Bases moleculares de la interacción virus-planta : relación entre genes de defensa, ARNs pequeños y sintomatología

Tesis para obtener el grado de Doctor en el área de Ciencias Agropecuarias, de la Universidad de Buenos Aires, en 2013

Los virus fitopatógenos producen alteraciones en el metabolismo y la fisiología de sus huéspedes provocadas principalmente por alteraciones en la expresión génica durante las infecciones. Numerosos cambios están asociados a respuestas de estrés y defensa y sus efectos secundarios son probablemente causantes de los síntomas. El uso de plantas transgénicas que expresan proteínas virales constituye un sistema útil para estudiar la complejidad de la interacción planta-virus. Con el fin de determinar patrones de expresión génica alterados, se emplearon líneas que expresan proteínas del TMV sin función supresora del silenciamiento: la proteína de cápside mutada (CPT42W), la proteína de movimiento (MP) y una línea co-expresante (MPxCPT42W) que mostró alteraciones morfológicas (semejantes a síntomas) y de acumulación de miARNs. Se realizó un microarreglo para detectar cambios transcripcionales asociados a la coexpresión de CPT42W y MP, utilizando como control una línea isogénica con ambos transgenes silenciados y fenotipo normal (mpxcpT42W*). Se estudiaron procesos biológicos cuyos genes mostraron alteraciones por la co-expresión de CPT42W y MP, focalizando en vías relacionadas a estrés oxidativo, inmunidad innata y vías degradación de ARN. Se demostró que CPT42W y MP modularon la defensa innata de un modo complejo: MP parecería actuar como inductor de defensa, alterando los niveles de ERO y SA mientras que CP jugaría un rol antagónico, inhibiendo la expresión de PR-1 y RDR1. Por otro lado, estudios funcionales en vías de degradación de ARN, demostraron que genes componentes del ARN exosoma, inducidos por la expresión de MP y CPT42W, estarían implicados en la alteración de miARNs y constituirían mecanismos alternativos subyacentes a la generación de síntomas en infecciones virales. Este trabajo constituye un importante aporte al entendimiento de los mecanismos de defensa antiviral y de producción de síntomas, proporcionando herramientas para diseñar nuevas estrategias biotecnológicas de control de virosis en cultivos de interés agronómico.

Phytopathogenic viruses produce alterations in the metabolism and physiology of their hosts, caused largely by changes in gene expression during infection. Most changes are associated to stress and defense responses and side effects probably end up causing disease symptoms. The use of transgenic plants expressing TMV proteins is a useful system for studying the complex plant-virus interaction. In this study we used transgenic tobaccos with the aim of studying alterations in gene expression and defense mechanisms. Lines that express viral proteins without silencing suppressor function were used: a mutated capsid protein (CPT42W), a movement protein (MP) and a coexpressing line (MPxCPT42W); the latter showed morphological alterations (similar to some viral symptoms) and changes in the accumulation of miRNAs. We performed microarray analysis in MPxCPT42W in order to study the differential gene expression patterns resulting from the co-expression of CPT42W and MP. As a control we used an isogenic line with silenced transgenes and a normal phenotype (mpxcpT42W*). The biological processes linked to those genes whose expression was altered by CPT42W and MP were selected. This study demostrated that MP and CPT42W produced stress phenotypes and modulated innate immune defense responses in a complex manner: MP seemed to act as a defense elicitor by impairing ROS production and inducing SA while CP could play an antagonic role by inhibiting PR-1 and RDR1 expression levels. Furthermore, functional studies of RNA decay pathways showed that RNA exosome genes, induced by the expression of MP and CPT42W in tobacco, were implicated in altering miRNAs and could constitute alternative mechanisms underlying the generation of viral disease symptoms. This work contributes to the understanding of antiviral defense mechanisms and symptoms production, providing potential tools for the design of new biotechnological strategies of viral control in agronomically important crops.

Instituto de Biotecnología

Fil: Conti, Gabriela. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Biotecnología; Argentina.