Rol funcional del metabolismo de Carotenoides durante la inmunidad gatillada por patrones moleculares en Prunus Avium CV. Lapins
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2025Metadata
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Stange Klein, Claudia Renate Andrea
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Rol funcional del metabolismo de Carotenoides durante la inmunidad gatillada por patrones moleculares en Prunus Avium CV. Lapins
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El cerezo (Prunus avium cv. Lapins) enfrenta desafíos fitosanitarios significativos,
como el cancro bacteriano causado por Pseudomonas syringae pv. syringae
(Pss), o el tizón de la flor y la pudrición gris en los frutos generados por Botrytis
cinerea, lo que ha impulsado la búsqueda de estrategias de manejo. Se propone
en la presente investigación que el estudio de la inmunidad vegetal puede
generar las herramientas para mitigar dicha problemática. La inmunidad vegetal
se basa en el reconocimiento de patrones moleculares asociados a
microorganismos, MAMPs (microorganism-associated molecular patterns),
mediante PRRs (pattern recognition receptors), desencadenando la PTI (Pattern
Triggered Immunity). Esto activa mecanismos de defensa tales como un estallido
oxidativo, reprogramación transcripcional, síntesis de metabolitos secundarios,
inducción de resistencia a enfermedades y en algunos casos, muerte celular
programada. Interesantemente, se han descrito variaciones en la expresión de
genes asociados al metabolismo de los carotenoides en plantas elicitadas con
MAMPs. Los carotenoides son pigmentos antioxidantes precursores de
apocarotenoides como el ácido abscísico (ABA), hormona relevante en conferir
tolerancia a estrés abiótico y en la defensa a ciertos patógenos. La presente
investigación analiza la inmunidad activada por dos MAMPs: la xilanasa inductora
de etileno, xyn11/eix, y el epítopo de 22 aminoácidos de la flagelina bacteriana,
flg22. Se conoce que estos MAMPs son reconocidos por los receptores de tomate
SlEIX2 y SlFLS2, respectivamente. Se caracterizaron PRRs del cerezo (Pa PRRs) que reconocen a xyn11/eix y flg22, investigando el papel del metabolismo
de los carotenoides durante PTI. Los genes PaEIX2 y PaFLS2 identificados en
cerezo son secuencias ortólogas a los receptores de tomate SlEIX2 y SlFLS2, y poseen los dominios típicos de receptores PRR funcionales. Además, mediante
expresión heteróloga en tabaco se determinó su localización en la membrana
plasmática y capacidad para activar la inmunidad de tipo PTI al inducir el estallido
oxidativo y, en el caso de PaEIX2, también la muerte celular programada. Se
evaluó adicionalmente la inducción de PTI en cerezo por los MAMPs xyn11/eix y
flg22, observándose que estos elicitores generan una respuesta diferencial en la
expresión de genes de defensa y en la intensidad en respuestas de defesa. Flg22
redujo significativamente la susceptibilidad a P. syringae pv syringae (Pss),
mientras que xyn11/eix fue más efectivo contra Botrytis cinerea (Bc),
evidenciando especificidad funcional en las rutas de señalización asociadas. Por
otro lado, aunque la elicitación con flg22 y xyn11/eix no indujo una acumulación
significativa de carotenoides, se identificaron variaciones en la expresión de
genes clave de su metabolismo. Por su parte flg22 provocó un aumento temprano
y transitorio de ABA, posiblemente relacionado con mecanismos de defensa
como la modulación estomática o el ajuste osmótico. En contraste, xyn11/eix no
indujo cambios relevantes en ABA, pero sí en la producción de etileno, sugiriendo
respuestas diferenciales en cerezo ante cada MAMP. Estos resultados reflejan
diferencias en los mecanismos de percepción y señalización asociados a cada
MAMP en el cerezo, así como la naturaleza específica de las respuestas
defensivas. Finalmente, se exploró el efecto de la aplicación exógena de
carotenoides, demostrando que esta estrategia reduce la susceptibilidad a Pss
de manera dependiente de la concentración y del tiempo post-aplicación. Sin
embargo, su eficacia fue limitada frente a Bc, lo que resalta la especificidad de
las interacciones planta-patógeno y la necesidad de investigar otros factores
moduladores. De esta manera, esta investigación puede sentar las bases de
nuevas estrategias de manejo fitosanitario en frutales de relevancia comercial. Cherry (Prunus avium cv. Lapins) faces significant phytosanitary challenges, such
as bacterial canker caused by Pseudomonas syringae pv. syringae (Pss), and
blossom blight and gray mold in fruits caused by Botrytis cinerea. These issues
have driven the search for alternative management strategies. This research
proposes that studying plant immunity can provide tools to address these
problems. Plant immunity relies on the recognition of microorganism-associated
molecular patterns (MAMPs) by pattern recognition receptors (PRRs), triggering
pattern-triggered immunity (PTI). This activation leads to defense mechanisms
such as oxidative bursts, transcriptional reprogramming, secondary metabolite
synthesis, disease resistance induction, and, in some cases, programmed cell
death. Interestingly, variations in the expression of genes associated with
carotenoid metabolism have been described in plants elicited with MAMPs.
Carotenoids are antioxidant pigments and precursors of apocarotenoids, such as
abscisic acid (ABA), a hormone crucial for conferring tolerance to abiotic stress
and defense against certain pathogens. This study analyzes immunity activated
by two MAMPs: the ethylene-inducing xylanase, xyn11/eix, and the 22-amino-acid
epitope of bacterial flagellin, flg22. These MAMPs are recognized by tomato
receptors SlEIX2 and SlFLS2, respectively. Cherry PRRs (Pa-PRRs) that
recognize xyn11/eix and flg22 were characterized, investigating the role of
carotenoid metabolism during PTI. The genes PaEIX2 and PaFLS2 identified in
cherry are orthologous sequences to tomato receptors SlEIX2 and SlFLS2 and
possess the typical domains of functional PRRs. Additionally, heterologous
expression in tobacco determined their plasma membrane localization and their
ability to activate PTI by inducing an oxidative burst and, in the case of PaEIX2, also programmed cell death. PTI induction in cherry by xyn11/eix and flg22 was
further evaluated, revealing that these elicitors generate differential responses in
defense gene expression and defense intensity. Flg22 significantly reduced
susceptibility to P. syringae pv. syringae (Pss), while xyn11/eix was more effective
against Botrytis cinerea (Bc), demonstrating functional specificity in associated
signaling pathways. Although elicitation with flg22 and xyn11/eix did not
significantly increase carotenoid accumulation, variations were identified in the
expression of key genes in their metabolism. Flg22 induced an early and transient
increase in ABA, possibly related to defense mechanisms such as stomatal
modulation or osmotic adjustment. In contrast, xyn11/EIX did not induce
significant changes in ABA levels, but did enhance ethylene production,
suggesting differential responses in cherry to each MAMP. These results highlight
differences in the perception and signaling mechanisms associated with each
MAMP in cherry, as well as the specific nature of defensive responses. Finally,
the effect of exogenous carotenoid application was explored, demonstrating that
this strategy reduces susceptibility to Pss in a concentration- and time-dependent
manner. However, its efficacy was limited against Bc, underscoring the specificity
of plant-pathogen interactions and the need to investigate additional modulatory
factors. This research lays the groundwork for new phytosanitary management
strategies in commercially important fruit crops.
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Tesis para optar al grado de Doctor en Biotecnología Molecular
Patrocinador
ANILLO ACTO190001, ACT192073, PAI7190027 y DI23I10052
Identifier
URI: https://repositorio.uchile.cl/handle/2250/205663
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