A multidisciplinary approach to investigate plant-pathogen interactions

Abstract

Pseudomonas syringae es una bacteria fitopatógena de gran interés tanto académico como económico, ya que afecta a gran variedad de cultivos hortícolas y ornamentales. Durante la interacción entre P. syringae y la planta se producen fenómenos de evasión de defensa cuyo estudio es el objetivo principal de esta tesis. Las poblaciones bacterianas han sido consideradas durante mucho tiempo clonales, y como tales, genética y fenotípicamente idénticas. Sin embargo, trabajos realizados durante las últimas décadas han demostrado que en condiciones de estrés, como las que se encuentra una bacteria fitopatógena en su hospedador, se pueden formar distintas subpoblaciones bacterianas (biestabilidad). Estos cambios se han asociado en bacterias patógenas de animales a modificaciones epigenéticas que causan heterogeneidad fenotípica reversible sin alterar el genotipo (Casadesús y Low, 2013). Pseudomonas syringae es una bacteria fitopatógena, cuya virulencia es dependiente del Sistema de Secreción Tipo III (T3SS). Durante la tesis, se ha analizado la expresión de tres genes del T3SS: un gen que codifica para una proteína estructural (hrcU), un regulador general del sistema (hrpL) y un efector (hopAB1). Hemos demostrado que la expresión de los tres genes es heterogénea cuando la bacteria crece en medio mínimo (HIM), y esta heterogeneidad se convierte en bistabilidad para el caso del efector hopAB1 durante la fase de crecimiento exponencial. En el interior de la planta, la bistabilidad de hopAB1 se intensifica, y la expresión del regulador hrpL se vuelve bistable. Además, la bistabilidad se revierte en pocas horas, indicando un origen no genético del proceso. La separación de poblaciones bacterianas basada en la expresión de hopAB1 y la posterior inoculación en planta demuestra que dichas diferencias en expresión tienen un efecto en la virulencia de la bacteria. Durante la interacción planta-patógeno, las plantas detectan a los microorganismos mediante receptores de membrana que reconocen patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs). Este reconocimiento lleva a la planta a activar una respuesta de defensa generalista llamada PTI (PAMP-Triggered Immunity). Pseudomonas syringae, mediante su T3SS, puede translocar proteínas llamadas efectores al interior de la célula vegetal. Algunos de estos efectores suprimen la respuesta PTI, permitiendo a la bacteria crecer y colonizar. Sin embargo, la planta ha desarrollado receptores intracelulares capaces de reconocer algunos de estos efectores, desencadenando respuestas fuertes y específicas (ETI, Effector-Triggered Immunity), que dispara la muerte celular local (HR, Hypersensitive Response) y la activación de una respuesta sistémica en la planta (SAR, Systemic Acquired Resistance). El efector HopZ1a suprime PTI, ETI y SAR (Macho et al., 2010; Lewis et al., 2014). HopZ1a se autoacetila en la lisina 289 (Lee et al., 2012), aunque este residuo no es esencial para la actividad del efector (Rufian et al., 2015; Ma et al., 2015). Aunque se han propuesto varias dianas moleculares de HopZ1a dentro de la planta, ninguna guarda una relación directa con la supresión de defensa descrita previamente. Una de estas dianas, ZED1, es una pseudoquinasa cuya única función es la detección de la actividad de HopZ1a para activar una respuesta de defensa (Lewis et al., 2013). Además, otros efectores de la familia YopJ/HopZ acetilan MAPK quinasas en sus hospedadores. En Arabidopsis existen 10 MAPK quinasas, una de las cuales, ZIP1, está implicada en la activación de defensas basales. Este fenotipo nos llevó a proponer a ZIP1 como la diana mediante la cual HopZ1a suprime defensas. Hemos demostrado que la supresión de defensas de HopZ1a es dependiente de ZIP1, y que ambas proteínas interaccionan tanto in vitro como in planta. Además, HopZ1a acetila a ZIP1 en una lisina esencial para su función, y no descrita previamente.