ABSTRACT
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.
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
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.