Expressió simultània de gens de defensa per a la producció de varietats d'arròs resistents a patògens i insectes plaga

• Autores: Jordi Quilis Blasi
• Directores de la Tesis: Blanca San Segundo de los Mozos (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2007
• Idioma: catalán
• Tribunal Calificador de la Tesis: Charlotte Poschenrieder (presid.), Josep Vendrell Roca (secret.), Juan José Lopez Moya (voc.), Jordi Garcia Mas (voc.), Félix Ortego Alonso (voc.)
• Materias:
  • Ciencias de la vida
  • Ciencias agrarias
    • Fitopatología
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD 
• Resumen

  • Aquest treball s'emmarca dins d'una de les principals línees d'investigació del nostre grup, dirigida a l'avaluació d'estratègies aplicables a l'obtenció de varietats d'arròs resistents a patògens i insectes plaga mitjançant transformació genètica. L'objectiu general ha estat l'expressió simultània de gens vegetals que codifiquen proteïnes insecticides i antifúngiques en plantes d'arròs transgèniques. En primer lloc s'ha avaluat l'eficàcia de l'expressió d'un gen fusió que codifica dos inhibidors de proteases, els gens mpi de blat de moro (maize proteinase inhibitor) i pci de patata (potato carboxypeptidase inhibitor). Per a l'expressió simultània d'aquets dos gens s'han utilitzat vàries estratègies, com són, 1) l'ús d'una seqüència viral anomenada "2A" capaç de patir autoprocessament, 2) mitjançant una seqüència de processament de la protoxina Cry1B (definida com a seqüència "C") processada per enzims d'insectes o 3) mitjançant creuament de línees d'arròs pci i mpi. En segon lloc, s'ha estudiat l'ús d'un gen regulador de la resposta de defensa a Arabidopsis, el gen AtNPR1 (Non Expressor of Pathogenesis Related genes 1), com a transgen per l'expressió simultània de gens de defensa endògens de la planta d'arròs El gen fusió mpi-pci s'expressa correctament sota el seu propi promotor i terminador. Quan s'utilitza la seqüència 2A, el producte obtingut (proteïna MPI-2A-PCI) es processa parcialment a la cèl·lula d'arròs, mentre que la MPI-C-PCI s'acumula com a poliproteïna no processada. L'expressió del gen mpi-pci emprant ambdues estratègies (2A and C) confereix resistència front infestació amb larves del lepidòpter plaga (Chilo suppressalis). Bioassaigs amb plantes transgèniques d'arròs mpi-pci infestades mostren una reducció significativa del pes larval en comparació amb larves control. Tot i que tradicionalment s'ha atribuït un paper insecticida als inhibidors de proteases vegetals, hem demostrat el potencial del PCI com a agent antifúngic. Així, plantes transgèniques que expressen constitutivament el gen pci mostren resistència vers patògens de gran importància econòmica com Magnaporthe oryzae i Fusarium verticillioides. S'ha purificat una carboxipeptidasa de M. oryzae mitjançant cromatografia d'afinitat i posteriorment s'ha caracteritzat per espectrometria de masses. Aquesta proteïna fúngica resulta ser una nova carboxipeptidasa B (MoCPB) que és totalment inhibida pel PCI. En conjunt, aquests resultats indiquen que el PCI exerceix la seva activitat antifúngica mitjançant la inhibició d'aquesta carboxipeptidasa fúngica. A la segona part de la tesi, s'ha demostrat que l'expressió constitutiva en arròs del gen AtNPR1 d'Arabidopsis confereix resistència front els patògens fúngics M. oryzae i F. verticillioides, i el patogen bacterià Erwinia chrysantemi. S'ha determinat que la resistència observada vers M. grisea, està associada a un augment en la capacitat de la planta per activar els mecanismes endògens de defensa en condicions d'infecció, concretament l'expressió dels gens de defensa PR-1b, TLP (PR-5), Sci1 (PR-6), PR-10 i PBZ. Les plantes transgèniques AtNPR1 crescudes en condicions d'hivernacle presenten un tamany menor i produeixen menys llavors que les plantes no transformades. Les plantes AtNPR1 desenvolupen lesions espontànies a les fulles al ser crescudes en condicions de baixa intensitat de llum. Aquestes lesions van acompanyades d'una sèrie d'efectes citològics com són l'acumulació de l'ió superòxid i de compostos fluorescents en la paret cel·lular, fenòmens que mimetitzen la resposta hipersensible de defensa. Contràriament a la resistència observada vers patògens fúngics i bacterians, les plantes d'arròs AtNPR1 presenten una major susceptibilitat al Rice Yellow Mottle Virus (RYMV). A més, l'expressió constitutiva del gen AtNPR1 regula negativament l'expressió de gens que participen en la resposta a estrès salí i sequera, com són els gens rab21, salT i dip1, resultant en una major sensibilitat a aquests dos tipus d'estrès abiòtics. Aquestes observacions suggereixen que el gen AtNPR1 en arròs presenta tant un paper positiu com negatiu en la resposta de defensa a estressos biòtics i abiòtics.