Identificación y regulación del represor inmune bir1 en interacciones planta-virus

• Autores: Irene Guzmán Benito
• Directores de la Tesis: César Llave Correas (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2019
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Molina Fernández (presid.), Emilia López Solanilla (secret.), Miguel Ángel Aranda Regules (voc.), Juan Antonio García Alvarez (voc.), Eduardo R. Bejarano (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biotecnología y Recursos Genéticos de Plantas y Microorganismos Asociados por la Universidad Politécnica de Madrid
• Materias:
  • Ciencias agrarias
    • Fitopatología
      • Virus
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen
  • español

    Los patógenos de plantas representan un problema global para la producción de alimentos, la economía y la biodiversidad. Para defenderse de esta amenaza las plantas han desarrollado una compleja red inmune con respuestas que van desde barreras físicas preformadas a todo un sistema de defensas inducibles. La movilización de esta respuesta inmune comienza cuando la célula vegetal detecta ciertas estructuras del patógeno e inicia una cascada de señalización que activa las defensas de la planta. Este mecanismo ha demostrado ser efectivo frente a infecciones microbianas, de hongos y oomicetos, sin embargo, su contribución en la respuesta defensiva frente a infecciones virales no se ha estudiado suficientemente. La adecuada regulación de esta inmunidad es imprescindible para garantizar su eficacia y evitar respuestas inadecuadas. Así el inicio de la ruta de señalización que activa las defensas está controlado por proteínas maestras reguladoras de la membrana plasmática. Entre ellas, BIR1 se ha descrito como un represor de la respuesta inmune y la muerte celular que actúa bloqueando la función de los reguladores positivos necesarios para la activación de la señal inmune. En este trabajo hemos utilizado la planta modelo Arabidopsis thaliana para estudiar el papel que desempeña BIR1 y otros componentes de la ruta de señalización asociados a BIR1 en la infección viral. Nuestros resultados demuestran que los virus de plantas inician una respuesta inmune basal que activa transcripcionalmente BIR1 a través de la hormona vegetal ácido salicílico (SA). La pérdida de función de BIR1 se asocia con un fenotipo de resistencia antiviral que es independiente de la defensa mediada por SA y de la muerte celular, lo que sugiere que BIR1 actúa como regulador negativo de la resistencia antiviral. Hemos demostrado que la sobreexpresión de BIR1 se asocia con la aparición de fenotipos autoinmunes que coinciden con un incremento en la expresión de genes de defensa y con muerte celular. Este fenotipo es similar al observado en plantas deficientes en BIR1. Por ello, nuestros resultados sugieren que BIR1 necesita regularse estrictamente dentro de unos límites funcionales óptimos de expresión que garanticen un control adecuado de la respuesta inmune. En esta tesis hemos demostrado que el silenciamiento génico es fundamental para mantener la homeostasis de BIR1. El silenciamiento transcripcional regula la expresión de BIR1 de forma constitutiva a través de la metilación de su promotor. Mientras, el silenciamiento génico actúa sobre BIR1 post-transcripcionalmente a través de un procesamiento específico de secuencia de sus RNAs mensajeros que opera preferentemente cuando los niveles de acumulación de BIR1 superan los umbrales deseables, por ejemplo tras la inducción transcripcional que sufre BIR1 tras la infección viral. La infección viral en las plantas implica una considerable reprogramación de la expresión génica. En esta tesis hemos estudiado el efecto de varios genes asociados a la senescencia, conocidos como genes DIN, durante las infecciones virales. Nuestros datos sugieren que DIN11 desempeña un papel esencial como factor de susceptibilidad controlando la proliferación viral en las etapas tempranas de la infección. En conjunto esta tesis ha caracterizado la función durante la infección de dos genes que se activan en respuesta al virus: BIR1 y DIN11 y ha desvelado un doble mecanismo de regulación en el control de la homeostasis del gen de defensa BIR1 que puede ser común a otros componentes de la inmunidad.

  • English

    Abstract Plant pathogens represent a global threat for food production, economy and biodiversity. To defend themselves, plants have developed a complex defense network that goes from preformed physical barriers to inducible defense strategies. The innate immune response begins when plant cells detect pathogen-associated molecular patterns to initiate a signaling cascade that activates a multi-layered plant defense. This mechanism is widely effective against microbes such as bacteria, fungi or oomycetes. However, its contribution to antiviral defense remains elusive. Plant immune has to be tightly regulated to avoid undesirable effects associated to the constitutive activation of plant defenses. As a result, master regulators located at the plasma membrane are essential to control the immune signaling pathway. Among them, BIR1 negatively regulates the immune response and cell death by blocking positive regulators that initiate the immune signal cascade. In this work, we have employed the model plant Arabidopsis thaliana to study the role of BIR1 and other components of the BIR1-associated signaling pathway during viral infections. Our results demonstrate that plant viruses trigger a basal immune response in which BIR1 is transcriptionally activated through the plant hormone salicylic acid (SA). Loss-of-function of BIR1 leads to antiviral resistance, which is independent of the SA-mediated defense responses and cell death, suggesting that BIR1 acts as a negative regulator of antiviral defenses. We demonstrate that overexpression of BIR1 causes autoimmune phenotypes, which correlates with an increase in the expression of defense-related genes and cell death. This phenotype, which also includes a range of morphological abnormalities, is similar to that observed in BIR1-deficient plants. Thus, our results suggest that BIR1 needs to be tightly controlled within optimal functional expression threshold that guarantees a proper control of the immune response. In this thesis, we demonstrate that gene silencing is essential to maintain BIR1 homeostasis. Transcriptional silencing regulates BIR1 expression in a constitutive manner by controlling methylation levels in its promoter, whereas post-transcriptional gene silencing regulates BIR1 by mRNAs sequence-specific cleavage. Post-transcriptional regulation seems to be conditional and gains relevance when BIR1 accumulation exceeds the optimal threshold, for instance, upon viral infection. Plant viral infection implies profound changes in gene expression. In this thesis, we study the effect of several senescence-associated genes, known as DIN genes, during viral infections. Our data suggest that DIN11 performs an essential role as a susceptibility factor controlling viral proliferation in the early stages of infection. Summarizing, this thesis studies the contribution to viral infection of two virus-responsive genes (BIR1 and DIN11) and reveals a double regulation mechanism of BIR1that could be common to other immunity components.