La thèse est consacrée à l'étude de la signalisation lipidique comme un mécanisme universel de médiation des réponses cellulaires à phytohormones et élicitors jouant ainsi un rôle clé dans la réorganisation de métabolisme cellulaire pendant l'adaptation de la plante aux changements environnementaux.Phospholipase D (PLD) et son produit acide phosphatidic (PA) ont étés impliqués au cascades de signalisation induites par l’acide salicylique (SA) dans les cellules de garde de Arabidopsis thaliana. On a trouvé une activation de PLD et la production de PA dans les feuilles des plantes après le traitement par SA. En utilisant le marquage radioactif des phospholipides, l'analyse histochimique, les inhibiteurs de la signalisation lipidique et des lignées transgénique des plantes, nous avons montré la participation de la PLD et la NADPH-oxidase RbohD à la formation du superoxyde dans les tissues d’Arabidopsis et à la fermeture des stomates induite par SA.La cooperation entre le SA et l’acide abscisic (ABA) dans la réorganisation de transcriptome induite par ces hormones a été examinée dans la culture de la suspension cellulaire. Tant SA que l'ABA ont inhibé l'activité basale in vivo de phospholipase C dépendante de phosphatidylinositol (PI-PLC), tandis que SA (mais pas ABA) a incité aussi le phosphorylation de phosphatidylinositols. Les transcriptomes de cellules après le traitement par SA ou ABA ont été comparé à ceux obtenus aprés le traitement avec U73122 ou wortmannin. Nous avons trouvé des groupes de gènes, pour qui l'effet d'ABA et des inhibiteurs était semblable; des gènes dependants du SA via l'équilibre des phosphoinositides et des gènes dependants du SA via l’activité de PLD. Basé sur l'analyse bioinformatique de toutes les groupes de gènes choisis, nous proposons le règlement du niveaux des phosphoinositides comme un facteur important dans la regulation du transcriptome basal et également dans les changements du profile transcriptomique induits par l'effet du SA ou d'ABA.L'effet du peptide bactérien flg22 sur l’équilibre des phospholipides a été détecté tant dans des cellules de suspension que dans des plantules. Flg22 a induit l'accumulation de PA par l'activation de PI-PLC couplée a la diacylglycerolkinase 5 (DGK5), et egalement la diminution de niveau de phosphatidylinositol-4,5-biphosphate, qui est un substrat de PI-PLC. L'analyse des effects des inhibiteurs a révélé la participation des DGK et PI-PLC dans la production des espèces d'oxygène réactive (ROS) induite par flg22. La production du PA a été placée dans la cascade de la signalisation en aval de la reconnaissance du flg22 par le complexe de récepteur FLS2-BAK1, mais aprés la formation du ROS par NADPH-oxydase RbohD. Le rôle de DGK5 a été caractérisé dans la regulation du transcriptome; dans l’accumulation du callose induite par flg22 dans l’apoplast et dans la résistance au pathogène biotrophique Pseudomonas syringae pv tomato DC3000. Finalement, nous avons proposé un nouveau modèle de perception du flagellin qui inclut PI-PLC et DGK5.Le rôle de phosphoinositides dans les cascades de la signalisation d’auxin et cytokinin a été révélé dans la morphogenesis racinaire dans le mutant d'Arabidopsis pi4kb1b2 (muté dans deux isoformes de PI4K) et pi4kb1b2sid2 (contient la mutation supplémentaire de l'enzyme de biosynthèse du SA, permettant de séparer les effets du mutation en PI4K qui dependent du SA). Nous avons analysé l'anatomie de la meristem des racines, l'allongement de cellules corticales, la réponse gravitropic, les réponses aux hormones exogènes et nous avons montré la connexion entre l'activité PI4K avec les effets d’auxin et de cytokinin pendant le morphogenesis racinaire et gravitropism. Nos résultats élargissent la connaissance de la nature de la signalisation phytohormonale dans les plantes et peuvent être utilisés comme une base pour augmenter la résistance de céréales agricolement importantes aux contraintes de l’environnement / Thesis is devoted to the investigation of lipid signaling processes as a universal mechanism mediating cellular responses to phytohormones and elicitors thus playing a key role in cell metabolism remodeling during plant adaptation to environmental changes. Phospholipase D (PLD) and its product phosphatidic acid (PA) were found to be involved to the SA-induced signaling cascades in Arabidopsis thaliana guard cells. Using radioactive labeling of phospholipids we found an activation of PLD and production of PA in leaves of 4-week old plants after salicylic acid (SA) treatment. Using histochemical assay, inhibitor assay and transgenic lines knock-out by different isoforms of NADPH-oxidases, we showed the involvement of PLD and NADPH-oxidase RbohD to PA-mediated superoxide formation in Arabidopsis tissues infiltrated by SA and SA-induced stomatal closure. SA- crosstalk with abscisic acid (ABA) in transcriptome remodeling induced by these hormones was investigated in suspension cell culture. Both SA and ABA inhibited basal activity of phosphatidylinositol dependent phospholipase C (PI-PLC) in vivo, while SA (but not ABA) also induced the phosphorylation of phosphatidylinositols. Total transcriptomes of suspension cells after SA or ABA treatment were compared to those obtained from suspension cells treated with U73122 (PI-PLC inhibitor) or wortmannin (inhibitor of phosphatidylinositol-4-kinases (PI4K) that provide the substrate for PI-PLC catalyzed reactions). We found a specific gene clusters, for those the effect of ABA and inhibitors was similar; SA-dependent genes, regulated via the balance of phosphoinositides, and SA-dependent genes, regulated via PLD-mediated pathway. Based on the bioinformatic analysis of the promoters of all selected gene sets, we claim a phosphoinositides level regulation to be an important factor mediating basal cell transcriptome and expression changes induced by SA and ABA.The effect of bacterial peptide flg22 on phospholipid turnover was detected in both suspension cells and seedlings. Flg22 induced accumulation of PA by the activation of PI-PLC coupled with diacylglycerolkinase (DGK) and a corresponding parallel increase of phosphatidylinositol-4,5-biphosphate content, that is a substrate of PI-PLC. Inhibitor analysis revealed the involvement of Ca2+ ions in lipid signaling enzymes reaction to flagellin treatment. We showed the role of DGK and PI-PLC in production of reactive oxygen species (ROS) induced by flg22. PA-production was placed in signaling cascade downstream of flagellin recognition by FLS2-BAK1 receptor complex receptor, but upstream or ROS formation by NADPH-oxidase RbohD. DGK5 was found to be the main source of the detected PA. The role of DGK5 was characterized in basal transcriptome regulation and its flagellin-induced remodeling; in flg22-induced callose accumulation in apoplast and resistance to biotrophic pathogen Pseudomonas syringae pv tomato DC3000. We proposed a new model of flagellin perception that includes PI-PLC and DGK5. Role of phosphoinositides in auxin and cytokinin signaling cascades was revealed studying root morphogenesis in Arabidopsis mutant pi4kb1b2 deficient for two PI4K genes, and pi4kb1b2sid2 that had additional mutation it key enzyme of SA biosynthesis, thus allowing us to separate SA-dependent and independent effects of the PI4K deficiency. pi4kb1b2 mutant plants exhibit the dwarf phenotype both in leaf and root parts, while pi4kb1b2sid2 show the normal rosette growth compared to WT, but still shorter roots. We analyzed root meristem anatomy, cortical cells elongation, gravitropic response, responses to exogenic hormones and firstly showed the connection of PI4K activity with auxin and cytokinin effects during root morphogenesis and gravitropism. Our results broaden the knowledge about the nature of plant phytohormonal signaling and can be used as a basis for increasing the resistance of agriculturally important crop plants to environmental stresses

Environmental conditions can influence epigenetic variability of clonal organisms. These environmentally induced changes have potential to persist in following generations. In theory, this transgenerational memory could allow clonal (and especially apomictic) plants to partly compensate reduced genetic variability and could enhance adaptative ability of apomictic populations. According to Muller's ratchet model, asexual organisms amass deleterious mutations, which could lead to their extinction. Possible transgenerational memory could partly compensate for this. It could also account for longtime survivorship of asexual organisms in environment. This thesis deals with transgenerational memory of triploid apomictic populations of Hieracium alpinum, with completely missing sexuality and thus genetically uniform offspring. Transgenerational effect in Hieracium alpinum was studied on clonal lineages originated from 5 populations (Norway, Austria, Bosnia and Herzegovina and Slovakia). Seeds were planted in cultivation experiment I in 3 treatments (control, added nutrients, added salicylic acid) and vegetative and generative traits were measured. Plants responded to nutrient addition but not to salicylic acid. Treatment with nutrient addition increased biomass, number of leaves and SLA (specific leaf...

No description available.

Abiotic and biotic stresses lead to crop yield losses and ultimately negatively affect agriculture production. Elucidation of the mechanisms of plant stress responses and their regulation could help to understand plant defence and improve stress tolerance. Phytohormones stand behind both plant growth and developmental changes as well as stress signalling. This thesis summarises the results published in two articles focused on phytohormone dynamics in response to abiotic and biotic stresses, namely phosphate shortage and Plasmodiophora brassicae infection. A review article focuses in depth on strigolactones as master regulators of phosphate deficiency responses. The main emphasis is put on organ-specific reactions and exogenous phytohormone treatment with the potential to convey stress tolerance. In the case of phosphate shortage, the universal reaction in all organs was a decrease in active cytokinin trans-zeatin and gibberellin GA4 with a concurrent elevation of abscisic acid. Also, the high- affinity phosphate transporters (PHT1;4 and PHT1;7) exhibited increased gene expression within the whole plant. Shoot apical meristems showed numerous changes in gene expression and were the most affected organ during the lack of phosphate. Only in roots, we observed a substantial elevation of low active...

Le rôle de WO3 et de Fe2O3 dans l’amélioration de l'activité photocatalytique des dépôts de TiO2 a été étudié, à travers la dégradation de l'acide salicylique avec deux sources de lumière : UV et visible.Différentes procédures de couplage de semi-conducteurs ont été entreprises (imprégnation humide / mélange de semi-conducteurs à l'état solide / sol gel). Aussi différents substrats ont été testés (verre ordinaire, ITO).La spectrophotométrie UV-Visible (sans / avec sphère intégratrice), la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage et la caractérisation électrochimique ont été réalisées afin de mieux comprendre le comportement et le rôle des semi-conducteurs chargés.Des résultats prometteurs ont été trouvés pour les photocatalyseurs préparés par imprégnation humide et par mélange solide (addition de WO3): le gap d’énergie a diminué, l'activité sous la lumière visible a augmenté en conséquence (2,5% molaire de WO3) pour le premier cas. Une amélioration de 30% sous UV (0,5% WO3) a été atteinte pour le deuxième. La méthode Sol gel améliore le recouvrement sur le substrat de verre, elle semble être appropriée pour assurer un bon contact entre les semi-conducteurs et atteindre l’effet désiré : la séparation de charges. Le photocourant a été nettement augmenté avec l’addition de 4% de WO3 (substrat ITO), en cohérence avec le potentiel de circuit ouvert diminué. Cela confirme le rôle positif de WO3 dans la séparation de charges.Les dépôts Fe2O3-TiO2 préparés par imprégnation humide présentent une activité supérieure avec la lampe blanche comparant à la lampe UV (de 1 à 2% molaire de Fe2O3), l’effet positif de l’introduction du fer a également été observé avec la méthode sol gel. Le Fer sous sa forme ionique peut jouer un rôle positif dans le piégeage de charges, mais il peut former des phases allotropiques qui peuvent être des centres de recombinaison / The role of WO3 and Fe2O3 in enhancing the photocatalytic activity of TiO2 deposits has been investigated through the oxidation of salicylic acid using UV and vis-light irradiation. Different procedures of semiconductor loading (wet impregnation/mixing semiconductors in solid form/sol gel) and deposition were undertaken. Also different substrates were tested (ordinary glass, ITO).UV-Vis spectrophotometry (without/with Integrating sphere), X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy and electrochemical characterization were done in order to better understand the behavior and the effective role of loaded semiconductors.Promising results were found for catalysts prepared by wet impregnation and mixing in solid form methods (WO3-loading): the bang gap energy decreased, activity under visible light increased consequently (at 2.5 % molar -WO3) for the first case. 30% improvement under UV (0.5 % -WO3) was reached for the second. Sol gel method enhances coverage on the glass substrate, it seems to be an appropriate method to ensure good contact between semiconductors and reach the charge separation desired effect. Enhanced photocurrent on the ITO substrate confirms the positive role of WO3 in charge separation, in coherence with open circuit potential which was found to be reduced with 4 % WO3 loading. Fe2O3-TiO2 coatings prepared by wet impregnation exhibit higher activity with white lamp comparing to UV lamp (loading from 1 to 2 % Fe2O3), also positive effect of iron introduction was observed with sol gel method. Iron under his ionic form can play positive role in trapping charge, but it can form allotropic phases which can be centers of recombination.Key words: TiO2; WO3; Fe2O3; band gap; salicylic acid; photocatalysis; sol gel

A rising problem in agriculture is the increase of antibiotic-resistant Salmonella cases associated with chicken eggs, which transmit infection to humans. To counter this, new approaches to combat Salmonella in chickens and desiccated on eggshells are vital in the prevention of human foodborne illness. Disrupting signaling pathways with naturally occurring compounds provides a potential novel avenue for prevention of Salmonella infections, as this would disrupt sensing of these environments and inhibit subsequent optimal gene expression. Starting with signals identified in previous studies, salicylic acid was found to inhibit Salmonella desiccation survival on both eggshells and plastic. To expand upon this, a desiccation inhibition screen of 285 signals resulted in 9 additional potential desiccation inhibitors, including deoxyribose and guanine. By using natural signals to disrupt bacterial communication pathways, novel therapeutics that serve as viable antibacterial alternatives could be developed to prevent Salmonella contamination at a major source.

La tristeza es la enfermedad viral más grave del cultivo de los cítricos y su agente causal es el virus de la tristeza de los cí­tricos (CTV). CTV induce uno o más de los siguientes sí­ndromes: I) decaimiento y muerte de los naranjos dulces (ND), pomelos y mandarinos injertados sobre el patrón naranjo amargo (NA), sí­ndrome conocido como "tristeza", II) enanismo, acanaladuras en la madera y fruta de pequeño calibre (stem pitting, SP), y III) enanismo y amarillamiento de plantas de semilla de limonero, pomelo y NA (seedling yellows, SY). La gama de huéspedes de CTV es muy restringida y hasta hace poco no se conocí­a ningún huésped herbáceo experimental. Actualmente, se sabe que la agroinfiltración de Nicotiana benthamiana, con clones de DNA complemantario (cDNA) del aislado T36 de CTV produce la infección sistémica de la planta, acompañada de sí­ntomas similares a los inducidos en cí­tricos, si bien la infección no queda limitada al floema. El aislado T36 induce SY y SP de lima Mejicana (LM), pero no en otros huéspedes como pomelo o ND. El estudio de los determinantes genéticos responsables de la inducción del sí­ndrome de SP requerí­a desarrollar un sistema genético basado en clones agroinfecciosos de un aislado inductor de estos sí­ntomas, como el aislado español T318A. Para ello, se partió de clones de cDNA de longitud completa de T318A previamente desarrollados en el laboratorio, capaces de replicarse en hojas de N. benthamiana pero incapaces de inducir infección sistémica y que presentaban varias mutaciones en su proteína de cápsida minoritaria p27. La corrección de dichas mutaciones y la construcción de nuevos clones de longitud completa de T318A marcados con el gen gfp, mostraron una correcta replicación en hojas agroinfiltradas de N. benthamiana, pero resultaron incapaces de inducir infección sistémica en este huésped experimental. La respuesta diferencial de N. benthamiana frente a distintas cepas de CTV permite estudiar los factores implicados en la interacción virus-huésped. Se analizó la interacción de las proteí­nas virales p20 y p25 de los aislados T36 y T318A con proteí­nas de N. benthamiana utilizando un abordaje consistente en: i) la expresión transitoria de p20/p25 marcadas con una etiqueta Strep-Tag en hojas de N. benthamiana, ii) purificación de los complejos proteí­na CTV-proteína huésped y análisis interactómico de los datos, y iii) estudio de la interacción directa entre p20/p25 y proteínas seleccionadas del huésped mediante análisis del doble hibrido en levadura y complementación bimolecular de fluorescencia (BIFC). Este abordaje proteómico mostró claras diferencias entre aislados que pueden explicar, en parte, el comportamiento diferencial de los aislados T36 y T318A en dicho huésped experimental. La inducción el síndrome de decaimiento por parte de CTV ha obligado a utilizar patrones tolerantes al decaimiento. Dichos patrones son menos adecuados. Las plantas de cí­tricos propagadas sobre NA e infectadas por CTV muestran necrosis en los tubos cribosos y disminución del floema funcional. Éstos desórdenes podrí­an ser consecuencia de la activación de los mecanismos de defensa como la reacción de hipersensibilidad desencadenada por la ruta del ácido salicí­lico o el silenciamiento génico mediado por RNA (post-transcriptional gene silencing, PTGS). Con el objetivo de avanzar en el mecanismo molecular de la resistencia del NA a la infección por CTV, se estudió el papel de diferentes genes de la planta implicados en las rutas mediante el uso de un vector viral basado en el genoma del virus del manchado foliar de los cítricos (citrus leaf blotch virus, CLBV). El silenciamiento génico de las rutas del AS o del PTGS en plantas NA y la inoculación de tres aislados de CTV patogénicamente diferentes mostró la implicación de ambas rutas en la defensa del NA frente a CTV. / Tristeza is the most important viral disease affecting citrus plants and Citrus tristeza virus (CTV) is the causal agent of this disease. CTV induces at least one of this syndromes: I) decline and death of sweet orange (SwO), grapefruits and mandarin trees grafted on sour orange (SO) rootstock, this syndromes is known as "tristeza", II) stunting, stem pitting (SP) and small fruits, and III) stunting and leaf chlorosis of lemon, grapefruit and SO seedlings (seedling yellows, SY). The host range of CTV is restricted and until recently no experimental herbaceous host was known. The agroinoculation Nicotiana benthamiana with clones of complementary DNA (cDNA) from the CTV isolate T36 cause the systemic infection of the plant and similar symptoms to those observed in citrus, although the infection is not limited to the phloem. T36 isolate induces SY and SP of Mexican lime (ML), but not in other hosts such as grapefruit and SwO. Therefore, to study the genetic determinants responsible of the SP syndrome induction was necessary to develop a genetic system based on agroinoculated clones from an isolate able to induce these symptoms, such as the Spanish isolate T318A. To do this, full length cDNA clones from T318A were obtained. They are able to replicate in N. benthamiana leaves but unable to induce systemic infection and showed several mutations in their protein of the minor coat, p27. The correction of these mutations and the construction of new clones of complete length from T318A labeled with the gfp gene, showed a proper replication in agroinoculated leaves of N. benthamiana, but they were still unable to induce systemic infection in this experimental host. The differential response of N. benthamiana to different CTV strains allows the study of the potential factors involved in the virus-host interaction. The aim of this work was study the interaction between the viral proteins p20 and p25 from the isolates T36 and T318A with N. benthamiana proteins with an analysis consisted in: I) the transitory expression of p20/p25 fused to Strep-Tag in N. benthamiana leaves, II) purification of the CTV protein-host protein complex and interatomic analysis of the data, and III) the study of the direct interaction between p20/p25 and selected plant proteins by the analysis of the double hybrid in yeast and bimolecular complementation of fluorescence (BIFC). The proteomic analysis showed strong differences between isolates that may partially explain the differential behavior of the T36 and T318A isolates in this experimental host. The induction of decline syndrome by CTV in citrus has leaded the use of tolerant rootstocks to decline. However, the use of such rootstocks is less suitable. Citrus plants propagated on SO rootstock and infected by CTV show phloem necrosis below the bud union that reduces the flow of carbohydrates to the roots. These symptoms may be a consequence of the activation of defense pathways in the plant, such as the hypersensitive reaction, hormone salicylic acid (SA) pathways or the RNA mediated post-transcriptional gene silencing (PTGS). Their relation is essential to know their implication in the decline. Therefore, the role of different genes involved in SA and PTGS has been studied by the silencing of plant genes using a viral vector (VIGS) based in the genome of the citrus leaf blotch virus (CLBV). The gene silencing of the SA and PTGS in SO and the inoculation of three different pathogenicity CTV isolates showed that both pathways are involved in the SO defense against CTV. The analysis of the proteins p20, p23 and p25 as possible suppressors of the AS indicating that the more virulent CTV isolates possess the more powerful suppressors. / La Tristesa és la malaltia viral més greu del cultiu dels cítrics. CTV induïx un o més de les sí­ndromes següents: I) decaïment i mort de taronger dolç§ (ND), pomelo i mandariner empeltats sobre el patró taronger amarg (NA), sí­ndrome conegut com "Tristesa", II) nanisme, estries en la fusta i fruita de xicotet calibre (SP) i III) nanisme i tonalitat groguenta de plantes de llavor de llimera, pomelo i taronger amarg (SY). El rang d'hostes de CTV és molt restringit i fins fa poc no es coneixia cap hoste herbaci experimental. Actualment es sap que la infecciò sistèmica en Nicotiana benthamiana amb clons de DNA complementari (cDNA) de l`aïllat de T36 provoca la infecció sistemàtica de la planta, acompanyada de síntomes similars als induïts en cí­trics, si be la infecció no queda llimitada al floema. L' aïllat T36 induïx SY i estries en la fusta de Llima Mexicana (LM), però no en altres hostes com a pomelo, ND o NA, l'estudi dels determinants genètics responsables de la inducció de la síndrome de SP requeria desenvolupar un sistema genètic basat en clons agroinfecciosos d'un aïllat inductor d'estos sí­mptomes, com l'aïllat espanyol T318A. Per a això, es va partir de clons de cDNA longitud completa de T318A prèviament desenvolupats al laboratori, capaços de replicar-se en fulls de N. benthamiana però incapaços d'induir infecció sistèmica i que presentaven varies mutacions en la seua proteïna de càpsida minoritatia p27. La correcció d`aquestes mutacions i la construcció de nous clons T318A de longitud completa marcats amb el gen gfp, van mostrar una correcta replicació en fulls agroinfiltradas de N. benthamiana però van resultar incapaços d'induir infecció sistèmica en aquest hoste experimental. La resposta diferencial dependent d'aïllat en N. benthamiana front CTV permet estudiar els possibles factors de la interacció virus- hoste. Es va dur a terme l'estudi de la funció de les proteínes virals p20 i p25 dels aïllats T36 i T318A amb proteïnes de N. benthamiana utilitzant un abordatge consistent en: i) l' expressió transitòria de les dues proteïnes p20/p25 marcades amb una etiqueta Strep-Tag en fulls de N. benthamiana, ii) purificació dels complexos proteïna CTV-proteïna hoste i anàlisi interactómic de les dades, i iii) estudi de la interacció directa per mitjà  de doble híbrid en llevat i complementació bimolecular de fluorescència (BIFC) de les proteïnes virals i determinades proteïnes de N. benthamiana. Aquest abordatge proteòmic va mostrar clares diferències entre aïllats que poden explicar el comportament diferencial dels aïllats T36 i T318A en aquest hoste experimental. La inducció de la sí­ndrome de decaïment per part de CTV en cí­trics ha obligat la utilització de patrons tolerants al decaïment. No obstant, aquestos patrons són agronòmicament menys adequats. Les plantes de cítrics propagades sobre NA i infectades por CTV mostren necrosi als tubs cribosos i disminució del floema funcional. Aquestos sí­mptomes poden ser conseqüència de l'activació de les rutes de defensa de la planta com la reacció d'hipersensibilitat, desencadenada per la ruta de l'àcid salicí­lic o el silenciamient gènic mediat per RNA (PTGS). Amb l'objectiu d'analitzar la implicació d¿aquestes rutes en la defensa, es va estudiar el paper de diferents gens implicats en la ruta de l'AS i del PTGS per mitjà  del silenciamient gènic induït per virus basat en el genoma del tacat foliar dels cítrics (CLBV). El silenciamient gènic de les rutes AS o PTGS en plantes NA i la inoculació de tres aïllats de CTV patogènicament diferents va mostrar la implicació de les dues rutes en la defensa del NA front CTV. L'analisis de les proteïnes p20, p23 i p25 com a possibles supressors de la ruta de l'AS va indicar que els aïllats més virulents de CTV posseïxen supressors més potents. / Gómez Muñoz, N. (2017). ESTUDIO DE LA INTERACCIÓN DIFERENCIAL ENTRE AISLADOS DEL VIRUS DE LA TRISTEZA DE LOS CÍTRICOS (CTV) Y SUS HUÉSPEDES [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/94624

[ES] En respuesta a estreses de tipo biótico y abiótico, las plantas sintetizan proteínas de defensa y compuestos químicos de diversa naturaleza. Estos compuestos pueden actuar de manera directa, a través de propiedades antioxidantes, antifúngicas o antibacterianas, o actuar como metabolitos defensivos indirectos. Dentro de este último grupo de compuestos defensivos, cabe destacar a los compuestos fenólicos y los compuestos orgánicos volátiles (VOCs). En nuestro grupo de investigación se ha profundizado en el estudio de estos metabolitos secundarios implicados en la respuesta defensiva de las plantas. Por una parte, se identificó el ácido gentísico (GA) como una molécula señal que actúa de manera complementaria al ácido salicílico (SA) en infecciones de tipo sistémico. Además, se ha tratado de profundizar en el estudio de la biosíntesis del GA a través de la enzima salicilato 5-hidroxilasa (S5H), encargada de la conversión de SA a GA. Para ello, se ha llevado a cabo la caracterización fenotípica, molecular y química de plantas transgénicas de tomate que tienen silenciado el gen S5H mediante la técnica de RNA de interferencia (RNAi_S5H) frente a infecciones de tipo bacteriano y viroidal. Las plantas de tomate RNAi_S5H presentaron un aumento de resistencia frente a Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000) y el viroide de la exocortis de los cítricos (CEVd). Del mismo modo, se llevaron a cabo análisis metabolómicos de estas plantas transgénicas RNAi_S5H tras ambas infecciones, observándose diferencias relacionadas con el metabolismo del SA, que parecen indicar que la homeostasis del SA es específica para cada interacción tomate-patógeno. Por otra parte, se identificaron algunos ésteres de (Z)-3-hexenol que eran emitidos de manera diferencial tras la infección bacteriana con la cepa avirulenta de Pst DC3000 en plantas de tomate cv. Rio Grande. Concretamente, tratamientos exógenos con el compuesto volátil butanoato de (Z)-3-hexenilo (HB) fueron capaces de inducir de manera significativa el cierre de estomas, la activación de genes defensivos y un aumento en la resistencia frente a la infección bacteriana. La eficacia de este compuesto como inductor de cierre estomático fue comprobada en diferentes cultivos agronómicos, como Arabidopsis, Medicago, Zea, Citrus y Nicotiana, confirmando su papel como un inductor de cierre estomático universal. Dado el potencial de este compuesto en agricultura, se emplearon aproximaciones genéticas, bioquímicas y farmacológicas para descifrar el mecanismo de señalización del cierre estomático mediado por HB. Una vez el volátil es percibido por los receptores de la planta, se activan diferentes componentes de la cascada de señalización defensiva, como canales permeables de Ca2+ o la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS). Asimismo, el HB es capaz de desencadenar la activación de las proteínas quinasas activadas por mitógenos MPK3 y MPK6, induciendo el cierre estomático de una manera independiente a la síntesis y señalización mediada por ácido abscísico (ABA). Por último, la eficacia del HB fue evaluada en condiciones de campo frente a estreses tanto de tipo biótico como abiótico y en procesos de desarrollo como la maduración, proponiendo un uso del HB como un nuevo compuesto fitoprotector natural para el control de estreses de forma sostenible en agricultura. / [CA] En resposta a estressos de tipus biòtic i abiòtic, les plantes sintetitzen proteïnes de defensa i compostos químics de diversa naturalesa. Aquests compostos poden actuar de manera directa, a través de propietats antioxidants, antifúngiques o antibacterianes, o actuar com a metabòlits defensius indirectes. Dins d'aquest últim grup de compostos defensius, cal destacar als compostos fenòlics i els compostos orgànics volàtils (VOCs). En el nostre grup d'investigació s'ha aprofundit en l'estudi d'aquests metabòlits secundaris implicats en la resposta defensiva de les plantes. D'una banda, es va identificar l'àcid gentísic GA) com una molècula senyal que actua de manera complementària a l'àcid salicílic (SA) en infeccions de tipus sistèmic. A més, s'ha tractat d'aprofundir en l'estudi de la biosíntesi del GA a través d l'enzim salicilato 5-hidroxilasa (S5H), encarregada de la conversió de SA a GA. Per a això, s'ha dut a terme la caracterització fenotípica, molecular i química de plantes de transgèniques de tomaca que tenen silenciat el gen S5H mitjançant la tècnica d'RNA d'interferència (RNAi_S5H) enfront d'infeccions de tipus bacterià i viroidal. Les plantes de tomaca RNAi_S5H van presentar un augment de resistència enfront de Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000) i el viroide de la exocortis dels cítrics (CEVd). De la mateixa manera, es van dur a terme anàlisi metabolómics d'aquestes plantes transgèniques RNAi_S5H després de totes dues infeccions, observant-se diferències relacionades amb el metabolisme del SA, que sembla indicar que l'homeòstasi del SA és específica per a cada interacció tomaca-patògena. D'altra banda, es van identificar alguns èsters de (Z)-3-hexenol que eren emesos de manera diferencial després de la infecció bacteriana amb el cep avirulent de Pst DC3000 en plantes de tomaca cv. Rio Gran. Concretament, tractaments exògens amb el compost volàtil butanoato de (Z)-3-hexenilo (HB) van ser capaces d'induir de manera significativa el tancament d'estomes, l'activació de gens defensius i un augment en la resistència enfront de la infecció bacteriana. L'eficàcia d'aquest compost com a inductor de tancament estomàtic va ser comprovada en diferents cultius agronòmics, com Arabidopsis, Medicago, Zea, Citrus i Nicotiana, confirmant el seu paper com un inductor de tancament estomàtic universal. Donat el potencial d'aquest compost en agricultura, es van emprar aproximacions genètiques, bioquímiques i farmacològiques per a desxifrar el mecanisme de senyalització del tancament estomàtic mediat per HB. Una vegada el volàtil és percebut pels receptors de la planta, s'activen diferents components de la cascada de senyalització defensiva, com a canals permeables de Ca2+ o la producció d'espècies reactives d'oxigen (ROS). Així mateix, el HB és capaç de desencadenar l'activació de les proteïnes cinases activades per mitógens MPK3 i MPK6, induint el tancament estomàtic d'una manera independent a la síntesi i senyalització mediada per l'àcid abscísic (ABA). Finalment, l'eficàcia del HB va ser avaluada en condicions de camp enfront d'estressos tant de tipus biòtic com abiòtic, i en processos de desenvolupament com la maduració, proposant un l'ús del HB com a nou compost fitoprotector natural per al control d'estressos de manera sostenible en agricultura. / [EN] In response to biotic and abiotic stress, plants synthesize defence proteins and chemical compounds from diverse nature. These compounds can act directly, trough antioxidant, antifungal or antibacterial properties, or indirectly as defensive metabolites. Among these group of defensive metabolites, phenolic compounds and volatile organic compounds (VOCs) present a major role. Our research group have a strong background in studying the role of plant secondary metabolites in plant defence mechanisms. On one hand, gentisic acid (GA) was first described as a signal molecule that acts complementary to salicylic acid (SA) in systemic infections. Furthermore, SA conversion to GA trough the salicylate 5-hydroxylase enzyme (S5H) has received much attention. For this purpose, S5H-silenced transgenic tomato plants (RNAi_S5H) have been phenotypically, molecularly, and chemically characterized against both, bacterial and viroidal inoculations. RNAi_S5H tomato plants resulted in enhanced resistance to both Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000) and Citrus Exocortis Viroid (CEVd). Moreover, metabolomics analysis of these transgenic plants upon bacterial and viroid infections revealed differences related to SA metabolism, suggesting that SA homeostasis is specific for each tomato-pathogen interaction. On the other hand, some esters of (Z)-3-hexenol were identified to be differentially emitted by tomato cv. Rio Grande plants upon infection with the avirulent strain of the bacterium Pst DC3000. Particularly, treatments with the volatile (Z)-3-hexenyl butyrate (HB) resulted in significant stomatal closure, defence genes induction and enhanced resistance to the bacteria. Moreover, the efficacy of this compound as a stomata closer was tested in different agronomic crop as Arabidopsis, Medicago, Zea, Citrus y Nicotiana plants, postulating HB as a new universal stomata closer. Due to its potent properties, the signalling pathway of the HB-mediated stomata closure has been deciphered by using different genetic, biochemical, and pharmacological approaches. The perception of this volatile by plant receptors appeared to initiate different defence signalling events, including the activation of Ca2+ permeable channels or reactive oxygen species (ROS) burst. Moreover, HB triggered the activation of the mitogen-activated protein kinases MPK3 and MPK6, inducing stomatal closure independently of abscisic acid (ABA) biosynthesis and signalling. Additionally, HB efficacy has been also tested in field conditions and against both biotic and abiotic stresses, and also during ripening, proposing HB as a new natural phytoprotector for the sustainable control of stresses in agriculture. / This work was funded by Grant AICO/2017/048 from the Generalitat Valenciana and by Grant INNVAL10/18/005 from the Agència Valenciana de la Innovació (Spain). / Payá Montes, C. (2023). Secondary Metabolites in Plant Defence Mechanisms [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/193041

No description available.

Des études de l'interaction de la plante modèle des légumineuses Medicago truncatula avec des microorganismes pathogènes et symbiotiques ont été réalisées. Tout d'abord un pathosystème fongique a été caractérisé: M. truncatula en interaction avec Fusarium oxysporum spp., champignon responsable des fusarioses, soit du flétrissement vasculaire ou de la pourriture racinaire chez de nombreuses plantes cultivées. Deux lignées de M. truncatula: A17 et F83005.5 ont été identifiées comme sensible et tolérante respectivement à F. oxysporum f.sp. medicaginis, la forma specialis attribuée à la luzerne. De plus 9 souches de F. oxysporum isolées de différentes plantes hôtes et une souche non pathogène du sol ont été testées dans des expériences d'inoculation avec ces deux lignées. Elles ont toutes été capables d'induire les symptômes de la maladie chez M. truncatula. A l'aide d'une souche de F. oxysporum f.sp. medicaginis exprimant le gène rapporteur GFP, les étapes de colonisation de la racine par le champignon ont été caractérisées. Les observations en microscopie à fluorescence et microscopie confocale des racines d'A17 et F83005.5 ont indiqué un patron de colonisation inhabituel et ont montré que la tolérance de F83005.5 n'était pas corrélée à un mécanisme d'exclusion du cylindre central. Cependant, des différences dans l'expression de gènes de défense ont été détectées entre les deux lignées. Dans la deuxième partie, le rôle de l'acide salicylique a été étudié. Les résultats d'expériences avec l'acide salicylique exogène ont indiqué que le prétraitement de racines avec ce composé pouvait conférer une protection aux plantes vis-à-vis de F. oxysporum f.sp. medicaginis et la bactérie phytopathogène Ralstonia solanacearum. Avec l'objectif d'étudier le rôle de l'acide salicylique endogène dans les interactions avec les microorganismes, la transformation génétique de M. truncatula avec le gène NahG codant le salicylate hydroxylase a été entreprise. Cette enzyme dégrade l'acide salicylique en catechol. Seulement la lignée 2HA a pu être transformée et régénérée en plantes transgéniques. Ces plantes 2HA-NahG ont été inoculées avec des microorganismes pathogènes (R. solanacearum, Verticillium albo-atrum, F. oxysporum f. sp. medicaginis Colletotrichum trifolii et C. higginsianum) ainsi qu'avec le champignon endomycorhizien Glomus intraradices. Les limitations expérimentales n'ont pas permis de conclure définitivement, mais indiquent qu'il est possible que la signalisation par l'acide salicylique ne soit pas impliquée dans les défenses de M. truncatula face à ces microorganismes pathogènes et symbiotiques. / A study on the interactions of the plant model legume Medicago truncatula (M.t.) with pathogens and symbiotic microorganisms was undertaken. First, a fungal pathosystem was characterized: M. truncatula in interaction with Fusarium oxysporum spp., the causal agent of Fusariosis, of Fusarium wilt and of root rot in many crop plants. Two M. truncatula lines, A17 and F83005.5, were identified as susceptible and tolerant respectively to F. oxysporum f.sp. medicaginis, the forma specialis related to alfalfa. Besides, 9 strains of F. oxysporum isolated from different host plants and a non-pathogenic soil-borne strain were tested in inoculation experiments with both lines. All the strains were able to trigger disease symptoms in M. truncatula. Using the F. oxysporum f.sp. medicaginis strain transformed with the GFP reporter gene, the stages of the root colonization by the fungi were characterized. Fluorescence and confocal microscopy observations on A17 and F83005.5 roots showed an unusual pattern of colonization and showed that the F83005.5 tolerance was not related to an exclusion mechanism in the central cylinder. However, differences on defence gene expression were detected in both lines. In the second part, the role of salicylic acid was studied. Results of experiments with exogenous salicylic acid indicated that prior treatment of roots with this compound may confer a protection towards F. oxysporum f. sp. medicaginis and the phytopathogenic bacterium Ralstonia solanacearum. With the goal to study the role of endogenous salicylic acid, the genetic transformation of M. truncatula with the NahG gene was initiated. This gene codes for a salicylate hydroxylase which degrades salicylic acid to catechol. Only the highly embryogenic 2HA line could be transformed and regenerated into transgenic plants. These 2HA plants were inoculated with pathogenic microorganisms (Ralstonia solanacearum, Verticillium albo-atrum, Fusarium oxysporum f.sp. medicaginis Colletotrichum trifolii and C. higginsianum) as well as the mycorrhiza fungus Glomus intraradices. Experimental limitations did not allow us to conclude definitely, but it seems possible that the salicylic acid signaling way may not be implicated in the defence of M. truncatula against these pathogenic and symbiotic microorganisms