Hohenheim, Univ., Diss., 2005.

Techn. Universiẗat, Diss., 2000--Berlin.

Würzburg, Universiẗat, Diss., 2008.

Phytohormone spielen eine zentrale Rolle in der Regelung normalen Wachstums, der Entwicklung und der Mitwirkung an Abwehrmechanismen in Pflanzen. Allgemein betrachtet können Phytohormone in zwei Klassen unterteilt werden – in solche, die in Beziehung zu Stressreaktionen stehen und in jene, die das Wachstum begünstigen. Salizylsäure, und Jasmonsäure sind in erster Linie an der Stressresonanz, Ethylen, Auxine, Cytokinine (CKs) und Gibberilline an Entwicklungsprozessen beteiligt. In den letzten Jahrzehnten wurde den Phytohormonen aus diesem Betrachtungswinkel starke Aufmerksamkeit gewidmet und heute stehen ihre wechselseitigen Beeinflussungen im Fokus. Die Tatsache, dass Pflanzenpathogene ein hormonelles Ungleichgewicht an der Wirtspflanzen-Pathogen Schnittstelle bedingen und es begleitend zu physiologischen Veränderungen kommt, wird dabei als Werkzeug für Erforschungen in Pflanzengeweben genutzt. Abgesehen von der bekannten Bedeutung, die Cytokinine für Wachstum und Entwicklung haben, sind sie bisher am meisten vernachlässigt worden und eher als Konsequenz denn als Grund von Pathogeninfektionen angesehen worden. Die Ergebnisse dieser Arbeit basieren auf der Hyphothese, dass erhöhte Gehalte an CKs die Pflanzen mit einer Resistenz gegen hemibiotrophe Pathogene ausstatten. In diesem Zusammenhang wurden transgenetische Pflanzen untersucht, in welchen das bakterielle Gen IPT überexpremiert wurde. Kontrolliert wurde die Expression durch einen pathogen-induzierbaren, einen tetracyclin-induzierbaren oder durch einen wachstumsabhängigen Promotor. Für die weitere Validierung der an den transgenetischen Pflanzen gewonnenen Ergebnisse wurden unterschiedliche Cytokinin von abgeschnittenen Tabakblätter aufgenommen. Alle transgenetischen Ansätze und exogen applizierten Cytokiningaben zeigten ähnliche verringerte Krankheitsanzeichen. Diese Art der Resistenz wurde im Weiteren mit verschiedenen zellulären, biochemischen, mikrobiellen Techniken sowie durch Signalwirkungstests fundiert. Die Gehalte von SA und JA blieben unverändert, während die Expression des Gens PR1 in Proben mit erhöhtem Cytokiningehalt stark hoch reguliert wurde. Darüber hinaus konnte eine verringerte Akkumulation von ROS in IPT exprimierenden Blättern gegenüber der entsprechende Kontrolle beobachtet wurden. Zusätzlich konnte weder ein direkter Effekt im Wachstum von P. syringae pv. tabaci noch die Präsenz von antimikrobiellen Peptiden in Cytokinin-angereicherten Extrakten festgestellt werden. Interessanterweise ist die verstärkte Akkumulation von Phytoalexinen bei erhöhtem CKs-Status der Pflanze als ein mögliches Anzeichen für die Gefährdung durch die Ausbreitung von Pathogenen belegt. Im Gegensatz dazu konnten wir keine Wachstumsverlangsamung für Sclerotinia sclerotiorum in Blättern mit erhöhten CKs-Gehalten feststellen. Neben der Wirt-Pathogen Interaktion im Hinblick auf erhöhte CK-Gehalte wurden die Auswirkungen eines modulierten Kohlenstoffhaushalts auf das Wachstum von Pathogenen untersucht. Dafür wurden zuvor generierte transgenetische Tabakpflanzen, basierend auf ein regulierbarem Invertase Enzym verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass induzierte und nicht-induzierte Expression von CIN1 unter der Kontrolle des Tet-Promotors das Wachstum von P. syringae pv. tabaci nicht beeinflusst. Darüber hinaus zeigten Linien, welche den Invertaseinhibitor NtCIF unter Kontrolle desselben Tet-Promotors exprimieren, keine differenzielle Veränderung des Wachstums von P. syringae pv. tabaci bei induziertem und nicht-induziertem Status der Pflanze. Ähnlich waren die Resultate in der transgenetischen Tomaten-Linie Lin6::NtCIF für P.syringae pv. tomato DC 3000. Interessanterweise zeigten die Blätter von Lin6::NtCIF Tomatenpflanzen starke Symptome nach Behandlung mit Botrytis cinerea verglichen zum Wildtyp. Eine mögliche Verbindung zwischen Cytokininen und Zuckermetabolismus im Bezug auf die Wirt-Pathogen Beziehung wurde ebenfalls untersucht. Die Expression des IPT-Gens unter der Kontrolle des pathogeninduzierbaren Promotors (4xJERE::IPT) im transgenetischen Hintergrund von Tet::CIN1 ergab lokale Unterschiede in der Entwicklung der Symptom von P. syringae pv. tabaci. Bei exogen appliziertem Kinetin an abgeschnittenen Tabakblättern von Tet::CIN1 verzögerte sich ebenfalls das Wachstum von P. syringae pv. Tabaci im Vergleich zu Tet-induzierten Blättern. Diese Ergebnisse führen zu der Schlussfolgerung, dass die extrazelluläre Invertase keine essentielle Rolle in der Cytokinin-vermittelten Resistenz gegen hemibiotrophe Pathogene spielt. / Phytohormones are known for their pivotal roles in promoting normal growth and development of the plants and contributing to the mechanism of defense. Although an over simplification, however, they may be categorized as stress specific and growth promoting. SA and JA/Ethylene are implicated in stress responses while auxins, cytokinins and gibberellins are involved in developmental processes. Phytohormones from the above perspective got much attention in the last few decades; however their reciprocal role is currently in focus. It is because of the reason that plant pathogens cause overall hormonal imbalance at host pathogen interface and alter host physiology for the sake of pathogenecity. Despite their importance in growth and development, cytokinins are among the most neglected phytohormones that are usually noticed as consequence rather than a cause of pathogen infection. Results presented in this thesis are based on the hypothesis that elevated levels of CKs embody plants with resistance against hemibiotrophic pathogens. To explore a connection between the spread of P. syringae and its tobacco host, CKs over producing transgenic plants were investigated whereby bacterial IPT gene was expressed under the control of pathogen inducible, tetracycline inducible and developmentally inducible promoters. To further validate the out-come of transgenic plants, various types of cytokinins were exogenously fed to detached tobacco leaves. Mentioned transgenics and exogenous CKs feeding approaches unanimously resulted in, “more cytokinins less disease symptoms” and vice versa. This state of cytokinins mediated resistance was further substantiated with various cellular, signaling, biochemical and microbial approaches wherein levels of SA and JA remained unaffected. Conversely, PR1 gene expression was strongly up-regulated in enhanced cytokinins accumulating samples. Moreover, less accumulation of ROS was observed in IPT expressing sites of the plants as compared to their corresponding controls. Additionally, we neither noticed any direct effect of cytokinins on the growth of P. syringae pv. tabaci nor found presence of anti-microbial peptides in cytokinins enriched extracts. Interestingly, enhanced accumulation of phtyoalexins in elevated CKs status of the plant proved to be a possible gesture in jeopardizing the spread of pathogen. Contrarily, no reduction was observed in the spread of fungal necrotrophic pathogen Sclerotinia sclerotiorum when leaves of elevated CKs were inoculated. Besides host-pathogen interaction in perspective of elevated cytokinins, impact of modulated sugar status of the plant on the spread of pathogen was also investigated. For this purpose, previously generated modulated invertase enzyme tobacco transgenic plants were analyzed. We showed that repression and de-repression of CIN1 gene under the control of tetracycline inducible-promoter did not affect the growth of P. syrinage pv. tabaci in Tet::CIN1 transgenic plants. Moreover, invertase inhibitor tobacco lines expressing NtCIF gene under the control of the same promoter failed to exhibit differential pathogenic responses in induced and non induced status of the plant. Similar was the case of tomato transgenic plants expressing NtCIF gene under the control of invertase gene Lin6 promoter in Lin6:: NtCIF plants for P.syringae pv. tomato DC 3000. Interestingly, when challenged Lin6:: NtCIF tomato plants with Botrytis cinerea, severe disease symptoms were observed on transgenic leaves as compared to control plants. To dissect a potential link between cytokinins and sugar metabolism with its effect on the growth of pathogen, invertase transgenic plants with elevated CKs were probed. When expressed exogenous IPT gene under the control of pathogen inducible promoter (4xJERE::IPT) in transgenic background of Tet::CIN1, we observed localized differences in symptom development for P.syringae pv. tabaci. Similarly, when exogenously fed with kinetin, detached leaves of Tet::CIN1 exhibited retarded growth of P.syringae pv. tabaci as compared to the tetracycline induced leaves. These results led to the conclusion that extracellular invertase may not play an essential role in cytokinins mediated disease resistance against hemibiotrophic pathogens.

Univ., Diss.--Kiel, 1997.

From its first use in the field of biochemistry, instrumental analysis offered a variety of invaluable tools for the comprehensive description of biological systems. Multi-selective methods that aim to cover as many endogenous compounds as possible in biological samples use different analytical platforms and include methods like gene expression profile and metabolite profile analysis. The enormous amount of data generated in application of profiling methods needs to be evaluated in a manner appropriate to the question under investigation. The new field of system biology rises to the challenge to develop strategies for collecting, processing, interpreting, and archiving this vast amount of data; to make those data available in form of databases, tools, models, and networks to the scientific community.<br><br> On the background of this development a multi-selective method for the determination of phytohormones was developed and optimised, complementing the profile analyses which are already in use (Chapter I). The general feasibility of a simultaneous analysis of plant metabolites and phytohormones in one sample set-up was tested by studies on the analytical robustness of the metabolite profiling protocol. The recovery of plant metabolites proved to be satisfactory robust against variations in the extraction protocol by using common extraction procedures for phytohormones; a joint extraction of metabolites and hormones from plant tissue seems practicable (Chapter II).<br><br> Quantification of compounds within the context of profiling methods requires particular scrutiny (Chapter II). In Chapter III, the potential of stable-isotope in vivo labelling as normalisation strategy for profiling data acquired with mass spectrometry is discussed. First promising results were obtained for a reproducible quantification by stable-isotope in vivo labelling, which was applied in metabolomic studies.<br><br> In-parallel application of metabolite and phytohormone analysis to seedlings of the model plant Arabidopsis thaliana exposed to sulfate limitation was used to investigate the relationship between the endogenous concentration of signal elements and the ‘metabolic phenotype’ of a plant. An automated evaluation strategy was developed to process data of compounds with diverse physiological nature, such as signal elements, genes and metabolites – all which act in vivo in a conditional, time-resolved manner (Chapter IV). Final data analysis focussed on conditionality of signal-metabolome interactions. / Die instrumentelle Analytik stellt mit ihrem unschätzbaren Methodenreichtum Analysenwerkzeuge zur Verfügung, die seit ihrem Einzug in die Biologie die Aufzeichnung immer komplexerer ‚Momentaufnahmen’ von biologischen Systemen ermöglichen. Konkret hervorzuheben sind dabei vor allem die sogenannten ‚Profilmethoden’. Die Anwendung von Profilmethoden zielt darauf ab, aus einer bestimmten Stoffklasse so viele zugehörige Komponenten wie nur möglich gleichzeitig zu erfassen. <br><br> Für die Auswertung derart komplexer Daten müssen nun auch entsprechende Auswertungsmethoden bereit gestellt werden. Das neu entstandene Fachgebiet der Systembiologie erarbeitet deshalb Strategien zum Sammeln, Auswerten und Archivieren komplexer Daten, um dieses gesammelte Wissen in Form von Datenbanken, Modellen und Netzwerken der allgemeinen Nutzung zugänglich zu machen.<br><br> Vor diesem Hintergrund wurde den vorhandenen Profilanalysen eine Methode zur Erfassung von Pflanzenhormonen hinzugefügt. Verschiedene Experimente bestätigten die Möglichkeit zur Kopplung von Pflanzenhormon- und Pflanzeninhaltsstoff(=metabolit)-Profilanalyse. In weiteren Untersuchungen wurde das Potential einer innovativen Standardisierungstechnologie für die mengenmässige Erfassung von Pflanzeninhaltsstoffen in biologischen Proben betrachtet (in vivo labelling mit stabilen Isotopen).<br><br> Hormon- und Metabolitprofilanalyse wurden dann parallel angewandt, um Wechselwirkungen zwischen der Konzentration von Signalkomponenten und der Ausprägung des Stoffwechsels in Keimlingen der Modellpflanze Arabidopsis thaliana zu untersuchen. Es wurde eine Prozessierungsmethode entwickelt, die es auf einfache Art und Weise erlaubt, Daten oder Komponenten verschiedenen Ursprungs wie Signalelemente, Gene und Metabolite, die in biologischen Systemen zeitlich versetzt aktiv oder verändert erscheinen, im Zusammenhang zu betrachten. Die abschließende Analyse aller Daten richtet sich auf die Abschätzung der Bedingtheit von Signal-Metabolismus Interaktionen.

Überstände von Cyanobakterien sind ein vielversprechendes Produkt zur Förderung des Pflanzenwachstums, da sie alle Vorteile der freigesetzten bioaktiven Verbindungen, wie z. B. Phytohormone, enthalten, ohne die Zwänge der mikrobiellen Inokulationen. Es ist jedoch nur wenig darüber bekannt, wie Cyanobakterien die Reaktion der Pflanzen auf molekularer Ebene modulieren könnten. In dieser Studie wurde das in Chile heimische Gras Polypogon australis als Modell verwendet, um die Wirkung von Überständen aus Kulturen von sieben autochthonen Bodencyanobakterien zu untersuchen. Von diesen zeigten die Überstände der Kulturen von Trichormus sp. die beste wachstumsfördernde Wirkung auf P. australis. Die ICP-MS-Analyse ergab, dass die Überstände von Trichormus sp. eine ähnliche Nährstoffzusammensetzung aufwiesen wie das für das Wachstum der Cyanobakterien verwendete Medium BG-11, mit Ausnahme der Elemente P und Mn, die in der späten exponentiellen Phase der Kulturen verarmt waren. Dann wurden Überstände von Trichormus sp.-Kulturen, die in der späten exponentiellen Phase gesammelt wurden und die eine Menge von 32,7 pmol trans-Zeatin pro mg Chl-a enthielten, zur Bewertung der Reaktion von P. australis auf transkriptioneller Ebene verwendet. Ein BG-11-Medium, das frei von P und Mn war, wurde als Kontrolle verwendet. Ganzes Pflanzengewebe wurde 3 Stunden nach der Behandlung entnommen und für eine RNA-seq-Analyse verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Überstände von Trichormus sp. die Pflanzenreaktion hauptsächlich über die N- und Phytohormonwege modulierten, die in engem Zusammenhang mit dem C- und Lipidstoffwechsel stehen. Die behandelten Pflanzen wiesen 4 und 8 Tage nach der Anwendung größere Triebe auf als die Kontrollpflanzen, aber es wurden keine Unterschiede bei der Wurzellänge festgestellt. Dieser Phänotyp lässt sich durch die Induktion von Genen für die Gibberellin-Biosynthese in P. australis erklären, die durch andere Hormone wie Auxine, Brassinosteroide und Ethylen unterstützt wird. Andererseits wurde in mit P. australis behandelten Pflanzen eine induzierte systemische Resistenzreaktion beobachtet, die hauptsächlich durch einen Ethylen-Jasmonat-Crosstalk vermittelt wurde. Diese Arbeit unterstützt die Verwendung von Überständen als eine gute Option zur Förderung des Pflanzenwachstums.:Table of content Preliminary Page Resumen i Abstract ii Übersetzung iii DECLARATION ix 1. Introduction 1 1.1. Plant-growth promoting microorganisms 1 1.2. Soil cyanobacteria 2 1.3. Physiology of soil cyanobacteria 2 1.4. Cyanobacterial plant growth-promoting molecules 4 1.5. Plant response to bioactive compounds 6 1.6. Cyanobacterial supernatants 9 1.7. Polypogon australis as a plant study model 11 2. Methodology 13 2.1. Obtention of the cyanobacterial cultures 13 2.2. Supernatant collection from the cyanobacterial cultures 14 2.3. Cyanobacterial biomass quantification 15 2.3.1. Chlorophyll-a content 15 2.3.2. Biomass dry weight 15 2.3.3. Determination of the growth phases 15 2.4. Chemical characterization of the supernatants 16 2.4.1. Nitrate content 16 2.4.2. Total element content 16 2.4.3. Zeatin content 16 2.5. Preparation of the modified BG-11 medium (BG-11M medium) 17 2.6. Bioassays with cyanobacterial supernatants 18 2.6.1. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis germination 18 2.6.2. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis plants 18 2.6.3. Effect of supernatants of the 2,400 mL cultures on P. australis plants 19 2.7. Statistical analysis 19 2.8. Determination of transcriptional changes in P. australis. 20 2.8.1. Plant treatments and tissue collection 20 2.8.2. Total RNA extraction from plant tissue 20 2.8.3. DNA removal 20 2.8.4. mRNA sequencing, de novo assembly, and differential expression analysis 21 2.8.5. Contig annotation and functional classification 22 3. Results 24 3.1. Trichormus sp. cultures produce the highest biomass content 24 3.2. Trichormus sp. cultures have a low P content 25 3.3. Trichormus sp. supernatants have the best growth-promoting effect on the growth of P. australis 25 3.4. Supernatant nutrient content of Trichormus sp. cultures change through the growth phases 27 3.5. Supernatants used in the transcriptomic assay and BG-11M medium have a lower nutrient content than BG-11 medium 30 3.6. Trichormus sp. supernatants promote the growth of P. australis to a greater extent than the BG-11M medium 32 3.7. Trichormus sp. supernatants contain zeatin 33 3.8. Trichormus sp. supernatants modulated more P. australis genes than the BG-11M medium 34 3.9. Trichormus sp. supernatants regulate the gene expression of growth and defense responses in P. australis 37 4. Discussion 57 4.1. The plant-growth promoting effect of Thrichormus sp. supernatants 57 4.2. The role of P and Mn in the growth-promoting effect of Trichormus sp. supernatants 58 4.3. Modulation of P. australis N-metabolism by Trichormus sp. supernatants 59 4.4. P. australis nitrogen and carbon metabolism in response to Trichormus supernatants 63 4.5. P. australis phytohormone-metabolism modulated by Trichormus supernatants 64 4.6. The role of lipid metabolism in the response to Trichormus supernatants 67 4.7. P. australis defense response triggered by Trichormus supernatants 68 4.8. Phytohormone crosstalk and defense response in P. australis treated with Trichormus sp. supernatants 71 4.9. Perspectives and challenges for the biotechnological use of Trichormus sp. supernatants 73 5. Conclusion 76 Bibliographic references 77 Annexes 116 / Cyanobacterial supernatants are a promising plant growth-promoting product since they contain all the advantages of the released bioactive compounds, such as phytohormones, without the constraints of microbial inoculations. However, little is known about how cyanobacteria could modulate the plant response at a molecular level. In this research, the Chilean native grass, Polypogon australis, was used as a model for assaying the effect of supernatants obtained from cultures of seven autochthonous soil cyanobacteria. Of them, supernatants of Trichormus sp. cultures showed the best growth-promoting effects on P. australis. Analysis by ICP-MS showed that Trichormus sp. supernatants had a similar nutrient composition to the medium used for the cyanobacteria growth, BG-11, except for the elements P and Mn, which were depleted when the late exponential phase of the cultures was reached. Then, supernatants of Trichormus sp. cultures collected in the late exponential phase, which contained an amount of 32.7 pmol of trans-zeatin per mg of Chl-a, were employed for evaluating the P. australis response at a transcriptional level. A BG-11 medium free of P and Mn was utilized as a control. Whole plant tissue was collected 3 h-post treatment and used for an RNA-seq analysis. Results showed that Trichormus sp. supernatants modulated the plant response mainly by the N and phytohormones pathways, in close relation with C and lipid metabolism. Treated plants showed larger shoots than control plants 4 and 8 days after application, but no differences were observed in root length. This phenotype can be explained by the induction in P. australis of gibberellin biosynthesis genes, supported by other hormones such as auxins, brassinosteroids, and ethylene. On the other hand, an induced systemic resistance response was observed in P. australis-treated plants, mostly mediated by an ethylene-jasmonate crosstalk. This work supports the use of supernatants as a good plant growth-promoting option.:Table of content Preliminary Page Resumen i Abstract ii Übersetzung iii DECLARATION ix 1. Introduction 1 1.1. Plant-growth promoting microorganisms 1 1.2. Soil cyanobacteria 2 1.3. Physiology of soil cyanobacteria 2 1.4. Cyanobacterial plant growth-promoting molecules 4 1.5. Plant response to bioactive compounds 6 1.6. Cyanobacterial supernatants 9 1.7. Polypogon australis as a plant study model 11 2. Methodology 13 2.1. Obtention of the cyanobacterial cultures 13 2.2. Supernatant collection from the cyanobacterial cultures 14 2.3. Cyanobacterial biomass quantification 15 2.3.1. Chlorophyll-a content 15 2.3.2. Biomass dry weight 15 2.3.3. Determination of the growth phases 15 2.4. Chemical characterization of the supernatants 16 2.4.1. Nitrate content 16 2.4.2. Total element content 16 2.4.3. Zeatin content 16 2.5. Preparation of the modified BG-11 medium (BG-11M medium) 17 2.6. Bioassays with cyanobacterial supernatants 18 2.6.1. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis germination 18 2.6.2. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis plants 18 2.6.3. Effect of supernatants of the 2,400 mL cultures on P. australis plants 19 2.7. Statistical analysis 19 2.8. Determination of transcriptional changes in P. australis. 20 2.8.1. Plant treatments and tissue collection 20 2.8.2. Total RNA extraction from plant tissue 20 2.8.3. DNA removal 20 2.8.4. mRNA sequencing, de novo assembly, and differential expression analysis 21 2.8.5. Contig annotation and functional classification 22 3. Results 24 3.1. Trichormus sp. cultures produce the highest biomass content 24 3.2. Trichormus sp. cultures have a low P content 25 3.3. Trichormus sp. supernatants have the best growth-promoting effect on the growth of P. australis 25 3.4. Supernatant nutrient content of Trichormus sp. cultures change through the growth phases 27 3.5. Supernatants used in the transcriptomic assay and BG-11M medium have a lower nutrient content than BG-11 medium 30 3.6. Trichormus sp. supernatants promote the growth of P. australis to a greater extent than the BG-11M medium 32 3.7. Trichormus sp. supernatants contain zeatin 33 3.8. Trichormus sp. supernatants modulated more P. australis genes than the BG-11M medium 34 3.9. Trichormus sp. supernatants regulate the gene expression of growth and defense responses in P. australis 37 4. Discussion 57 4.1. The plant-growth promoting effect of Thrichormus sp. supernatants 57 4.2. The role of P and Mn in the growth-promoting effect of Trichormus sp. supernatants 58 4.3. Modulation of P. australis N-metabolism by Trichormus sp. supernatants 59 4.4. P. australis nitrogen and carbon metabolism in response to Trichormus supernatants 63 4.5. P. australis phytohormone-metabolism modulated by Trichormus supernatants 64 4.6. The role of lipid metabolism in the response to Trichormus supernatants 67 4.7. P. australis defense response triggered by Trichormus supernatants 68 4.8. Phytohormone crosstalk and defense response in P. australis treated with Trichormus sp. supernatants 71 4.9. Perspectives and challenges for the biotechnological use of Trichormus sp. supernatants 73 5. Conclusion 76 Bibliographic references 77 Annexes 116 / Los sobrenadantes de cianobacterias son prometedores productos promotores del crecimiento vegetal, pues contienen todas las ventajas de los compuestos bioactivos liberados, como fitohormonas, sin las limitaciones de las inoculaciones microbianas. Lamentablemente, poco se sabe sobre cómo las cianobacterias modularían la respuesta de las plantas a nivel molecular. En esta investigación, se utilizó la gramínea nativa chilena Polypogon australis como modelo para evaluar el efecto de sobrenadantes de cultivos de siete cianobacterias autóctonas de suelo. Los sobrenadantes de Trichormus sp. mostraron mejores efectos promotores del crecimiento de P. australis. Análisis mediante ICP-MS evidenciaron que estos sobrenadantes tenían un contenido nutricional similar al medio de crecimiento de las cianobacterias, BG-11, excepto por los elementos P y Mn, que se agotaron al alcanzarse la fase exponencial tardía de los cultivos. Para evaluar la respuesta de P. australis a nivel transcripcional, se emplearon sobrenadantes colectados en fase exponencial tardía de cultivos de Trichormus sp., que contenían una cantidad de 32,7 pmol de trans-zeatina por mg de Chl-a. Un medio BG-11 libre de P y Mn se utilizó como control. Tres horas después del tratamiento se recogió tejido de plantas completas y se le hizo un análisis de RNA-seq. Como resultado, los sobrenadantes principalmente modularon las vías de N y fitohormonas de la planta, en estrecha relación con los metabolismos de C y lípidos. Las plantas tratadas mostraron brotes más grandes que las plantas control, 4 y 8 días después de la aplicación, pero no se observaron diferencias en la longitud radicular. Este fenotipo puede explicarse por la inducción de biosíntesis de giberelina, apoyada por otras hormonas como auxinas, brasinoesteroides y etileno. Además, se observó una inducción de resistencia sistémica en las plantas tratadas, mediada por una interacción etileno-jasmonatos. Este trabajo corrobora el uso de sobrenadantes como una buena opción para promover el crecimiento de las plantas.:Table of content Preliminary Page Resumen i Abstract ii Übersetzung iii DECLARATION ix 1. Introduction 1 1.1. Plant-growth promoting microorganisms 1 1.2. Soil cyanobacteria 2 1.3. Physiology of soil cyanobacteria 2 1.4. Cyanobacterial plant growth-promoting molecules 4 1.5. Plant response to bioactive compounds 6 1.6. Cyanobacterial supernatants 9 1.7. Polypogon australis as a plant study model 11 2. Methodology 13 2.1. Obtention of the cyanobacterial cultures 13 2.2. Supernatant collection from the cyanobacterial cultures 14 2.3. Cyanobacterial biomass quantification 15 2.3.1. Chlorophyll-a content 15 2.3.2. Biomass dry weight 15 2.3.3. Determination of the growth phases 15 2.4. Chemical characterization of the supernatants 16 2.4.1. Nitrate content 16 2.4.2. Total element content 16 2.4.3. Zeatin content 16 2.5. Preparation of the modified BG-11 medium (BG-11M medium) 17 2.6. Bioassays with cyanobacterial supernatants 18 2.6.1. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis germination 18 2.6.2. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis plants 18 2.6.3. Effect of supernatants of the 2,400 mL cultures on P. australis plants 19 2.7. Statistical analysis 19 2.8. Determination of transcriptional changes in P. australis. 20 2.8.1. Plant treatments and tissue collection 20 2.8.2. Total RNA extraction from plant tissue 20 2.8.3. DNA removal 20 2.8.4. mRNA sequencing, de novo assembly, and differential expression analysis 21 2.8.5. Contig annotation and functional classification 22 3. Results 24 3.1. Trichormus sp. cultures produce the highest biomass content 24 3.2. Trichormus sp. cultures have a low P content 25 3.3. Trichormus sp. supernatants have the best growth-promoting effect on the growth of P. australis 25 3.4. Supernatant nutrient content of Trichormus sp. cultures change through the growth phases 27 3.5. Supernatants used in the transcriptomic assay and BG-11M medium have a lower nutrient content than BG-11 medium 30 3.6. Trichormus sp. supernatants promote the growth of P. australis to a greater extent than the BG-11M medium 32 3.7. Trichormus sp. supernatants contain zeatin 33 3.8. Trichormus sp. supernatants modulated more P. australis genes than the BG-11M medium 34 3.9. Trichormus sp. supernatants regulate the gene expression of growth and defense responses in P. australis 37 4. Discussion 57 4.1. The plant-growth promoting effect of Thrichormus sp. supernatants 57 4.2. The role of P and Mn in the growth-promoting effect of Trichormus sp. supernatants 58 4.3. Modulation of P. australis N-metabolism by Trichormus sp. supernatants 59 4.4. P. australis nitrogen and carbon metabolism in response to Trichormus supernatants 63 4.5. P. australis phytohormone-metabolism modulated by Trichormus supernatants 64 4.6. The role of lipid metabolism in the response to Trichormus supernatants 67 4.7. P. australis defense response triggered by Trichormus supernatants 68 4.8. Phytohormone crosstalk and defense response in P. australis treated with Trichormus sp. supernatants 71 4.9. Perspectives and challenges for the biotechnological use of Trichormus sp. supernatants 73 5. Conclusion 76 Bibliographic references 77 Annexes 116