Genética Molecular y Genómica Funcional de las Interacciones Planta-Microorganismo

Resumen

Uno de los problemas más importantes en la producción agrícola es la pérdida de los cultivos por diferentes tipos de estreses ambientales, tanto bióticos como abióticos, los cuales reducen significativamente el rendimiento de la producción. El estrés biótico es producido por organismos vivos, tales como plantas, insectos o microorganismos patógenos (hongos, bacterias y virus), mientras que el estrés abiótico se produce por condiciones ambientales desfavorables que afectan el desarrollo de la planta. Se ha demostrado que existe un importante entrecruzamiento entre las vías que responden a los diferentes tipos de estrés en plantas. En nuestro grupo de trabajo se estudian diversas interacciones entre plantas de relevancia agronómica y bacterias fitopatógenas, que conducen a la enfermedad de la planta o bien a una respuesta de defensa por parte de la misma. Estas interacciones son estudiadas desde el punto de vista de la planta utilizando principalmente técnicas de genómica funcional y en las bacterias mediante genética molecular. El conocimiento obtenido en estas líneas posibilitará en el futuro diseñar estrategias que permitan el mejoramiento genético de los cultivos para generar resistencia al ataque por patógenos.

Líneas de Investigación

Influencia de los factores ambientales en la regulación de genes implicados en la patogénesis de Xanthomonas citri subsp. citri durante la cancrosis de los cítricos

Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc) es la bacteria responsable de la cancrosis de los cítricos, enfermedad que provoca grandes pérdidas económicas en las zonas productoras de cítricos. La secuenciación del genoma de Xcc permitió la identificación in silico de genes que codifican para fotorreceptores de luz azul (dos fotorreceptores tipo BLUF y uno tipo LOV) y de luz roja (un bacterio-fitocromo). La presencia de estos genes nos permite postular una probable regulación por luz de la virulencia de este fitopatógeno. En este proyecto se plantea el estudio de estos novedosos fotorreceptores bacterianos, tanto su estructura, fotoquímica y actividad, como su rol durante la interacción de Xcc con plantas hospedadoras (interacción compatible que conduce a la enfermedad) y no hospedadoras (interacción incompatible). Para lograr los objetivos deseados se propone la utilización de métodos biofísicos como espectroscopia de absorción y fluorescencia para la detección de especies foto-inducidas y métodos resueltos en el tiempo como flash fotólisis y espectroscopia optoacústica inducida por láser o LIOAS para la identificación de estados excitados transitorios, como métodos enzimáticos para caracterizar la actividad de las diferentes proteínas con dominios fotorreceptores. Por otro lado, la generación de cepas de Xcc mutantes en los genes que codifican para dichas proteínas se utilizará para evaluar el rol de los mismos en la fisiología bacteriana y en el desarrollo de enfermedad durante la infección de distintos tipos de plantas. El efecto de la luz en la fisiología de bacterias quimioheterótrofas es un nuevo paradigma que ha despertado interés a nivel mundial. El conocimiento del papel de la luz en los procesos de virulencia de Xcc contribuirá al estudio de los procesos de interacción planta-patógeno. Por otra parte, el estudio de la estructura y los mecanismos fotoquímicos de activación de los fotorreceptores de Xcc contribuirá al conocimiento de este nuevo grupo de proteínas bacterianas receptoras de luz.

Análisis de los cambios transcripcionales en plantas Rutáceas en respuesta a patógenos bacterianos.

Los cítricos constituyen la producción frutícola más importante en el mundo. Estos se ven afectados por distintas enfermedades que generan cuantiosas pérdidas en la producción. Como parte de esta línea de trabajo se estudian los transcriptomas de distintas interacciones entre plantas de la familia de las Rutáceas y bacterias fitopatógenas del género Xanthomonas spp., a fin de dilucidar los mecanismos moleculares que ocurren durante los procesos de enfermedad y defensa. Los diferentes transcriptomas son evaluados en su conjunto con el objetivo de seleccionar genes candidatos a ser utilizados en nuevos métodos de mejoramiento genético para generar resistencia a diferentes enfermedades. El conocimiento de las bases moleculares de estas interacciones planta-patógeno posibilitará, en el largo plazo, el diseño de nuevas estrategias para controlar enfermedades de los cítricos. La obtención de plantas de cítricos transgénicas, tolerantes o resistentes, sería un método efectivo y económico para su control.

Estudio de los mecanismos moleculares de modificación post-traduccional en Ralstonia solanacearum y su implicancia en los procesos de virulencia.

La glicosilación de proteínas constituye uno de los principales mecanismos de modificación post-traduccional en bacterias. Las proteínas glicosiladas se encuentran generalmente expuestas sobre la superficie celular, por lo que su función biológica podría tener un importante papel para la patogénesis. En ciertas bacterias patógenas de animales la transferencia "en bloque" de oligosacáridos a proteína aceptoras mediante la acción de una oligosacariltransferasa (OTasa) constituye un sistema general para la glicosilación de numerosas proteínas de membrana, estructural y funcionalmente diversas. Ralstonia solanacearum es una bacteria Gram-negativa del suelo que causa enfermedad en más de 200 especies de plantas, incluyendo diversos cultivos de importancia económica. En trabajos recientes realizados por nuestro grupo se ha identificado en el genoma de R. solanacearum una enzima de tipo OTasa. El objetivo del presente proyecto se orienta a evaluar la función global de esta enzima identificando sus posibles blancos proteicos sobre la superficie celular. Se plantea también estudiar su posible regulación por los principales factores transcripcionales que controlan la patogenicidad de esta bacteria. Los estudios planteados nos permitirán determinar si la OTasa forma parte de la maquinaria de virulencia que se activa en R. solanacearum durante la interacción con sus plantas hospedadoras.

Publicaciones Seleccionadas

  • Daurelio L.D., Romero M.S., Petrocelli S., Merelo P., Cortadi A.A., Talón M., Tadeo F.R., Orellano E.G. (2013) Characterization of Citrus sinensis transcription factors closely associated with the non-host response to Xanthomonas campestris pv. vesicatoria. J Plant Physiol. 170(10):934-42. doi: 10.1016/j.jplph.2013.01.011.
  • Tondo M.L., Hurtado-Guerrero R., Ceccarelli E.A., Medina M., Orellano E.G., Martínez-Júlvez M. (2013) Crystal structure of the FAD-containing ferredoxin-NADP+ reductase from the plant pathogen Xanthomonas axonopodis pv. citri. Biomed Res Int. 2013:906572. doi: 10.1155/2013/906572.
  • Kraiselburd I., Daurelio L.D., Tondo M.L., Merelo P., Cortadi A.A., Talón M., Tadeo F.R., Orellano E.G. (2013) The LOV protein of Xanthomonas citri subsp. citri plays a significant role in the counteraction of plant immune responses during citrus canker. PLoS One 8(11):e80930. doi: 10.1371/journal.pone.0080930.
  • Petrocelli S., Tondo M.L., Daurelio L.D., Orellano E.G. (2012) Modifications of Xanthomonas axonopodis pv. citri lipopolysaccharide affect the basal response and the virulence process during citrus canker. PLoS One 7(7):e40051. doi: 10.1371/journal.pone.0040051.
  • Kraiselburd I., Alet A.I., Tondo M.L., Petrocelli S., Daurelio L.D., Monzón J., Ruiz O.A., Losi A., Orellano E.G. (2012) A LOV protein modulates the physiological attributes of Xanthomonas axonopodis pv. citri relevant for host plant colonization. PLoS One 7(6):e38226. doi: 10.1371/journal.pone.0038226.
  • Casabuono A.*, Petrocelli S.*, Ottado J., Orellano E.G.#, Couto A.S.#(2011) Structural analysis and involvement in plant innate immunity of Xanthomonas axonopodis pv. citri lipopolysaccharide. J Biol Chem. 286(29):25628-43. doi: 10.1074/jbc.M110.186049. *These authors contributed equally to this work; #Corresponding authors.
  • Daurelio L.D., Petrocelli S., Blanco F., Holuigue L., Ottado J., Orellano E.G. (2011) Transcriptome analysis reveals novel genes involved in nonhost response to bacterial infection in tobacco. J Plant Physiol. 168(4):382-91. doi: 10.1016/j.jplph.2010.07.014.
  • Tondo M.L., Musumeci M.A., Delprato M.L., Ceccarelli E.A., Orellano E.G. (2011) Structural-functional characterization and physiological significance of ferredoxin-NADP reductase from Xanthomonas axonopodis pv. citri. PLoS One 6(11):e27124. doi: 10.1371/journal.pone.0027124.
  • Tondo M.L., Petrocelli S., Ottado J., Orellano E.G. (2010) The monofunctional catalase KatE of Xanthomonas axonopodis pv. citri is required for full virulence in citrus plants. PLoS One 5(5):e10803. doi: 10.1371/journal.pone.0010803.
  • Daurelio L.D., Checa S.K., Barrio J.M., Ottado J., Orellano E.G. (2009) Characterization of Citrus sinensis type 1 mitochondrial alternative oxidase and expression analysis in biotic stress. Biosci Rep. 30(1):59-71. doi: 10.1042/BSR20080180.

Colaboradores

Dr. Francisco Tadeo (Centre de Genómica, IVIA, España)
Dr. Manuel Talón (Centre de Genómica, IVIA, España)
Dr. Stephan Genin (LIPM, INRA-CNRS, Francia)
Dra. Milagros Medina (Universidad de Zaragoza, BIFI, España)
Dra. María Julia Pianzzola (Universidad de la República, Uruguay)
Dra. María Inés Siri (Universidad de la República, Uruguay)
Dra. María Eugenia Farías (PROIMI, CCT-Tucumán, Argentina)
Dra. Alicia Couto (Centro de Investigaciones en Hidratos de Carbono, Universidad de Buenos Aires, Argentina)
Dr. Leandro Moreira (DECBI, NUPEB, Universidad Federal de Ouro Preto, Brasil)
Dra. Aba Losi (Departamento de Física, Universidad de Parma, Italia)
Dr. Wolfgang Gärtner (Max Planck Institute für chemische Energiekonversion, Mülheim un der Ruhr, Alemania)
Dr. Chuck Farah (Instituto de Química, Universidad de San Pablo, Brasil)

Subsidios

• PICT 2010-1762, Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT): “Regulación por luz de la patogenicidad de Xanthomonas en plantas”.
• PIP 0873, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET): “Regulación por luz de la patogenicidad de Xanthomonas en plantas”.
• BIO 1BIO269, Universidad Nacional de Rosario (UNR): “Influencia de factores ambientales en la regulación de genes implicados en la patogénesis y/o virulencia de Xanthomonas axonopodis pv. citri durante la cancrosis de los cítricos”.
• PIP 0394, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET): “Análisis de los cambios transcripcionales en plantas Rutáceas en respuesta a patógenos bacterianos. Búsqueda de genes y regiones promotoras en cítricos que promuevan su resistencia a la cancrosis”.

Director

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Orellano, Elena G.
Sede Facultad
Email: orellano@ibr-conicet.gov.ar
Tel: +54 341 4350596/4350661
Oficina Int: 106
Laboratorio Int: 106

Investigadores

Lucas D. Daurelio
María Laura Tondo

Becarios Doctorales

  • Laura Moyano
  • Analía Carrau
  • Ma. Josefina Tano

Imágenes

Infección de hojas de cítricos con Xanthomonas citri subsp. citri salvaje (WT) y mutantes en el lipopolisacárido (Xacwzt y Xacrfb303) y curvas de crecimiento bacteriano in planta.