UVR8 media la respuestas de defensa contra Botrytis cinerea en

Área de Posgrado en Ciencias de las Plantas y Recursos Naturales
CICLO DE SEMINARIOS : 2012
UVR8 media la respuestas de defensa contra Botrytis cinerea en Arabidopsis
inducida por la radiación UV-B a través del control de la acumulación de
Sinapate
Estudiante: Laura S. Peirone
INTRODUCCION
La luz es un regulador importante de las interacciones entre plantas y los organismos
consumidores. Estudios en ecosistemas naturales manejados han mostrado que el sombreo y
la alta densidad de plantas incrementan la infección de un amplio número de patógenos
(Roberts y Paul, 2006). Estos efectos frecuentemente son atribuidos a otros factores como la
humedad ambiental y de las hojas, los cuales son importantes para un desarrollo exitoso de los
patógenos. Los mecanismos que modulan estos efectos de la luz en la inmunidad de las
plantas no han sido bien comprendidos, pero existe evidencia de los últimos años que indica
que la luz, actuando a través de fotoreceptores específicos, pueden ser importantes
moduladores de las vías de señal hormonal involucradas en la defensa de las plantas contra
plagas (Ballare, 2011; Kazan y Manners, 2011). Se han reportado efectos de la radiación solar
UV-B (280–315 nm), la cual incrementa la resistencia de las plantas a insectos herbívoros bajo
condiciones de campo (Ballare et al., 2011; Kuhlmann and Muller, 2011). Parte de estos
efectos pueden ser atribuidos a cambios en la calidad de los tejidos de las plantas inducidos
por la radiación UV-B (Mazza et al., 1999), lo que incluye la acumulación de componentes
fenólicos de protección y el aumento de las respuestas de defensa dependientes del
Jasmonato (JA) (Demkura et al., 2010). Sin embargo, los efectos de la radiación solar UV-B
sobre las enfermedades microbianas no han sido estudiadas en gran detalle. Un gran avance
en el entendimiento de la respuesta de las plantas a la radiación UV-B fue la identificación del
fotoreceptor UVR8 (Rizzini et al., 2011), el cual controla la expresión de numerosos genes
involucrados en la aclimatación y protección contra la radiación UV-B (Jenkins, 2009). Los
efectos de la radiación solar UV-B sobre la resistencia a organismos patógenos y herbívoros no
han sido aún relacionados con la respuesta mediada por el fotoreceptor UVR8 (Ballaré et al.,
2011).
Materiales y Métodos
Se utilizaron plantas de tipo salvaje (WT) y mutantes de Arabidopsis thaliana cultivadas en
macetas y en invernáculo bajo condiciones de día corto (ciclos de 10/14 horas luz/oscuridad),
con temperaturas entre 9 y 25ºC. Los niveles máximos de radiación fotosintéticamente activa
(PAR) variaron entre 600 y 1000 lmol m-2.s-1. Los mutantes utilizados fueron: uvr8-6, uvr8,fah17, tt4-1,jar1-1, pad3-1, pen2-1,pad3-pen2 (mutante doble) y una línea transgénica
P35S:JAZ10.4. Plantas de Arabidopsis de igual edad y tamaño (3-4 semanas de edad) se
trataron con: niveles naturales de PAR, (tratamiento control C) o PAR suplementada con bajos
niveles de radiación UV-B (tratamiento UV-B) a partir de lámparas fluorescentes.
Aleatoriamente, se asignaron, además, los tratamientos: a) inducción de Metil Jasmonato
(MeJA) y b) inoculación con Botricis cinérea (B. cinerea), cuatro días después de la irradiación.
La inoculación de B. cinérea se realizó en 5 hojas de plantas de 4 semanas de edad. Después
de 48 hs hojas infectadas fueron cosechadas y escaneadas para medir las áreas de lesiones.
Un tratamiento con Metil JA, precursor de JA se llevó a cabo para evaluar el efecto de la
radiación UV-B en la respuesta de las plantas a éste. Las plantas fueron cosechadas 3 días
después de la inducción del tratamiento e inmediatamente congeladas en nitrógeno líquido
para análisis de expresión genética. Para la determinación de compuestos fenólicos en hojas
se utilizaron imágenes de fluorescencia de la clorofila. ARN total fue extraído a partir de 100 mg
de tejido congelado para la evaluación de la expresión génica.
Resultados y discusión:
Bajos niveles de radiación UV-B incrementan la resistencia de la planta a B. cinerea vía
fotoreceptor UVR8. El tratamiento UV-B redujo el tamaño de las lesiones producidas por el
patógeno en hojas de plantas WT, siendo ésta una respuesta típica de plantas de Arabidopsis
Área de Posgrado en Ciencias de las Plantas y Recursos Naturales
CICLO DE SEMINARIOS : 2012
creciendo en el campo con niveles naturales de radiación UV-B. El mutante uvr8-6 fue menos
inhibido que el WT, esta observación es consistente con la hipótesis de que la inhibición del
crecimiento como respuesta ecológicamente adaptativa a los niveles de radiación de UV-B está
mediada por un fotoreceptor. Este efecto proteccionista de UV-B no era perceptible en el
mutante uvr8, indicando que se requiere de la activación del fotoreceptor UVR8.
El efecto de UV-B sobre la resistencia a B. cinerea no está mediada por los cambios en
la respuesta de Jasmonato (JA). Las Plantas se defienden de patógenos necrotróficos, tales
como B. cinerea, mediante la activación de la vía de respuesta a JA. A través de la medición de
los niveles de expresión de una defensina vegetal y un gen VSP1, sensible a JA, se encontró
que ninguno de estos marcadores de respuesta al JA mostaron cambios significativos a la
radiación UV-B. Para investigar adicionalmente el papel potencial de JA en el efecto de UV-B
sobre la resistencia de las plantas a B. cinerea, se utilizaron dos genotipos: jar1-1, que poseía
deterioro en la sensibilidad al JA y es más sensible a B. cinerea y P35S:JAZ10.4, una línea
transgénica insensible a JA. Resultados en este experimento complementario confirmaron la
falta de sensibilidad a JA de la línea P35S:JAZ10.4 y falta completa de respuesta al MeJA en
varios marcadores típicos de respuesta a JA. Las plantas de jar1-1 y P35: JAZ10.4 fueron más
susceptibles a B. cinerea que las de tipo salvaje, como se esperaba, pero la radiación UV-B
tuvo un similar efecto, el aumento de resistencia de la planta al hongo en los tres genotipos. A
partir de estos experimentos, se concluye que el efecto de la radiación UV-B incrementando en
Arabidopsis la resistencia a B. cinerea es poco probable que sea mediada por cambios
inducidos por UV-B en la señalización del JA.
El efecto de UV-B sobre la resistencia a B. cinerea no es mediada por cambios en
algunos compuestos fenolicos. Un importante factor determinante de la resistencia a la
infección por patógenos es la producción de compuestos fenólicos, uno de ellos: GS. Un
metabolito de defensa derivado del triptofano, camalexin, también desempeña un papel
importante en la defensa a patógenos en Arabidopsis. No se observó en este estudio ningún
efecto del tratamiento de radiación UV-B en los niveles de transcripción de dos genes clave de
compuestos fenólicos. Se realizó bioensayos de infección de B.cinierea con 3 mutantes
deficientes en la producción de productos bioactivos de hidrólisis de dichos compuestos y una
doble mutante. Estos mutantes fueron más sensibles que el tipo salvaje a la infección por B.
cinérea. Sin embargo, la expresión del efecto UV-B en la defensa de la planta estaba
completamente conservado en todos ellos.
El efecto UV-B sobre la resistencia de las plantas a B. cinerea es probablemente mediada
por la producción de Sinapate. Se observó una disminución en la fluorescencia de la clorofila
inducida por UV causada por la acumulación de compuestos fenólicos de absorción de UV, lo
que reduce la penetración de UV a los cloroplastos. Los resultados del análisis de metabolitos
confirmaron que dos de los principales flavonoides en Arabidopsis están fuertemente inducidos
por la radiación UV-B, y que esta inducción es mediada por UVR8. Además, se encontró que la
acumulación de sinapates necesario para la biosíntesis de lignina en respuesta a la radiación
UV-B era completamente dependiente de UVR8. Estos resultados sugieren que los efectos
fisiológicos de dosis de UVB aumentando la resistencia a B. cinérea en Arabidopsis son el
resultado de la producción de sinapates mediadas por UVR8. Estos resultados indican que
UVR8 juega un rol importante en la mediación de los efectos de la radiación solar UV-B sobre
la resistencia de los patógenos a través del control de la expresión en las vías de biosíntesis
del sinapate.
Hay evidencia creciente de que la luz es un importante modulador de defensa de la planta
frente a patógenos. Estos resultados confirman y añaden a UVR8 a la lista de fotoreceptores
fotomorfogenicos que regulan la expresión de defensas antimicrobianas, y proporcionan una
explicación funcional de los efectos radiación solares UV-B en la protección de de las plantas
contra infecciones por parte del patógeno necrotrófico de hoja B. cinérea. El presente trabajo
confirma el papel importante de compuestos relacionadas con la defensa mostrando que los
mutantes deficientes en las enzimas clave implicadas en la síntesis o procesos de estos
metabolitos son hipersensibles a la infección fúngica. Sin embargo, también demuestran que
estos metabolitos no son ni inducidos por niveles naturales de radiación UV-B, ni se requiere
para la expresión del efecto protector de la radiación UV-B en defensa de la planta. En
conclusión, este estudio demuestra que las variaciones en radiaciones UV-B, percibidos por
Área de Posgrado en Ciencias de las Plantas y Recursos Naturales
CICLO DE SEMINARIOS : 2012
UVR8, debe añadirse a la lista de las señales ambientales que regulan la expresión de planta
defensa en plantas. Los autores sugieren que reducción de la resistencia de las plantas a las
enfermedades asociadas con sombreado y aumento de la densidad de la canopia podría ser
causada, al menos en parte, por la pérdida de efecto protector de la radiación UV-B en
condiciones de reducida exposición de luz solar. los mecanismos de defensa activados por
radiación UV-B podrían ser objetivos interesantes para su utilización en la agricultura.
Bibliografía
Ballaré C.; Mazza C.; Austin A.; Pierik R. 2012. Canopy light and plant health. Plant Physiology.160:145155.
Ballaré , C.L. 2011. Jasmonate-induced defenses: a tale of intelligence, collaborators and rascals. Trends
Plant Sci. 16, 249–257.
Demkura, P.V., Abdala, G., Baldwin, I.T., y Ballaré , C.L. 2010.Jasmonate-dependent and -independent
pathways mediate specific effects of solar ultraviolet-B radiation on leaf phenol .
Demkura P. y Ballaré C. 2012. Molecular Plant.(5):.642–652.
Kazan, K., and Manners, J.M. 2011. The interplay between light and jasmonate signalling during defence
and development. J.Expt. Bot. 62, 4087–4100.
Kuhlmann, F., and Muller, C. 2011. Impacts of ultraviolet radiation on interactions between plants and
herbivorous insects:a chemo-ecological perspective. Progress in Botany. 72, 305–347.
Mazza, C.A., Zavala, J., Scopel, A.L., and Ballaré , C.L. (1999). Perception of solar UVB radiation by
phytophagous insects: behavioral responses and ecosystem implications. Proc. Natl Acad. Sci. U S A.
96, 980–985
Rizzini, L. 2011. Perception of UV-B by the Arabidopsis UVR8 protein. Science. 332, 103–106.
Roberts, M.R., and Paul, N.D. 2006. Seduced by the dark side: integrating molecular and ecological
perspectives on the influenceof light on plant defence against pests and pathogens. New Phytol.170,
677–699.
Stratmann, J.W., Stelmach, B.A.,Weiler, E.W., and Ryan, C.A. 2000.UVB/UVA radiation activates a 48
kDa myelin basic protein kinaseand potentiates wound signaling in tomato leaves. Photochem.Photobiol.
71, 116–123.