ABSTRACT
RESUMEN La yuca (Manihot esculenta) representa el pilar de la seguridad alimentaria para cerca de mil millones de personas, principalmente en las zonas tropicales. Uno de los factores limitantes de la producción de yuca es la bacteriosis vascular causada por la bacteria Xanthomonasaxonopodis pv. manihotis (Xam). Recientemente se identificó el gen RXaml el cual confiere resistencia parcial de yuca a cepas de Xam. RXaml codifica una proteína con un dominio LRR (Leucine Rich Repeats) extracelular y un dominio STK (Serina Treonina Kinasa) citoplasmático; estas proteínas son conocidas como RLKs (Receptor Like Kinases). En este estudio se realizó el tamizaje de una librería de ADNc de yuca mediante doble híbrido de levadura para identificar las posibles proteínas que interactúan con el dominio STK de RXam1. El tamizaje de 3x108 clones permitió identificar y confirmar cinco clones de ellos los cuales corresponden al mismo gen, el cual codifica para una proteína que presenta un dominio central de dedos de zinc CHY, seguido por un dominio C-terminal "RING finger" y un "Zinc ribbon" el cual fue denominado CRFE3-1 (Cassava RING Finger E3 ligase). La interacción entre STK y CRFE3-1 fue altamente especifica ya que se demostró también por doble híbrido que STK no interactúa con una E3 ligasa de Arabidopsis, altamente similar a CRFE3-1, así como tampoco CRFE3-1 interactúa con el dominio STK de un RLK de lechuga similar a RXam1. La identificación de CRFE3-1 sugiere que mecanismos de degradación proteica son importantes para regular la actividad de RXam1.
ABSTRACT Cassava (Manihot esculenta) represents food security support for nearly one billion people, mainly in the tropics. One of the limiting factors of cassava's production is cassava bacterial blight, caused by the bacterium Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam). Recently, the RXam1 gene was identified, which confers partial resistance to some Xam strains. RXam1 encodes a protein with an extracellular LRR (Leucine Rich Repeats) domain and a cytoplasmic STK (Serine Threonine Kinase) domain; these proteins are known as RLK (Receptor-like Kinases). In this study, a cassava cDNA library was screened using a yeast Two-hybrid assay to identify possible proteins interacting with the STK domain of RXam1. Screening of 3x108 clones allowed identifying and confirming five of them, which correspond to the same gene, and code for a protein that has a core domain of zinc fingers CHY, followed by a C-terminal "RING finger" domain and a "Zinc ribbon". This gene was called CRFE3-1 (Cassava RING Finger E3 ligase). It was also demonstrated by yeast Two-hybrid that STK does not interact with an E3 ligase of Arabidopsis that is highly like CRFE3-1. CRFE3-1 did not show interaction with the STK domain of an RLK of lettuce related to RXam1, indicating a highly specific interaction between cassava RXam1 STK and CRFE3-1. The identification of CRFE3-1 suggests that protein degradation mechanisms are important to regulate the activity of RXam1.
ABSTRACT
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.
ABSTRACT
Dentro de las proteínas implicadas en inmunidad de plantas y animales se encuentran aquellas que poseen un dominio TIR (Toll Interleukin Receptor). El objetivo de este trabajo fue realizar un análisis genómico global de las proteínas que presentan un dominio TIR en yuca y discernir su posible función en la resistencia a la bacteriosis vascular. En el proteoma de yuca se logró identificar 46 proteínas con dominios TIR, los cuales fueron divididos en cuatro categorías según la presencia o no de otros dominios: TIR (T), TIR- NB (TN), TIR-LRR (TL) y TIR-NB-LRR (TNL). El 56,5 % de las 46 proteínas corresponde a la categoría TNL. Mediante alineamientos múltiples se encontró que no todos los dominios TIR de yuca presentan la región aE implicada en la dimerización y activación de las respuestas de inmunidad. Tres de las cuatro categorías de proteínas (T, TNL y TN) presentan un mayor número de sustituciones sinónimas, sugiriendo que no están implicadas en procesos de reconocimiento. Por medio de doble híbrido de levadura y agroinfiltración se analizaron dos dominios TIR que no presentan la región aE, encontrando que ambos son capaces de formar homo y heterodímeros pero no desencadenan respuestas de defensa. Con este trabajo se pudo concluir que algunas proteínas que poseen dominios TIR pueden funcionar como adaptadores en la transducción de la señal con otras proteínas de resistencia. Además, se puso en evidencia que no siempre la región aE es importante para la dimerización, pero sí para activar las señales de respuestas de defensa.
Proteins containing a TIR domain (Toll Interleukin Receptor) are involved in plant and animal immunity. The aim of this work was to carry out an overall genomic analysis of cassava proteins with a TIR domain and discern their possible role in resistance to cassava bacterial blight. In total 46 proteins with a TIR domain were identified in the cassava proteome and were classed in four categories according the presence or absence of other domains: TIR (T), TIR-NB (TN), TIR-LRR (TL) and TIR-NB-LRR (TNL). 56.6 % of these 46 proteins have TIR, NB and LRR domains. Using multiple alignments it was possible to demonstrate that not all cassava TIR domains contain the aE region, involved in dimerization and activation of immune responses. Three of the four proteins categories (T, TNL and TN) presented a higher number of synonymous substitutions suggesting that they are not involved in recognition process. Two TIR domains not presenting the aE region were analyzed by yeast two hybrid assays and by agroinfiltration, finding that both are able to form homo and heterodimers, but they do not trigger defense responses. With this study it was possible to conclude that TIR domains can function as adaptors in the signal transduction with other resistance proteins. In addition, it became clear that not always the aE region is important for TIR dimerization but it seems necessary to activate defense responses signals.
ABSTRACT
La bacteriosis vascular de yuca producida por la bacteria Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) es una enfermedad limitante para la producción de yuca. Dentro de los primeros factores de patogenicidad identificados en esta bacteria se encuentra el gen PthB. La proteína PthB pertenece a la familia de efectores PthA/AvrBs3, que se caracterizan por presentar dominios NLS (Nuclear Localization Signal) y un dominio AAD (Acidic Activation Domain), lo cual sugiere que estas proteínas actúan como factores de transcripción. La identificación de las proteínas de yuca que interactúan con PthB permitiría dar luces sobre la función de esta proteína en la patogenicidad de esta bacteria. En este trabajo se clonó PthB en una fusión traduccional con el BD (Binding Domain) del factor de transcripción GAL4. Después de transformar este constructo en una cepa de levadura, se observó autoactivación de los genes reporteros, incluso a concentraciones altas de 3-AT. La eliminación del primer, segundo o de los dos NLS y del AAD no eliminaron la capacidad de autoactivación de los genes reporteros mediada por PthB. Estos resultados indican la imposibilidad de su utilización en un tamizaje de una librería de ADNc de yuca para identificar las proteínas que interactúan con PthB.
Cassava bacterial blight disease is caused by the gram-negative bacteria Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam), and constitutes one of the most important constraints for cassava production. One of the first determinants of pathogenicity identified in this bacterium is the PthB gene. The PthB protein belongs to the PthA/AvrBs3 family, characterized by the presence of Nuclear Localization Signal (NLS) and Acidic Activation (AAD) domains, suggesting that these proteins are transcription factors. The identification of cassava proteins interacting with PthB could give insights about the function of this protein in the pathogenicity of this bacterium. In this work we cloned PthB in the yeast two hybrid expression vector pLAW10, generating a fusion protein with the Binding Domain (BD) of the transcription factor GAL4. In this work, PthB was cloned in a translational fusion with Gal4-BD (DNA Binding Domain). After transforming this construct into a yeast strain, autoactivation of the reporter genes was observed, even at the highest concentrations of 3-AT. The deletion of the first, second or both NLS and the AAD did not eliminate the ability of autoactivation of PthB. These results show the impossibility of using PthB to screen a cassava cDNA library to identify the proteins interacting with PthB.
ABSTRACT
Los microARNs (miARNs) son moléculas pequeñas de ARN utilizadas por los eucariotas como un mecanismo de control de la expresión génica. En plantas los miRNAs están implicados en la regulación de distintos aspectos del crecimiento y desarrollo, así como en la tolerancia a estrés biótico y abiótico. Muchos miARNs de plantas se encuentran conservados en todos los grupos de embriófitos, sin embargo aún existen muchas plantas para las que no se conoce el reportorio de miARNs. Asimismo se desconoce el papel que algunos miARNs pueden tener en procesos como defensa contra patógenos. En este trabajo se construyó una librería de ARNs pequeños a partir de muestras de tejidos de Manihot esculenta (yuca) inoculados con la bacteria fitopatógena Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam), y se secuenciaron utilizando técnicas de secuenciación de nueva generación (Solexa/Illumina). Se identificaron en la librería 47 familias de miARNs de yuca conservados en otras plantas. Se cuantificó la expresión de estos miARNs, encontrándose similitudes con perfiles de expresión en otras plantas. Se encontró la secuencia de los precursores para algunos miARNs en secuencias de ESTs y GSSs de yuca. Asimismo se predijeron los blancos de estos miARNs en el set de ESTs encontrándose que muchos miARNs están dirigidos contra factores de transcripción, y que existe un gran porcentaje de posibles blancos con función desconocida. Este trabajo es el primer paso hacia entender cómo la vía de miARNs puede estar implicada en la interacción planta-patógeno en el sistema M. esculenta-Xam.
microRNAs (miRNAs) are small RNA molecules used by eukaryotes as a control mechanism for gene expression. In plants, miRNAs play a regulatory role in the expression of various genes involved in growth and development, as well in biotic and abiotic stress tolerance. Many plant miRNAs are conserved in all land plants; however the repertoire of miRNAs is still unknown for many plant species. Likewise, the role for some plant miRNAs in pathogen defense is also unknown. In this work we constructed a library of small RNA from tissues of Manihot esculenta (Cassava) infected with the pathogenic bacteria Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam). The small RNAs were sequenced using next-generation sequencing (Solexa/Illumina). We identified 47 conserved miRNAs families in Cassava and quantified their expression, finding similarities with expression profiles from other plants. We found sequences for the precursors of some of these families in sets of ESTs and GSSs. We also predicted targets for these miRNAs in a set of ESTs, finding many miRNAs targeting transcription factors, and regions with unknown function. This work constitutes a first step towards understanding the role of the miRNA pathway in plant-pathogen interaction in the M. esculenta-Xam pathosystem.
ABSTRACT
La yuca (Manihot esculenta) constituye la base de la alimentación para mas de 1.000 millones de personas en el mundo considerándose por esta razón un cultivo primordial para la seguridad alimentaria. La bacteriosis vascular ocasionada por la bacteria gram negativa Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) es uno de los factores más limitantes para la producción en este cultivo. Un gen de resistencia candidato de yuca a la bacteriosis vascular, denominado RXam1, ha sido previamente identificado. En este trabajo se empleó la estrategia de silenciamiento génico mediado por el geminivirus ACMV (del inglés African Cassava Mosaic Virus) para validar la función del gen RXam1. Como control positivo se utilizó el gen su, cuyo silenciamiento produce blanqueamiento en las hojas. Plantas de la variedad SG10735 fueron bombardeadas con las construc-ciones ACMV-A-SU + ACMV-B y ACMV-A-RXam1 + ACMV-B. La eficiencia de silenciamiento empleando el gen su fue baja, observándose un fenotipo de blanqueamiento en solo una de siete plantas. En las plantas posiblemente silenciadas en el gen RXam1, no se logró identificar siRNAs correspondientes a este gen, aunque si se observó una leve disminución en la expresión de RXam1 en una de las plantas evaluadas. Las curvas de crecimiento para la cepa Xam CIO136 en plantas de yuca inoculadas mostraron una leve pero no significativa diferencia en la susceptibilidad de las plantas silenciadas con respecto a las no silenciadas.
Cassava (Manihot esculenta) is a major source of food for more than 1000 million people in the world and constitutes an important staple crop. Cassava bacterial blight, caused by the gram negative bacterium Xanthomonas axonopodis pv. manihotis, is one of the most important constraints for this crop. A candidate resistance gene against cassava bacterial blight, named RXam1, has been identified previously. In this work, we employed the gene silencing approach using the African Cassava Mosaic Virus (ACMV) to validate the function of the RXam1 gene. We used as positive control the su gen, which produce photoblanching in leaves when is silenced. Plants from the SG10735 variety were bombardment with the ACMV-A-SU+ACMV-B y ACMV-A-RXam1+ACMV-B constructions. The silencing efficiency employing the su gene was low, only one of seven plants showed photoblanching. In the putative silenced plants for the RXam1 gene, no presence of siRNAs corresponding to RXam1 was observed; although a low diminution of the RXam1 gene expression was obtained. The growth curves for the Xam strain CIO136 in cassava plants inoculated showing a little but no significance difference in the susceptibility in the silenced plants compared to not silenced.
ABSTRACT
La yuca es un cultivo de importancia en la seguridad alimentaria mundial ya que constituye la base de la alimentación de más de 600 millones de personas en el mundo. También es un alto productor de almidón con niveles que oscilan entre 73,7 y 84,9% de su peso seco total en raíces (FAO, 2007). El almidón de yuca puede utilizarse en una gama amplia de industrias (textil, cosmética, alimentaria, etc). Además, es empleado en la producción de biocombustibles. Una de las principales limitantes en la producción de yuca es la bacteriosis vascular producida por la bacteria Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam). Esta enfermedad puede comprometer no solo el suministro de almidón para las plantas industriales productoras de bioetanol sino que también puede amenazar la seguridad alimentaria. El mejoramiento genético convencional de yuca es complicado dado su largo ciclo reproductivo, su alta heterocigocidad y su naturaleza tetraploide. Por estas razones se deben buscar alternativas que involucren desarrollos en biotecnología que permitan un mejoramiento eficaz y rápido. En la actual era genómica y postgenómica muchos de los experimentos dependen de la posibilidad de contar con la secuencia de transcritos clonados. Dado que estos clones provienen de librerías de ADNc contar con este tipo de recursos de excelente calidad es un paso esencial. En este artículo reportamos la construcción de una librería de ADNc empleando el sistema Gateway® a partir de plantas de yuca que han sido inoculadas con la cepa CIO151 de Xam. La librería presentó un título de 1 x 10(7) unidades formadoras de colonias (ufc)/ml y el tamaño de los insertos osciló entre 600-1.500 pb. Los análisis de secuencia de 14 clones al azar confirmaron que se trata de genes expresados y mostraron similitud con genes previamente reportados en especies estrechamente relacionadas a yuca. Esta librería se convierte en un excelente recurso para identificar novedosos genes y para el estudio de su función a través de la identificación y la interacción entre proteínas.
Cassava is one of the most important crops for global food security and provides food and livelihood for 600 million people in the developing world. It is also good source of starch, with levels between 73.7 y 84.9% of total dry weight in roots (FAO, 2007). Cassava starch can be used in a wide range of industries (textile, cosmetic, nourishing, etc) and it has a high potential for the production of biofuel. Cassava bacterial blight, caused by Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam), is one of the most important diseases that affects cassava. This disease can compromise the starch supply not only for bioetanol production but also affect global food security. The long reproductive cycle, high heterozigosity and tetraploid character of cassava are characteristics that have complicated the genetic breeding for this crop. For these reasons new alternatives based on biotechnology are necessary to accelerate its improvement. In the postgenomic era many experiments rely on the availability of transcript sequences for cloning. As these clones usually originate from cDNA libraries, the quality of these libraries is crucial. In this article we report the construction of the first cassava cDNA library employing the Gateway® system. For this, in vitro grown plants were inoculated with the Xam strain CIO151. The expression library shows a high titer of 1 x 10(7) cfu/ml, with inserts ranging between 600 and 1500 bp. The sequence analyses from 14 random clones confirmed that these are expressed genes and showed similarity with previously cloned genes from species related to cassava. This library is an excellent resource for the identification of novel genes and for functional studies through the identification of their interactions with other proteins.