Bases moleculares de la interacción virus-planta : relación entre genes de defensa, ARNs pequeños y sintomatología

Los virus fitopatógenos producen alteraciones en el metabolismo y la fisiología de sus huéspedes provocadas principalmente por alteraciones en la expresión génica durante las infecciones. Numerosos cambios están asociados a respuestas de estrés y defensa y sus efectos secundarios son probablemente causantes de los síntomas. El uso de plantas transgénicas que expresan proteínas virales constituye un sistema útil para estudiar la complejidad de la interacción planta-virus. Con el fin de determinar patrones de expresión génica alterados, se emplearon líneas que expresan proteínas del TMV sin función supresora del silenciamiento: la proteína de cápside mutada (CPT42W), la proteína de movimiento (MP) y una línea co-expresante (MPxCPT42W) que mostró alteraciones morfológicas (semejantes a síntomas) y de acumulación de miARNs. Se realizó un microarreglo para detectar cambios transcripcionales asociados a la coexpresión de CPT42W y MP, utilizando como control una línea isogénica con ambos transgenes silenciados y fenotipo normal (mpxcpT42W*). Se estudiaron procesos biológicos cuyos genes mostraron alteraciones por la co-expresión de CPT42W y MP, focalizando en vías relacionadas a estrés oxidativo, inmunidad innata y vías degradación de ARN. Se demostró que CPT42W y MP modularon la defensa innata de un modo complejo: MP parecería actuar como inductor de defensa, alterando los niveles de ERO y SA mientras que CP jugaría un rol antagónico, inhibiendo la expresión de PR-1 y RDR1. Por otro lado, estudios funcionales en vías de degradación de ARN, demostraron que genes componentes del ARN exosoma, inducidos por la expresión de MP y CPT42W, estarían implicados en la alteración de miARNs y constituirían mecanismos alternativos subyacentes a la generación de síntomas en infecciones virales. Este trabajo constituye un importante aporte al entendimiento de los mecanismos de defensa antiviral y de producción de síntomas, proporcionando herramientas para diseñar nuevas estrategias biotecnológicas de control de virosis en cultivos de interés agronómico.

Interacción planta - áfido - endosimbionte: estudio de las relaciones entre plantas del género Solanum, Myzus persicae y Buchnera aphidicola

El áfido verde del duraznero, Myzus persicae, se asocia con la bacteria endosimbiótica Buchnera aphidicola que se localiza en el hemocele del áfido. B. aphidicola suplementa la dieta del áfido, aunque podría cumplir otros roles en la interacción planta-áfido. Las respuestas de las plantas a la infestación por M. persicae, muestran mayores similitudes con las respuestas a una infección bacteriana que al ataque de insectos masticadores, por ejemplo en la inducción de procesos relacionados a la senescencia. La hipótesis propuesta en este trabajo es que en la interacción plantaáfido están involucrados efectores, los cuales podrían ser sintetizados por el áfido o por su endosimbionte primario, B. aphidicola. Por esta razón en ésta Tesis se evaluó la participación de B. aphidicola y de la senescencia foliar inducida en la interacción planta-áfido, integrando estudios que involucran distintos aspectos de la interacción entre plantas, áfidos y el endosimbionte primario. Para estudiar el comportamiento alimenticio de los áfidos se utilizó la técnica de gráfico de penetración eléctrica (EPG), y para evaluar la expresión de genes se utilizó RT-qPCR. Se encontró que la inducción de senescencia foliar incrementó el tiempo de ingestión de savia y mejoró el desarrollo ninfal de los áfidos. Además se encontró que la interrupción de la simbiosis con B. aphidicola, afecta el comportamiento alimenticio y la expresión de genes de las glándulas salivales del áfido, siendo el efecto más evidente en una interacción planta áfido compatible que en una interacción incompatible. Además, la interrupción de la simbiosis con B. aphidicola cambió la expresión de genes marcadores de las dos principales vías de defensa en Arabidopsis thaliana. Estos resultados confirman la participación de B. aphidicola y de procesos similares a la senescencia foliar, en la interacción planta-áfido.

Ozono troposférico como modulador de la interacción planta herbívoro

Una de las consecuencias de la actividad humana en zonas densamente pobladas es la contaminación atmosférica, que genera condiciones propicias para la acumulación de ozono (O3) en la troposfera. Se plantea la necesidad de comprender el efecto de los contaminantes atmosféricos sobre las interacciones entre las plantas y sus plagas. En esta tesis se caracterizaron las respuestas de las plantas a la infestación con áfidos. Se estudió cómo se modifican dichas respuestas en ambientes con diferente grado de contaminación por O3 y sus consecuencias sobre la dinámica poblacional de los insectos. Las plantas de rúcula y tomate fueron capaces de desarrollar defensa inducida por la infestación de áfidos, la que fue desarticulada por una alta infestación de insectos o por infestaciones prolongadas. En ambas especies, la tasa de crecimiento poblacional de áfidos fue proporcional al aumento de densidad inicial, lo que sugiere que la población de insectos no tuvo un control densodependiente. El crecimiento de las poblaciones cesó a distintas densidades, posiblemente por la acción de mecanismos relacionados con el balance oxidativo en la planta huésped. El O3 produjo disminución en el tejido verde mientras que no se detectaron cambios relacionados con la infestación de áfidos, aunque el daño por O3, fue menor en las plantas infestadas con áfidos que en el control. Sin embargo, la alometría y el tamaño de las plantas fueron sensibles a ambos factores, disminuyéndose principalmente la biomasa de las raíces y la biomasa total de las plantas. El crecimiento de la población de áfidos en ambientes libres de O3 disminuyó en un 50 por ciento cuando los áfidos provenían de plantas que habían sido expuestas a ozono. El balance entre la producción de especies de oxígeno reactivas (ROS) y la capacidad antioxidante de la planta parece haber sido determinante en estas interacciones. La herbivoría indujo la síntesis de alta concentración de antioxidantes, que varió a lo largo del experimento. Asimismo la exposición al O3 afectó el balance de los antioxidantes, creando una dinámica con aumentos y reducciones menores a los inducidos por los áfidos. La dinámica del balance de antioxidantes fue diferente cuando los factores de estrés actuaron simultáneamente, manteniéndose en valores bajos con una tendencia a aumentar en el tiempo. Los resultados de esta tesis permiten concluir que el impacto del O3 sobre el crecimiento de la población de áfidos va a depender del orden de exposición de las plantas a los factores de estrés. La capacidad de infestación dependerá de la impronta en los áfidos de las condiciones previas y del estado oxidativo de la planta a colonizar. En consecuencia, la probabilidad de epidemias estará determinada por la heterogeneidad de los parches, la historia de los individuos y de la dinámica de migraciones de los insectos

Sistemas alternativos a los fungicidas químicos para el control de Penicillium digitatum (Pers.) Sacc. en limón

Argentina es el principal productor mundial de limones en el mundo y el 90 por ciento de esta producción se sitúa en la provincia de Tucumán. Las pérdidas económicas ocasionadas por las enfermedades de poscosecha representan uno de los principales problemas de la citricultura mundial, siendo el 80 por ciento atribuíbles a infecciones fúngicas. El moho verde causado por Penicillium digitatum (Pers.) Sacc. (PD), es la enfermedad de mayor incidencia y severidad durante la exportación de frutos de limón. Actualmente el control de estas enfermedades se realiza con el uso de fungicidas de síntesis química. Debido a las severas restricciones impuestas a estos productos, por regulaciones ambientales y de la salud, hay una fuerte necesidad de métodos alternativos de control. El objetivo de este trabajo de tesis fue evaluar alternativas de bajo impacto ambiental : bacterias lácticas, extractos vegetales, Serenade® (Bacillus subtilis QST 713) y bicarbonato de sodio; con actividad antifúngica directa o a través de la inducción de mecanismos de defensa, para el control de PD en condiciones in vitro e in vivo (frutos de limón). De un total de 33 cepas de bacterias lácticas evaluadas, se seleccionaron ocho con propiedades antifúngicas frente a PD. Se identificaron los metabolitos antifúngicos como ácidos orgánicos (ácido láctico, ácido acético y ácido fenil láctico) y se determinó la combinación óptima con mayor actividad inhibitoria. Los productos alternativos: extractos vegetales, Serenade® y bicarbonato de sodio, presentaron actividad antifúngica in vitro a PD con porcentajes de inhibición entre 2,1 - 16 por ciento. En los frutos de limón, los tratamientos alternativos no fueron efectivos por sí solos para controlar en forma directa la enfermedad. Estos tratamientos redujeron significativamente la severidad de la enfermedad, excepto el Serenade® cuando fue aplicado simultáneamente con el inóculo. Esta reducción fue más marcada cuando se dejaron transcurrir 18 h entre inoculación y aplicación de los tratamientos. El bicarbonato de sodio al 3 por ciento y en menor medida el Serenade® al 1 por ciento indujeron una respuesta de defensa de los frutos y controlaron la enfermedad en un 96,7 por ciento y 56,7 por ciento, respectivamente. En cromatografía de capa fina y fluorometría se detectó un aumento de la fitoalexina escoparona, sugiriendo que este efecto se produciría como resultado de la inducción de mecanismos de defensa, mientras que la umbeliferona no fue detectada. Estos resultados indican que los productos biológicos actuaron como una barrera al avance de la enfermedad, retrasando la severidad de la misma e induciendo de una respuesta de defensa en los frutos.

Determinación del potencial alelopático de cultivares de arroz (Oryza sativa L.) más frecuentemente empleados en la Mesopotamia

El arroz (Oryza sativa L.) es una especie cultivada en todo el mundo y las malezas constituyen uno de los principales factores que afectan su producción. El conocimiento del potencial alelopático de los diferentes cultivares regionales resulta fundamental en términos de posibles estrategias para el control de las mismas. Se evaluó el potencial alelopático en cultivares de arroz utilizados en la Mesopotamia argentina frente a Echinochloa crus galli L. A través de boiensayos RST (Relay Seeding Technique) se determinó que los cultivares El Paso 144 (EP) y Bluebonnet 50 (BB) presentaron mayor bioactividad que Cambá, Yeruá, Irga 147 y Supremo 13. Los posibles aleloquímicos relacionados al potencial inhibitorio fueron evaluados en las raíces de los dos cultivares fuertemente activos (EP) y (BB) y el menos bioactivo (Supremo 13). Mediante técnicas cromatográficas (CG y CLAR) y espectroscópicas (RMN 1H y 13C y EM) se determinó la presencia de hidrocarburos, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y sus ésteres metílicos en los extractos no polares. Los cultivares alelopáticos (BB y EP) presentaron mayor proporción de compuestos oxigenados que el no alelopático (Supremo 13). Se informa por primera vez la cetona 6,10,14-trimetil-2-pentadecanona en un cultivar de arroz alelopático. Todos los cultivares de arroz produjeron los ácidos cafeico, vanilico, siríngico, ferúlico y p-cumárico, siendo la concentración de este último mayor en los alelopáticos. En los extractos metanólicos de los cultivares alelopáticos se determinó la presencia del 3-O-? -D-glucopiranósido de sitosterol y de las momilactonas A y B que fueron caracterizadas por técnicas espectroscópicas. Estos resultados son los primeros en relació n al cultivo de arroz en Argentina y tienen utilidad potencial en el control de malezas, en términos del manejo sustentable de los agroecosistemas arroceros.

Interacciones entre el ambiente lumínico y la producción de defensas contra hervíboros y patógenos en plantas

La radiación UV-B es un componente importante de la luz solar y tiene efetos netos sobre el desarrollo de las plantas. En condiciones naturales se observa frecuentemente que las plantas expuestas a la radiación UV-B son menos atacadas por insectos herbívoros. Estudios previos indicaron que este fenómeno se encontraba relacionado a cambios en la calidad de los tejidos vegetales producido por la radiación UV-B. Se ha sugerido que podría existir una convergencia entre las cascadas de señalización inducidas por el UV-B y por la herbivoría ya que algunos de los compuestos inducidos por el UV-B también son producidas en respuesta al ataque de insectos. En base a esto, en el presente trabajo de tesis se estudió el rol de la vía de señalización de jasmonatos y el papel del fotoreceptor de UV-B, UVR8, sobre el incremento de la resistencia a insectos y patógenos necrótrofos producidos porla exposición de las plantas a la radiación UV-B. A partir de experimentos realizados con las plantas modelo Nicotiana attenuata y Arabidopsis thaliana, se evaluó la producción de diversos componentes de la respuesta de defensa y la resistencia de insectos y patógenos mediante bioensayos. Como resultado, se encontró que parte del efecto de la radiación UV-B incrementando las defensas implica a la vía de los jasmonatos y que la radiación UV-B incrementa la sensibilidad de los tejidos a estas hormonas. En otros casos, el UV-B incrementa la resistencia a agresores bióticos por mecanismos independientes de los jasmonatos, pero que son dependientes del fotorreceptor UVR8. El trabajo presentado en esta tesis constituye la primera evidencia directa del rol de los jasmonatos en el incremento de las defensas producido por la radiación UV-B y es además el primer trabajo donde se evalúa el rol del fotorreceptor UVR8 sobre la producción de defensas

Principios generales del régimen del agua

p.277-283

Sistemas alternativos a los fungicidas químicos para el control de Penicillium digitatum (Pers.)Sacc. en limón

Argentina es el principal productor mundial de limones en el mundo y el 90 por ciento de esta producción se sitúa en la provincia de Tucumán. Las pérdidas económicas ocasionadas por las enfermedades de poscosecha representan uno de los principales problemas de la citricultura mundial, siendo el 80 por ciento atribuíbles a infecciones fúngicas. El moho verde causado por Penicillium digitatum (Pers.)Sacc. (PD), es la enfermedad de mayor incidencia y severidad durante la exportación de frutos de limón. Actualmente el control de estas enfermedades se realiza con el uso de fungicidas de síntesis química. Debido a las severas restricciones impuestas a estos productos, por regulaciones ambientales y de la salud, hay una fuerte necesidad de métodos alternativos de control. El objetivo de este trabajo de tesis fue evaluar alternativas de bajo impacto ambiental : bacterias lácticas, extractos vegetales, Serenade® (Bacillus subtilis QST 713)y bicarbonato de sodio; con actividad antifúngica directa o a través de la inducción de mecanismos de defensa, para el control de PD en condiciones in vitro e in vivo (frutos de limón). De un total de 33 cepas de bacterias lácticas evaluadas, se seleccionaron ocho con propiedades antifúngicas frente a PD. Se identificaron los metabolitos antifúngicos como ácidos orgánicos (ácido láctico, ácido acético y ácido fenil láctico)y se determinó la combinación óptima con mayor actividad inhibitoria. Los productos alternativos: extractos vegetales, Serenade® y bicarbonato de sodio, presentaron actividad antifúngica in vitro a PD con porcentajes de inhibición entre 2,1 - 16 por ciento. En los frutos de limón, los tratamientos alternativos no fueron efectivos por sí solos para controlar en forma directa la enfermedad. Estos tratamientos redujeron significativamente la severidad de la enfermedad, excepto el Serenade® cuando fue aplicado simultáneamente con el inóculo. Esta reducción fue más marcada cuando se dejaron transcurrir 18 h entre inoculación y aplicación de los tratamientos. El bicarbonato de sodio al 3 por ciento y en menor medida el Serenade® al 1 por ciento indujeron una respuesta de defensa de los frutos y controlaron la enfermedad en un 96,7 por ciento y 56,7 por ciento, respectivamente. En cromatografía de capa fina y fluorometría se detectó un aumento de la fitoalexina escoparona, sugiriendo que este efecto se produciría como resultado de la inducción de mecanismos de defensa, mientras que la umbeliferona no fue detectada. Estos resultados indican que los productos biológicos actuaron como una barrera al avance de la enfermedad, retrasando la severidad de la misma e induciendo de una respuesta de defensa en los frutos.

Interacción planta - áfido - endosimbionte: estudio de las relaciones entre plantas del género Solanum, Myzus persicae y Buchnera aphidicola

El áfido verde del duraznero, Myzus persicae, se asocia con la bacteria endosimbiótica Buchnera aphidicola que se localiza en el hemocele del áfido. B. aphidicola suplementa la dieta del áfido, aunque podría cumplir otros roles en la interacción planta-áfido. Las respuestas de las plantas a la infestación por M. persicae, muestran mayores similitudes con las respuestas a una infección bacteriana que al ataque de insectos masticadores, por ejemplo en la inducción de procesos relacionados a la senescencia. La hipótesis propuesta en este trabajo es que en la interacción plantaáfido están involucrados efectores, los cuales podrían ser sintetizados por el áfido o por su endosimbionte primario, B. aphidicola. Por esta razón en ésta Tesis se evaluó la participación de B. aphidicola y de la senescencia foliar inducida en la interacción planta-áfido, integrando estudios que involucran distintos aspectos de la interacción entre plantas, áfidos y el endosimbionte primario. Para estudiar el comportamiento alimenticio de los áfidos se utilizó la técnica de gráfico de penetración eléctrica (EPG), y para evaluar la expresión de genes se utilizó RT-qPCR. Se encontró que la inducción de senescencia foliar incrementó el tiempo de ingestión de savia y mejoró el desarrollo ninfal de los áfidos. Además se encontró que la interrupción de la simbiosis con B. aphidicola, afecta el comportamiento alimenticio y la expresión de genes de las glándulas salivales del áfido, siendo el efecto más evidente en una interacción planta áfido compatible que en una interacción incompatible. Además, la interrupción de la simbiosis con B. aphidicola cambió la expresión de genes marcadores de las dos principales vías de defensa en Arabidopsis thaliana. Estos resultados confirman la participación de B. aphidicola y de procesos similares a la senescencia foliar, en la interacción planta-áfido.