Resumen de Análisis de la respuesta de defensa en plantas de maíz y arroz mediante aproximaciones de geómica y proteómica
Las plantas están constantemente expuestas al ataque por organismos perjudiciales o patogénicos. Éstas desarrollan mecanismos de defensa que contribuyen a combatir la infección. Una gran parte de los estudios sobre la defensa de las plantas han sido realizados en especies dicotiledóneas. Por ello, en este trabajo se planteó el análisis de la respuesta de defensa en plantas de interés agronómico como son los cereales. El maíz y el arroz, son especies monocotiledóneas poco estudiadas desde el punto de vista de su defensa frente al ataque por patógenos. Magnaporthe grisea y Fusarium verticillioides son los responsables de las enfermedades fúngicas más devastadoras en los cultivos de arroz y maíz respectivamente. Así, se ha estudiado la respuesta de defensa en dos tipos de interacción planta-patógeno diferentes mediante dos metodologías diferentes: M. grísea -arroz mediante aproximaciones de genómica y F. verticillioides - maíz mediante aproximaciones de proteómica. En el caso de arroz, se ha utilizado una aproximación genómica mediante la obtención de un defensoma en formato de macromatriz. Los estudios realizados en este trabajo han permitido identificar una pequeña proporción de los genes representados en este defensoma (260 genes diferentes de un total de 6.144 ESTs). Se ha dedicado una mayor atención a la identificación de genes cuya expresión se induce en una etapa muy temprana del proceso de infección, a las 6h después de la inoculación con esporas fúngicas. Por otra parte, en los últimos años en el laboratorio se han generado plantas transgénicas de arroz que expresan diferentes tipos de transgenes, habiéndose demostrado que la expresión de los mismos confiere propiedades de resistencia a las plantas transgénicas frente a la infección por M. grisea. Como parte de este trabajo se planteó determinar el posible impacto que la expresión de un determinado transgen puede tener para la propia planta de arroz, a nivel de expresión génica. Así, se han obtenido plantas transgénicas que expresan de manera constitutiva el gen de la cecropina A de insectos. La expresión del transgen confiere tolerancia frente a la infección por M. grísea (Coca et al, 2006). Estudios de expresión génica realizados en las plantas de arroz cecropina A utilizando la macromatriz portadora del defensoma de arroz indican que la introducción del gen cecropina A en plantas de arroz da lugar a cambios importantes de expresión en la planta. El 27% de los genes que se encuentran sobrexbresados en las plantas de arroz cecropina A están relacionados con defensa, con una parte muy importante de genes implicados en la protección frente al estrés oxidativo. También se encuentran altamente expresados genes que participan en la síntesis, plegamiento y destino de proteínas. Se analizó la posible tolerancia a agentes oxidantes en estas plantas, dada la inducción basal de determinados genes relacionados con el estrés oxidativo. Así, las plantas de arroz cecropina A son más tolerantes al estrés oxidativo provocado por el H202 pero más sensibles al CuS04. En situación de infección las plantas cecropina A responden de manera efectiva frente a la infección por M. grisea. Los resultados obtenidos en los estudios de expresión llevados a cabo en las plantas de arroz cecropina A nos permiten concluir que la resistencia que se observa en las plantas transgénicas muy probablemente resulta de la combinación de la actividad antifúngica de la Cecropina Acón la activación de los mecanismos de defensa endógenos. En el caso del maíz se ha trabajado con embriones en germinación. Las semillas en su etapa de germinación se encuentran constantemente expuestas a factores adversos. Así pues, es importante que la semilla sea capaz de desarrollar una respuesta de defensa efectiva, ya que de ello dependerá la perpetuación de la especie. De este modo se quiso determinar de qué manera responden los embriones de maíz en germinación a la infección fúngica. Se ha podido comprobar que la infección Corf. verticillioides regula de forma diferencial la acumulación de proteínas B-1,3-glucanasas, quitinasas y una proteína de tipo-taumatina (p23). Para analizar los cambios cualitativos y cuantitativos que se producen en el embrión de maíz en germinación, se han realizado análisis mediante electroforesis bidimensional de alta resolución seguido de identificación de las proteínas diferenciales mediante mapeo peptídico y secuenciación. Así se ha podido comprobar que la infección provoca cambios en el patrón proteico y que la naturaleza bioquímica de las proteínas identificadas es muy diversa. Un resultado interesante que se desprende de estos estudios es la implicación del metabolismo de los azúcares en la respuesta de la planta frente a la infección. Así, los resultados obtenidos en el análisis proteómico de la respuesta de los embriones de maíz en germinación frente a la infección mostraron la implicación de enzimas que participan en el metabolismo de carbohidratos y bioenergética, con una mayor acumulación de la isoforma citoplasmática de la fructosa-1,6-bisfosfato aldolasa, al tiempo que se observaba una disminución en la acumulación de las dos isoformas citosólicas de la gliceraldehido-3-P-deshidrogenasa. Los estudios posteriores de expresión de diferentes genes implicados en la glucólisis/gluconeogénesis han permitido demostrar que efectivamente en los embriones de maíz infectados se produce un reajuste en las vías metabólicas que conducen a una mayor expresión de genes implicados en la síntesis de sacarosa. Los estudios de expresión de genes asociados al metabolismo de azúcares se realizaron en una etapa temprana del proceso de germinación de los embriones de maíz, y en periodos cortos de infección (hasta 24h). En este momento no solo no se observa un aumento en la acumulación de sacarosa en los tejidos infectados, sino que se produce una disminución de su contenido, a pesar de que se encuentre activada la vía de síntesis de la sacarosa. En cambio, en un estadio más avanzado del crecimiento de la plántula, sí que se puede ver que la infección conduce a una mayor acumulación de sacarosa en las hojas, tejidos que no son susceptibles de infección por F. verticillioides.
