Η επίδραση της σίγησης των γονιδίων του μεταβολισμού του αμύλου στην ανθεκτικότητα των φυτών A. thaliana στους μύκητες V. dahliae και F. oxysporum

Abstract

Οι μύκητες Verticillium dahliae και Fusarium oxysporum είναι εδαφογενή παθογόνα τα οποία προκαλούν κάθε χρόνο μεγάλες οικονομικές ζημιές παγκοσμίως. Η έλλειψη αποτελεσματικών χημικών μέσων αντιμετώπισής τους έχει οδηγήσει τις τελευταίες δεκαετίες στην προσπάθεια ανάπτυξης νέων αποτελεσματικών μεθόδων με βάση την κατανόηση της αλληλεπίδρασης των φυτών με τα παθογόνα. Μέχρι σήμερα δεν είναι ξεκάθαρη η σχέση του πρωτογενούς μεταβολισμού των φυτών με τους μηχανισμούς της άμυνάς τους. Σε προηγούμενη μελέτη έχει αποδειχθεί η ανθεκτικότητα φυτών A. thaliana τα οποία είναι μεταλλαγμένα ως προς γονίδια τα οποία βρίσκονται σε διάφορα στάδια του καταβολισμού του αμύλου μετά την μόλυνση με τους παθογόνους μύκητες V. dahliae και F. oxysporum. Στην παρούσα μελέτη διερευνήθηκε εάν η ανθεκτικότητα που παρουσίασαν τα μεταλλαγμένα φυτά pwd, gwd2, dpe2 και isa1 σχετίζεται με τους μηχανισμούς άμυνας των φυτών που ενεργοποιούνται από το σαλικυλικό οξύ και το ιασμονικό οξύ/αιθυλένιο. Για τον σκοπό αυτό εξετάστηκε, στο υπέργειο και υπόγειο τμήμα των μολυσμένων και μη φυτών, η έκφραση των γονιδίων PR1 και PDF1.2 τα οποία αποτελούν δείκτες ενεργοποίησης των μονοπατιών του σαλικυλικού οξέως και του ιασμονικού οξέως/αιθυλενίου αντίστοιχα, με την χρήση της μεθόδου qPCR. Επιπλέον, μελετήθηκε η έκφραση των γονιδίων PWD, GWD1, GWD2, DPE2 και ISA1 στα αγρίου τύπου φυτά Col-0 μετά την μόλυνση με τον μύκητα V. dahliae, επίσης με την χρήση της qPCR. Στις περισσότερες μεταλλαγμένες σειρές υπήρχε υψηλότερη έκφραση των πρωτεϊνών παθογένειας PR1 σε σχέση με την έκφραση των πρωτεϊνών παθογένειας PDF1.2 γεγονός που οδηγεί στο συμπέρασμα της συσχέτισης της ανθεκτικότητας των μεταλλαγμένων σειρών κυρίως με το μονοπάτι βιοσύνθεσης του σαλικυλικού οξέως. Η υπόθεση αυτή έρχεται να επιβεβαιωθεί και σε μεταβολικό επίπεδο, όπου οι μεταβολίτες που συμμετέχουν στην βιοσύνθεση του σαλικυλικού οξέως(κιναμικό οξύ) βρίσκονται σε υψηλή συγκέντρωση σε αντίθεση με εκείνους του ιασμονικού (α-λινολεϊκό οξύ). Η έκφραση των πρωτεϊνών παθογένειας PR1 και PDF1.2 στις μεταλλαγμένες σειρές σε συνδυασμό με την υψηλή έκφραση των γονιδίων PWD, GWD1, GWD2(290), DPE2 και ISA1 στα αγρίου τύπου φυτά Col-0 οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η έκφραση των γονιδίων του μεταβολισμού του αμύλου έχει ενεργό ρόλο στην αλληλεπίδραση των φυτών A. thaliana με τον μύκητα V. dahliae.

Verticillium dahliae and Fusarium oxysporum are soilborne fungal plant pathogens with a worldwide distribution, which cause vascular disease in a wide range of economically important plant species. During the last few years, the lack of effective plant protection products PPPs to control the disease has led in an effort to develop novel disease control strategies by investigating the various plant responses upon V. dahliae and F. oxysporum infections. To date, little is known on the role of plant primary metabolism in defence against pathogens. In a previous study, the resistance of Arabidopsis thaliana plants impaired in genes that participate in starch degradation after V. dahliae and F. oxysporum infection has been proven. In the present study, a possible correlation between the resistance of the pwd, gwd1, gwd2, dpe2 and isa1 plants with the salicylate/jasmonate depended defence mechanisms was investigated. Analysis by real-time quantitative PCR (qPCR) was conducted for the determination of PR1 and PDF1.2 expression in the pwd, gwd2, dpe2 and isa1 plants upon infection by V. dahliae and F. oxysporum and the estimation of the expression of PWD, GWD1, GWD2, DPE2 and ISA1 genes in wild type plants Col-0 upon infection with V. dahliae. Analyses with qPCR revealed up-regulation of PR1 in most mutated plants in comparison to PDF1.2, a fact that indicates correlation of the mutants’ resistance with the plants’ salicylate associated mechanisms. This assumption was confirmed by metabolomics analysis which revealed increased biosynthesis of metabolites of salicylate biosynthetic pathway (cinamate) in contrast to the metabolites of jasmonate biosynthetic pathway (a-linolate) whose biosynthesis was decreased. PR1 and PDF1.2 expression in the mutated plants along with the high expression of PWD, GWD1, GWD2, DPE2 and ISA1 genes in wild type plants Col-0 lead to the conclusion that the genes participating in the process of starch degradation play a key role during the A. thaliana-V. dahliae interaction.