo la transcripción constante del gen a 7 y 14 dpi, mientras que a los 2 dpi el gen fue reprimido. A 2, 7 y 14 dpi con Na, el gen tuvo una expresión reducida en JSilv. El jitomate silvestre resultó susceptible a Me, Mi, y Na (interacción compatible), debido a que ellos completaron su ciclo de vida en sus raíces. Los cambios en los niveles de expresión de PR-1, PR-2, y PR-5 sugieren que Me, Mi, y Na estimulan o reprimen la resistencia sistémica adquirida (RSA) dependiente de AS en raíces de JSilv. Sin embargo, la estimulación de la RSA no tuvo significancia biológica pues no se evitó el establecimiento y reproducción de estos nematodos. Palabras clave: Meloidogyne enterolobii, Nacobbus aberrans, tinguaraque, modificaciones transcripcionales, resistencia sistémica adquirida.

ABSTRACT: Tomato (Solanum lycopersicum L.) crop is frequently affected by the root-knot nematodes Meloidogyne spp. and Nacobbus aberrans (Na). These nematodes are biotrophic pathogens and in susceptible plants (compatible interaction) alter the expression of genes whose products can affect their life cycle. The defense against these pathogens is mainly regulated by salicylic acid (AS), and manifests itself with the expression of some genes that code for pathogenesis-related proteins (PRs). The aims of this work were to determine the type of interaction established by M. enterolobii (Me), M. incognita (Mi) and Na with a local wild tomato genotype (JSilv), and determine by qRT-PCR the expression levels of PR-1, PR-2 and PR-5 genes in these interactions. Two independent experiments (E1 and E2) were established, each repeated once. The experimental design was completely random. As a reference of susceptibility to these nematodes, cv. Rio Grande (JRg) was included. The E1 was to determine the type of tomato/root-knot nematode interaction, and included the treatments: JSilv+Me, JSilv+Mi, JSilv+Na, JRg+Me, JRg+Mi, and JRg+Na. The E2 was for gene expression analysis in roots at 2, 7 and 14 dpi (day’s post-inoculation). There were two additional treatments - JSilv and JRg without nematode (Control) -. The three nematodes successfully invaded the roots of JSilv as in JRg. At 60 dpi, root galling and egg production was evident in both tomato genotypes. The PR-1, PR-2 and PR-5 genes were differentially expressed in the two tomato genotypes in response to infection by Me, Mi, and Na. In JSilv+Me, the gene was overexpressed at 2 dpi, and was decreasing at 7 and 14 dpi (p<0.05). In JSilv+Mi the expression was increasing as time passed, with the highest over-expression being recorded at 14 dpi (p<0.05). PR-1 transcript levels in JSilv+Na were constant over time and were always lower (p<0.05). The PR-2 gene, at 2 and 7 dpi was over-expressed JSilv+Me. At 14 dpi in both genotypes, gene expression was reduced. There were increases in the levels of PR-2 transcripts at 7 and 14 dpi in JSilv+Na. In the tomato-Me interaction, at 2 dpi the PR-5 expression was lower in JSilv. However, at 7 dpi, this gene manifested itself mostly. In the case of Mi, JSilv maintained the constant transcription of the gene at 7 and 14 dpi, while at 2 dpi the gene was repressed. At 2, 7 and 14 dpi with Na, the gene had a reduced expression in JSilv. The wild tomato was susceptible to Me, Mi, and Na (compatible interaction), because they completed their life cycle in JSilv roots. Alterations in PR-1, PR-2, and PR-5 expression levels suggest that Me, Mi, and Na stimulate or suppress AS-dependent acquired systemic resistance (RSA) in JSilv roots. However, the stimulation of RSA had no biological significance since the establishment and reproduction of these nematodes was not avoided. Key words: Meloidogyne enterolobii, Nacobbus aberrans, tinguaraque, transcriptional modifications, systemic acquired resistance.