ARABIDOPSIS MUESTRA RESISTENCIA NO-HOSPEDERO CONSTITUTIVA CONTRA Xanthomonas phaseoli pv. manihotis / Arabidopsis shows non-host constitutive resistance against Xanthomonas phaseoli pv. Manihotis

RESUMEN La bacteriosis vascular de la yuca, causada por la bacteria gram negativa Xanthomonas phaseoli pv. manihotis (Xpm), anteriormente conocida como Xanthomonas axonopodis pv. manihotis, es la principal enfermedad bacteriana que compromete su producción. Con la meta de generar una resistencia durable y de amplio espectro a la bacteriosis es posible explotar los mecanismos naturales presentes en plantas no-hospedero. Arabidopsis es una planta modelo extensamente estudiada, la cual es no-hospedero de Xpm. La meta de este estudio fue determinar si la resistencia no-hospedero de Arabidopsis es consecuencia de la presencia de barreras físicas o si esta depende de determinantes genéticos. En este trabajo se evaluó la capacidad de plantas de Arabidopsis de responder a la inoculación con Xpm. Ninguno de los ocho ecotipos de Arabidopsis evaluados mostraron una respuesta hipersensible a la inoculación con ocho diferentes cepas de Xpm. Aunque no se identificó la presencia de especies reactivas de oxígeno si se encontró un bloqueo en el crecimiento de Xpm en las plantas de Arabidopsis. En conjunto, los resultados aquí presentados sugieren que Arabidopsis no está activando una respuesta contra Xpm y que la resistencia observada puede ser consecuencia de las barreras físicas presentes en Arabidopsis que Xpm no es capaz de superar.

ABSTRACT Cassava bacterial blight (CBB), caused by the gram-negative bacteria Xanthomonas phaseoli pv. manihotis (Xpm), previously known as Xanthomonas axonopodis pv. manihotis, is the main bacterial disease compromising cassava production. With the aim to generate durable and broad-spectrum resistance to CBB is possible to exploit the natural mechanism present in non-host plants. Arabidopsis is an extensively studied model plant, which is a non-host of Xpm. The aim of this study was to determinate if the Arabidopsis non-host resistance is a consequence of physical barriers or if it depends on genetic determinants. In this work we evaluated the ability of Arabidopsis plants to respond after Xpm inoculation. None of the eight Arabidopsis ecotypes showed a hypersensitive response after inoculation with eight different Xpm strains. Although reactive oxygen species (ROS) production was not present, impairment in Xpm proliferation was found. These results suggest that Arabidopsis is not activating an immunity response against Xpm and the resistance might be a consequence of physical barriers present in Arabidopsis that Xpm is not able to overcome.

Cassava: bread and meat, a potential alternative to tackle hidden hunger / Yuca: pan y carne, una alternativa potencial para hacer frente al hambre oculta

RESUMEN Uno de los retos que encara la humanidad es asegurar la alimentación y la adecuada nutrición para los cerca de ocho billones de habitantes del planeta. Las raíces de yuca constituyen la cuarta fuente más importante de calorías para la población humana siendo uno de los pilares de la seguridad alimentaria. Las raíces de yuca no poseen atributos nutricionales adecuados. Aunque existen variedades con valores relativamente altos de estos compuestos, sus valores están lejos de los necesarios para asegurar los requerimientos mínimos de la población humana. Las hojas de yuca poseen valores altos de contenido proteico, minerales y vitaminas, por lo que representan una fuente nutricional alternativa. Sin embargo, el consumo de hojas de yuca en América Latina es escaso o nulo como consecuencia de los altos niveles de cianuro que poseen. En algunos países de África y Asia las hojas se consumen a través de diversas recetas que incluye su cocción, eliminando así una gran cantidad del contenido cianógeno. En esta revisión se presenta un panorama general de la importancia nutricional de la yuca, las diferentes estrategias de mejoramiento genético clásico y no convencional destinados a incrementar los contenidos nutricionales de raíces y la importancia de la explotación de la variabilidad intrínseca de la yuca como una fuente de variedades y genes que puedan contribuir a la implementación de estrategias encaminadas a desarrollar materiales con los requerimientos nutricionales adecuados. Finalmente, se presenta el potencial que tienen las hojas de yuca para ser empleadas dentro de programas complementarios destinados a mejorar la calidad nutricional de la población humana.

ABSTRACT One of the challenges facing humanity is to ensure food and adequate nutrition for the nearly eight billion inhabitants of the planet. Cassava roots constitute the fourth most important source of calories for the human population, being one of the pillars of food security. Cassava roots do not have adequate nutritional attributes. Although there are varieties with relatively high values of these compounds, these are far from those necessary to ensure the minimum requirements of the human population. Cassava leaves have a high content of protein, minerals, and vitamins, so they represent an alternative nutritional source. However, their consumption in Latin America is scarce due to the high levels of cyanide they possess. In some countries of Africa and Asia, the leaves are consumed through various recipes that include cooking, thus eliminating a large amount of cyanogen content. This review presents an overview of the nutritional importance of cassava, the different strategies of classical and unconventional genetic improvement aimed at increasing the nutritional content of roots, and the importance of exploiting the intrinsic variability of cassava as a source of varieties and genes that can contribute to the development of strategies directed to developing materials with the appropriate nutritional requirements. Finally, the potential of cassava leaves to be used in complementary programs aimed at improving the nutritional quality of the human population is presented.

Factores que afectan la expresión transitoria del gen GUS en yuca (Manihot esculenta Crantz) / Factors affecting the transient expression of gene GUS in cassava (Manihot esculenta Crantz)

RESUMEN La expresión transitoria es una métodología ampliamente utilizada para el estudio de genes. Sin embargo, hasta la fecha no existe un reporte en donde se utilice esta técnica en hojas de yuca de plantas adultas. Por esta razón este trabajo se centró en la determinación de algunos parámetros críticos para la expresión transitoria del gen GUS en yuca como son: la metodología para introducir [a bacteria, [a cepa de Agrobacterium, el tiempo post-inoculación, la introducción del gen VirG y la expresión del gen GUS en algunas variedades de yuca. Los resultados indicaron niveles más altos de expresión del gen GUS entre 5-7 días postinoculación (dpi), agroinfiltrando con la cepa GV3101 y un incremento en la virulencia de esta cepa mediante la introducción del gen VirG. Por último se observaron diferentes niveles de expresión del gen GUS entre [as variedades de yuca evaluadas, [o que indica que el factor genético es clave en la eficiencia de la agroinfiltración en este cultivo.

ABSTRACT Transient expression is a common technique used for the co-expression of proteins for a wide range of experiments in molecular biology. This technique has been frequently used for gene study in plant pathogen interaction and has proved to be versatile and effective. However, there are still few reports and sparse data for transient expression in cassava leaves from adult/mature plants. For this reason, in this study we evaluated some regards of transient expression for the gene GUS in cassava: bacteria introduction methods, type of Agrobacterium strains, time post-inoculation, introduction of gene VirG and GUS and their expression into different cassava varieties. The results show that GUS expression is more efficient between 5-7 days post-inoculation with the GV3101 strain, moreover the virulence of this strain increases with the VirG gene. Finally, we observed a range of GUS expression pattern between different cassava varieties, altogether showing that the genetic factor is important for an accurate and effective agroinfiltration in cassava.

ESTUDIO DE LA EXPRESIÓN DE GENES QUE CODIFICAN PARA PUTATIVAS PROTEÍNAS PR EN YUCA (Manihot esculenta Crantz) / Studying the Expression of Genes Coding for Putative PR Proteins in Cassava (Manihot esculenta Crantz)

RESUMEN Posterior al reconocimiento de agentes patógenos las plantas activan una serie de cascadas de señalización que culminan con la activación de factores de transcripción. Esto genera una concomitante reprogramación de la expresión génica que incluye la activación de la transcripción de los genes PR (relacionados con patogenicidad). Las proteínas PR son conocidas por poseer actividad antimicrobiana y evitan la posterior colonización del patógeno. En este estudio se empleó una aproximación bioinformática para identificar el repertorio de posibles proteínas PR en el genoma de yuca. Adicionalmente, se evaluó la expresión de nueve genes PR a lo largo del tiempo en variedades de yuca resistentes y susceptibles en respuesta a la inoculación con la bacteria Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) mediante RT-PCR. Se encontró que varios genes PR fueron inducidos producto de la herida que se realiza durante el proceso de inoculación. Con el fin de evaluar cuantitativamente la contribución real de la infección bacteriana en la expresión de estos genes, se llevó a cabo una RT-PCR en tiempo real (QRT, Quantitative Real-Time PCR). Se encontró que en la variedad resistente el gen que codifica para MePR1 (Manes06G026900.1) presentó una inducción en su expresión a diferentes tiempos post-inoculación, lo cual no se observó en la variedad susceptible. De esta manera, este gen se constituye en un excelente marcador para evaluar la respuesta molecular de resistencia en plantas de yuca.

ABSTRACT Once pathogens are perceived by plants a signal transduction pathway is activated leading to the induction of transcription factors, which in turn reprogram the host gene expression including the transcription of PR (Pathogenesis-Related) genes. The PR proteins are well known for their antimicrobial activity and for contributing to arrest the invasion of pathogens. In this work, a bioinformatics approach was used to identify the repertoire of possible PR proteins in the cassava genome. Additionally, the expression of nine PR genes was evaluated over a time course in resistant and susceptible cassava varieties in response to inoculation with the bacterium Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) by semiquantitative RT-PCR. It was found that several PR genes were induced as a result of the wound that is made during the inoculation process. In order to evaluate quantitatively the real contribution of the bacterial infection in the expression of the genes, a Real Time RT-PCR (qRT, quantitative Real-Time PCR) was carried out. In the resistant variety the gene coding for MePR1 (Manes06G026900) was induced at different post-inoculation times, which was not observed in the susceptible variety. Therefore, this gene constitutes an excellent marker to evaluate the molecular resistance response in cassava plants.

Descifrando las moléculas ocultas en las sombras grises de la resistencia cuantitativa a patógenos / Unraveling the molecules hidden in the gray shadows of quantitative disease resistance to pathogens

ABSTRACT One of the most challenging questions in plant breeding and molecular plant pathology research is what are the genetic and molecular bases of quantitative disease resistance (QDR)?. The scarce knowledge of how this type of resistance works has hindered plant breeders to fully take advantage of it. To overcome these obstacles new methodologies for the study of quantitative traits have been developed. Approaches such as genetic mapping, identification of quantitative trait loci (QTL) and association mapping, including candidate gene approach and genome wide association studies, have been historically undertaken to dissect quantitative traits and therefore to study QDR. Additionally, great advances in quantitative phenotypic data collection have been provided to improve these analyses. Recently, genes associated to QDR have been cloned, leading to new hypothesis concerning the molecular bases of this type of resistance. In this review we present the more recent advances about QDR and corresponding application, which have allowed postulating new ideas that can help to construct new QDR models. Some of the hypotheses presented here as possible explanations for QDR are related to the expression level and alternative splicing of some defense-related genes expression, the action of "weak alleles" of R genes, the presence of allelic variants in genes involved in the defense response and a central role of kinases or pseudokinases. With the information recapitulated in this review it is possible to conclude that the conceptual distinction between qualitative and quantitative resistance may be questioned since both share important components.

RESUMEN Una de las preguntas más desafiantes del fitomejoramiento y de la fitopatología molecular es ¿cuáles son las bases genéticas y moleculares de la resistencia cuantitativa a enfermedades?. El escaso conocimiento de cómo este tipo de resistencia funciona ha obstaculizado que los fitomejoradores la aprovecharlo plenamente. Para superar estos obstáculos se han desarrollado nuevas metodologías para el estudio de rasgos cuantitativos. Los enfoques como el mapeo genético, la identificación de loci de rasgos cuantitativos (QTL) y el mapeo por asociaciones, incluyendo el enfoque de genes candidatos y los estudios de asociación amplia del genoma, se han llevado a cabo históricamente para describir rasgos cuantitativos y por lo tanto para estudiar QDR. Además, se han proporcionado grandes avances en la obtención de datos fenotípicos cuantitativos para mejorar estos análisis. Recientemente, algunos genes asociados a QDR han sido clonados, lo que conduce a nuevas hipótesis sobre las bases moleculares de este tipo de resistencia. En esta revisión presentamos los avances más recientes sobre QDR y la correspondiente aplicación, que han permitido postular nuevas ideas que pueden ayudar a construir nuevos modelos. Algunas de las hipótesis presentadas aquí como posibles explicaciones para QDR están relacionadas con el nivel de expresión y el splicing alternativo de algunos genes relacionados con la defensa, la acción de "alelos débiles" de genes R, la presencia de variantes alélicas en los genes implicados en la respuesta de defensa y un papel central de quinasas o pseudoqinasas. Con la información recapitulada en esta revisión es posible concluir que la distinción conceptual entre resistencia cualitativa y cuantitativa puede ser cuestionada ya que ambos comparten importantes componentes.

Identificación de QTL de resistencia a la bacteriosis vascular en yuca bajo condiciones naturales de infección / Qtl identification for cassava bacterial blight resistance under natural infection conditions

Cassava, Manihot esculenta Crantz, represents the main food source for more than one billion people. Cassava's production is affected by several diseases, one of the most serious is cassava bacterial blight (CBB) caused by Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam). A quantitative trait loci (QTL) analysis for CBB resistance was performed under natural infection conditions, using a mapping population of 99 full-sibs genotypes highly segregant and a SNP-based high dense genetic map. The phenotypic evaluation was carried out in Puerto López, Meta, Colombia, during the rainy season in 2015. Both resistant and susceptible transgressive segregants were detected in the mapping population. Through a non-parametric interval mapping analysis, two QTL were detected, explaining 10.9 and 12.6 % of phenotypic variance of resistance to field CBB. After a bioinformatics exploration four genes were identified in the QTL intervals. This work represents a contribution to the elucidation of the molecular bases of quantitative cassava resistance to Xam.

La yuca, Manihot esculenta Crantz, representa la principal fuente de alimento para cerca de 1000 millones de personas. La producción de yuca se ve afectada por diversas enfermedades, una de las más serias es la bacteriosis vascular (CBB) causada por Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam). En este estudio se realizó un análisis de loci de rasgos cuantitativos (QTL) para la resistencia a CBB en condiciones naturales de infección, usando una población de mapeo constituida por 99 genotipos de hermanos completos segregantes y un mapa genético altamente denso basado en SNPs. La evaluación fenotípica se llevó a cabo en Puerto López (Meta), Colombia, durante la época de lluvias durante el segundo semestre de 2015. En la población de mapeo fueron detectados individuos con una segregación transgresiva tanto resistentes como susceptibles. A través de un análisis no paramétrico de intervalo simple, se detectaron dos QTL que explican el 10,9 y el 12,6 % de la varianza fenotípica de la resistencia en campo a CBB. Mediante análisis bioinformáticos se identificaron cuatro genes candidatos presentes en los intervalos de los QTL. Este trabajo representa un esfuerzo por dilucidar los mecanismos moleculares implicados en la resistencia de yuca a CBB.

COMPARING INOCULATION METHODS TO EVALUATE THE GROWTH OF Xanthomonas axonopodis pv. manihotis ON CASSAVA PLANTS / Comparación de métodos de inoculación para evaluar el crecimiento de Xanthomonas axonopodis pv. manihotis en plantas de yuca

Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) es el agente causal del tizón bacteriano de la yuca, una de las principales enfermedades de los cultivos de yuca en América del Sur y África. Hasta ahora, el desarrollo de la enfermedad se mide a través de AUDPC (Area Under Disease Progress curve), pero no hay disponibles métodos cuantitativos fiables, esto debido posiblemente a la alta variabilidad del crecimiento bacteriano en la planta. Para establecer un método exacto para la cuantificación bacteriana durante el curso de la infección Xam dentro de los tejidos del huésped, se analizaron las poblaciones de bacterias sobre tallo y hojas, así como corte de hojas de las variedades de yuca MCOL1522 y SG107-35 con la cepa virulenta CIO151 Xam. En esta investigación se muestra que el movimiento de las bacterias a lo largo de los tejidos y especialmente en las hojas es estocástico. Por otra parte, hemos podido demostrar el crecimiento diferencial de la cepa virulenta Xam CIO151 tras la punción al tallo y la cuantificación de la bacteria a 6 cm de distancia del punto de inoculación de dos variedades que presentan niveles contrastantes de susceptibilidad.

Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) is the causal agent of cassava bacterial blight (CBB), a major disease for cassava crops in South America and Africa. Until now the development of the disease is measured via AUDPC (Area Under Disease Progress Curve) but no reliable quantitative methods are available probably due to high variability of bacterial growth in planta. To establish an accurate method for bacterial quantification during the course of Xam infection within the host tissues, we analyzed bacterial populations upon stem and leaf-puncturing as well as leaf-clipping of cassava varieties MCOL1522 and SG107-35 challenged with the virulent Xam strain CIO151. Here, we show that the movement of bacteria along the tissues and especially in leaves is stochastic. Moreover, we were able to demonstrate differential growth of virulent Xam strain CIO151 upon stem-puncturing and quantification of bacteria 6 cm. away from the inoculation point of two varieties displaying contrasting levels of susceptibility.

Los nuevos pilaees de la teoría evolutiva a la luz de la genómica / New Pillars of Evolutionary Theory in the Light of Genomics

La teoría de evolución de Darwin se ha constituido en uno de los pilares fundamentales de la biología. Algunos supuestos de dicha teoría han sido complementados con las bases genéticas de la herencia dando origen a la teoría moderna o sintética de la evolución. En los últimos años se han logrado grandes avances en el área de secuenciación y análisis de genomas completos que han aportado elementos para debatir varios de los postulados darwinistas de la evolución. La demostración de procesos de duplicación de genes y de genomas completos, la transferencia horizontal de genes y la teoría endosimbiótica cuestionan la idea de cambio evolutivo como un proceso de acumulación de pequeños cambios a través del tiempo geológico. La evidencia de la selección neutral en el contexto genómico pone de manifiesto otros mecanismos de evolución, que no necesariamente van acompañados de un programa adaptacionista ni con la idea de progreso. En este artículo se presentan estos y otros conceptos adicionales tales como la regulación génica y los mecanismos moleculares del desarrollo y del ambiente como puntos de partida para el planteamiento de una teoría evolutiva incluyente y acorde a los conocimientos actuales.

The evolutionist theory proposed by Darwin is one of the fundamental pillars in biology. Darwin’s theory was solidified with the Modern synthesis of evolutionary biology thanks to the rediscovery of Mendel’s work, which laid the genetic basis of heredity. In recent years, great progress has been acquired in the sequencing and analyses of complete genomes, which have provided several elements to discuss some Darwinists tenets of evolution. The evidence of gene duplication and whole-genome duplication, the horizontal gene transfer and the endosymbiosis process question the idea that evolution proceeds through the gradual accumulation of infinitesimally small random changes. The new evidence of neutral selection on the genomics context reveals other mechanisms of evolution not necessarily related with the idea of progress or with an adaptationist program as was originally stated by the Darwin’s theory. In this paper, I present these and other concepts such as gene regulation, molecular mechanisms of development and some environmental aspects (epigenesis and phenotypic plasticity) as starting points to think in the necessity to update the evolutionary theory which in my opinion should be more inclusive, pluralistic and consistent with our current knowledge.