Genómica Funcional Planta-Patógeno

Resumen

Los proyectos de investigación que se llevan adelante en nuestro grupo están orientados al estudio de la genética molecular de la interacción planta-patógeno. En particular, analizamos distintos aspectos de los mecanismos de defensa producidas por patógenos en plantas superiores. Nos interesa identificar los genotipos más resistentes y también desarrollar herramientas que confieran protección a diferentes enfermedades. De esta manera, podemos colaborar con el sector productivo tanto en la transferencia de conocimientos como de nuevas tecnologías que apunten a mejorar la calidad sanitaria de nuestros cultivos y a evitar pérdidas en la cosecha.

Líneas de Investigación

Bases genéticas de la resistencia a la cancrosis de los cítricos

Los cítricos son uno de los cultivos más importantes dentro de la fruticultura Nacional. Una de las enfermedades que limita la comercialización de fruta fresca es la cancrosis bacteriana de los cítricos (CBC), causada por la bacteria Xanthomonas citri subsp. citri (X. citri). Recientemente, se identificó y caracterizó una nueva variante de X. citri, denominada X. citri AT que presenta un rango limitado de hospedadores cítricos. A través del análisis transcriptómico se seleccionaron los principales procesos biológicos involucrados en la respuesta a X. citri AT en hojas de limonero y se validaron a través de análisis moleculares, bioquímicos e histológicos.

Es interesante resaltar que X. citri AT posee una alta similitud genómica (>90%) con respecto a las cepas virulentas de X. citri productoras de CBC, confirmada a través del análisis comparativo con el genoma de la cepa patogénica de referencia 306, sugiriendo que las principales diferencias entre ambas cepas podrían estar en los genomas plasmídicos, que contienen a los efectores pthA.

Se ha demostrado que X. citri expresa proteínas efectoras secretadas a través del Sistema de Secreción tipo 3 (SST3), incluyendo PthA, que al igual que otros miembros de la familia PthA/AvrBs3, actuarían como un factor de transcripción eucariótico (TAL) (del inglés, Transcription Activator-Like), reprogramando la expresión de genes de la célula hospedadora y, por consiguiente, favoreciendo o no el desarrollo de la enfermedad. La presencia de diferentes secuencias RVDs (del inglés; Repeat-Variable Diresidue) en los efectores TAL permiten la activación transcripcional de diversos genes blancos que podrán elicitar la resistencia o virulencia en las distintas especies hospederas.

Los avances en el conocimiento de los efectores TAL PthA presentes en X. citri AT, y sus respectivas secuencias blanco permitirán el desarrollo de nuevos modelos para el reconocimiento del patógeno y defensa de la planta.

Estudio de los efectores proteicos de Candidatus Liberibacter asiaticus para el control del Huanglongbing en cítricos

Huanglongbing (HLB) es la enfermedad más devastadora de los cítricos, afectando a todas las variedades comerciales utilizadas hasta el momento. Dicha enfermedad es causada por la infección de la bacteria intracelular Candidatus Liberibacter spp. (CaL). Se cree que la aparición de los síntomas en cítricos es consecuencia de la deposición de calosa y probablemente lectina en los vasos del floema. La deposición de calosa en el floema genera una disrupción en el transporte de los nutrientes desde las hojas fuente hasta los primordios foliares, los frutos y las raíces. Como consecuencia los cítricos llegan a perder hasta el 33% de su potencial productivo.

El principal desafío en este tema es encontrar un sistema hetérologo apropiado para estudiar esta interacción, dado que CaL no ha podido ser cultivada en condiciones de laboratorio.

Emplenado distintos sistemas heterólogos, nos proponemos determinar qué proteínas de Candidatus Liberibacter asiaticus (CaLas) podrían actuar como efectores durante su interacción con diferentes cítricos, con el fin de identificar y caracterizar mecanismos de virulencia que nos permitan desarrollar estrategias biotecnológicas destinadas al diagnóstico y a el control de HLB.

Genómica funcional aplicada al estudio de patógenos en papa (Solanum tuberosum)

El objetivo general de este proyecto es estudiar las bases moleculares de la patogénesis de enfermedades en papa y los diferentes niveles de defensa que se inducen en la planta hospedadora.

Estudios previos demuestran que el reconocimiento especifico del efector viral (proteína 25 kDa) de la cepa avirulenta PVX-ROTH1 por la proteína de resistencia (Nb) de S. tuberosum cv Pentland Ivory induce una respuesta de defensa denominada ETI (ETI, por effector-triggered immunity), que conduce a una respuesta hipersensible (HR, por hypersensitive response) en el sitio de entrada del patógeno. La HR es un mecanismo de muerte celular programada en el sitio de infección y alrededor del sitio de ingreso del patógeno, lo cual restringe su multiplicación y diseminación, limitándolo dentro del área necrótica.

A partir de estos estudios hemos desarrollado un sistema basado en agroinfiltración para la expresión transitoria del elicitor viral, la proteína de 25 kDa, que genera un fenotipo sobre las hojas infectadas.

Unos de nuestros objetivos específicos es analizar la expresión diferencial de miRNAs en respuesta a PVX en S. tuberosum cv. Pentland Ivory, así como también de proteínas de defensa.

Por otro lado, además de la línea modelo de estudio Pentland Ivory, en nuestro laboratorio disponemos de las principales variedades comerciales de papa de la región sur de la provincia de Santa Fe: Atlantic, Innovator, Kennebec, Pampeana y Spunta. Otro objetivo que tenemos es profundizar nuestros estudios de respuesta a PVX en dichas variedades.

Por otro lado, antecedentes de nuestro grupo indican que el pre-tratamiento foliar con un extracto vegetal “prepara” a las plantas para dar una mejor respuesta de defensa frente a la entrada del patógeno. Nos interesa probar dicho extracto sobre las variedades de papa de interés comercial de manera de generar una herramienta para la defensa contra patógenos para los productores de nuestra región.

Publicaciones Seleccionadas

  • Merli M.L., Padgett-Pagliai K.A., Cuaycal A.E., García L., Marano M.R., Lorca G.L., González C. F. (2021). 'Candidatus Liberibacter asiaticus' multimeric LotP mediates Citrus sinensis defense response activation. Front. Microbiol. doi: 10.3389/fmicb.2021.661547
  • Proveda J., Roeschlin R.A., Marano M.R. and Favaro M.A. (2021). Microorganisms as biocontrol agents against bacterial citrus diseases. Biological Control, 158. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2021.104602
  • *Favaro M.A., *Molina M.C., Roeschlin R.A., Gadea J., Gariglio N.F. and Marano M.R. (2020) Different responses in mandarin cultivars uncover a role of cuticular waxes in the resistance to citrus canker. Phytopathology, 110: 1791-1801. *Contributed equally to this work.
  • Roeschlin R.A., Uviedo F., García L., Molina M.C., Favaro M.A., Chiesa M.A, Taselli S., Franco-Zorrilla J.M., Forment J., Gadea J. and Marano M.R. (2019) PthA4AT, a 7.5-repeats transcription activator-like (TAL) effector from Xanthomonas citri ssp. citri, triggers citrus canker resistance. Mol. Plant Pathol., 20: 1394-1407.
  • Conforte V.P., Malamud F., Yaryura P.M., Toum Terrones L., Torres P.S., De Pino V., Chazarreta C.N., Gudesblat G.E., Castagnaro A.P., Marano M.R., Vojnov A.A. (2019) The histone-like protein HupB influences biofilm formation and virulence in Xanthomonas citri subsp. citri through the regulation of flagellar biosynthesis. Mol. Plant Pathol., 20: 589-598.
  • *Chiesa M.A., *Roeschlin R.A., Favaro M.A., Uviedo F. Campos-Beneyto L., D'Andrea R., Gadea, J. and Marano, M.R. (2019) Plant responses underlying nonhost resistance of Citrus limon against Xanthomonas campestris pv. campestris. Mol. Plant Pathol., 20: 254-269. *Contributed equally to this work.
  • Roeschlin, R.A.; Favaro, M.A.; Chiesa, M.A; Alemano S.; Vojnov A.A.; Castagnaro A.P.; Filippone P., Gmitter F.G. Jr.; Gadea J. & Marano M.R. (2017). Resistance to citrus canker induced by a variant of Xanthomonas citri ssp. citri is associated with a hypersensitive cell death response involving autophagy-associated vacuolar processes. Molecular Plant Pathology, 18:1267-1281
  • Favaro, M.A.; Micheloud, N.G.; Roeschlin, R.A.; Chiesa, M.A.; Castagnaro, A.P.; Vojnov, A.A.; Gmitter Jr., F.G.; Gadea, J.; Rista, L.M; Gariglio, N.F. & Marano, M.R. (2014). Surface barriers of mandarin cv. 'Okitsu' leaves make a major contribution to canker disease resistance. Phytopathology, 104(9):970-976.
  • Vojnov, A. and Marano, M.R. (2015) Biofilm formation and virulence in bacterial plant pathogens. In: Virulence mechanisms of plant pathogenic bacteria. Edited by Nian Wang, Jeffery Jones, George Sundin, Frank White, Saskia Hogenhout, Caroline Roper, Leonardo De La Fuente, Jong Hyun Ham. The American Phytopathological Society Press, 2015. Chapter 2, pp.21-34.
  • Chiesa, M.A.; Siciliano, M.F.; Ornella, L.; Roeschlin, R.A., Favaro, M.A.; Pino Delgado, N.; Sendín, L.N.; Orce, I.G.; Ploper, L.D.; Vojnov, A.A.; Gadea, J.; Filippone, M.P.; Castagnaro, A.P. & Marano, M.R. (2013). Characterization of a variant of Xanthomonas citri ssp. citri which triggers a host-specific defense response. Phytopathology, 103:555-564.
  • Sendín L., Filippone M.P., Orce I.G., Rigano L., Peña L., Enrique R., Vojnov A.A., Marano M.R. and Castagnaro A.P. (2012) Transient expression of Capsicum chacoense Bs2 gene in Citrus limon as an approach for management of citrus canker disease. Plant Pathology. Plant Pathology vol. 61 p. 648 - 657.
  • Malamud F., Torres P.S., Roeschlin R., Rigano L.A., Enrique R., Bonomi H.R., Castagnaro A.P., Marano M.R., Vojnov A.A. (2011) Xanthomonas axonopodis pv. citri flagellum is required for mature biofilm and canker development. Microbiology, 157, 819-829. DOI 10.1099/mic.0.044255-0.
  • Enrique R., Siciliano F., Favaro M.A., Gerhardt N., Roeschlin R., Rigano L., Sendin L., Castagnaro A., Vojnov A. and Marano M.R. (2011) Novel demonstration of RNAi in citrus reveals importance of citrus callose synthase in defence against Xanthomonas citri subsp. citri. Plant Biotech. J. 9, 394-407.
  • Rigano L., Marano M.R., Castagnaro A.P., Do Amaral A.M. and Vojnov A.A. (2010) Rapid and sensitive detection of Citrus Bacterial Canker by loop-mediated isothermal amplification combined with simple visual evaluation methods. BMC Microbiology 10, 176. http://www.biomedcentral.com/1471-2180/10/176.
  • Vojnov A.A., do Amaral A.M., Dow J.M., Castagnaro A.P., and Marano M.R. (2010) Bacteria causing important diseases of citrus utilize distinct modes of pathogenesis to attack a common host. Appl Microbiol Biotechnol, DOI 10.1007/s00253-010-2631-2.
  • Sánchez G., Gerhardt N., Siciliano F., Vojnov A.A., Malcuit I. and Marano M.R. (2010) Salicylic acid is involved in the Nb-mediated defense responses to PVX in Solanum tuberosum. Mol. Plant-Microbe Interact. 23, 394-405.

Colaboradores

Nacionales

  • Vojnov, Adrián. Instituto de Ciencia y Tecnología Dr. César Milstein. (ICT-Milstein/CONICET).
  • Castagnaro, Atilio. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino (ITA-NOA/CONICET). Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC), Tucumán.
  • Dra. Chiesa, Amalia. Instituto de Investigaciones en Cs. Agrarias de Rosario. (IICAR – CONICET/UNR).
  • Dra. Favaro, Alejandra. Instituto de Cs. Agropecuarias del Litoral (ICIAGRO-LITORAL- CONICET/UNL).
  • Dra. Roeschlin, Roxana. Estación Experimental Agropecuaria Reconquista (EEA - INTA Reconquista).
  • Dra. Filippone, Paula. Facultad de Agronomía y Zootecnia (FAZ – UNT)
  • Dra. Segretin, Eugenia. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular (INGEBI – CONICET)
  • Dra. Martin, Ana Paula. Laboratorio de Biotecnología Acuática (LBA – UNR)

 

Internacionales

  • Dr. Gadea Vacas, José. Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), Universidad Politécnica de Valencia, Valencia, España.
  • Dr. González, Claudio. Departamento de Microbiología y Cs. de la Célula, Instituto de Genética, Universidad de Florida, Estados Unidos.

Subsidios

  • Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT). PICT-2018-03051. “Efectores de patógenos bacterianos de cítricos: función y aplicación como herramienta en el control de enfermedades del cultivo” (IR Dra. María Rosa Marano). Tres años de programa. 2018.
  • Proyecto de Vinculación Tecnológica y Desarrollo Productivo- Convocatoria 2019-Vinculación Inclusiva. Universidad Nacional de Rosario. “Evaluación de compuestos naturales que generan tolerancia a patógenos en productos agrícolas”. (Directora: Dra. Ana Paula Martin – Co Directora: María Rosa Marano. 2019 - 2021.
  • Proyecto de Unidad Ejecutora – Gran Área de Ciencias Biológicas y Médicas – Convocatoria 2017 – CONICET. “Superando barreras en la producción vegetal mediante la modificación de múltiples rutas biológicas”. 2018 - 2023.
  • Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT) PICT-2016-1222. “Caracterización de las bases genéticas de la resistencia a la cancrosis de los cítricos mediada por un efector TAL PthA4 truncado de una variante natural de Xanthomona citri subsp. citri.”. 2018 – 2021.
  • Proyecto de Vinculación Tecnológica y Desarrollo Productivo. Universidad Nacional de Rosario. “Biocontroladores naturales en la defensa contra patógenos vegetales”. 2017 - 2018.
  • Programa de Cooperación Bilateral CONICET-CSIC PCB II 2013. “Genómica comparativa de especies de Xanthomonas citri subespecie citri y caracterización de redes regulatorias de genes involucradas en los procesos de defensa a Xanthonomas en cítricos” (Titular: Dra. María Rosa Marano, Contraparte: Dr. José Gadea). 2016 -2019.
  • ANPCyT PICT-2013-0400. “Identificación y caracterización funcional de factores de virulencia de Candidatus L. asiaticus, agente causal del Huanglongbing de los cítricos, mediante aproximaciones en sistemas hospedadores heterólogos”. 2014 - 2017.
  • International Citrus Genome Consortium (ICGC): Providing tools to address HLB and other challenges. Florida Citrus Advanced Technology Programm - Control of Citrus Greening, Canker and Emerging Diseases of Citrus. Centro de Educación e Investigación de los cítricos (CREC), Universidad de Florida, Estados Unidos. Subcontract Number UF13089. 2013.
  • ANPCyT PICT-2011-1833. “Estrategias Biotecnológicas para el manejo de la Cancrosis Bacteriana de los Cítricos”. 2012 - 2015.
  • Fundación Nuevo Banco de Santa Fe, Proyecto a la Innovación Tecnológica: “Inducción de la respuesta de defensa a patógenos virales en Solanum tuberosum y otras especies de Solanáceas aplicando compuestos bioactivos vegetales”. 2011 -  2012.
  • International Citrus Genome Consortium (ICGC): Providing tools to address HLB and other challenges. Florida Citrus Advanced Technology Programm - Control of Citrus Greening, Canker and Emerging Diseases of Citrus. Centro de Educación e Investigación de los cítricos (CREC), Universidad de Florida, Estados Unidos. Subcontract Number UF1150. 2012
  • UNR. Subsidio Secretaría de Ciencia y Técnica. 2007 – 2016.
  • Programa de Cooperación Científico-Tecnológica entre MINCYT y MICINN (España) ES/09/08. “Genómica Funcional en Cítricos: Análisis de la respuesta frente a patógenos de gran incidencia en la citricultura de Argentina y España”. 2009.
  • ANPCyT PICT-2007-00469. “Utilización de la genómica funcional para estudio de la respuesta de Citrus limon a Xanthomonas axonopodis pv. citri”. 2008 – 2011.