Phosphate as a molecular switch in growth-immunity tradeoffs
Les plantes s'enfronten constantment a un equilibri entre el creixement i la defensa, especialment sota condicions ambientals variables i amb disponibilitat limitada de nutrients. Entre els macronutrients, el fòsfor, absorbit principalment com a fosfat inorgànic (Pi), és essencial no només per...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:319419 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/319419 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Edició genètica CRISPR-Cas9 Gene Editing CRISPR-Cas9 Edición genética CRISPR-Cas9 Biosensors FRET FRET Biosensors Biosensores FRET Transcriptòmica Transcriptomics Transcriptómica Ciències Experimentals |
| Sumario: | Les plantes s'enfronten constantment a un equilibri entre el creixement i la defensa, especialment sota condicions ambientals variables i amb disponibilitat limitada de nutrients. Entre els macronutrients, el fòsfor, absorbit principalment com a fosfat inorgànic (Pi), és essencial no només per al desenvolupament vegetal, sinó també com a regulador de les respostes immunitàries. Diversos estudis han demostrat que els desequilibris nutricionals afecten la resistència a malalties. Aquesta tesi investiga la relació entre l'homeòstasi del fosfat i la immunitat en arròs (Oryza sativa), utilitzant enfocaments genètics, químics, moleculars i de biosensat. Per a obtenir perspectives comparatives, també s'han dut a terme estudis paral·lels amb Arabidopsis thaliana, model dicotiledoni àmpliament utilitzat juntament amb l'arròs com a model monocotiledoni en genòmica funcional. Al Capítol 1, es va utilitzar el fosfit (Phi), un anàleg no metabolitzable del Pi, com a eina per estudiar la senyalització dependent del fosfat tant en arròs com en Arabidopsis. En condicions de suficient o alt contingut de Pi, el tractament amb Phi va millorar la resistència davant els fongs Magnaporthe oryzae (en arròs) i Plectosphaerella cucumerina (en Arabidopsis), revertint la susceptibilitat causada per l'excés de Pi en arròs i per la deficiència de Pi en Arabidopsis. L'anàlisi transcriptòmic en arròs va mostrar que Phi induïa gens de defensa, com els gens PR relacionats amb la patogènesi, el metabolisme secundari i les barreres estructurals. Phi també va alterar l'expressió de gens sensibles al Pi, com les proteïnes amb domini SPX i els factors de transcripció PHR, donant suport al seu paper com a modulador de la senyalització. Aquests resultats reforcen el valor del Phi com a agent bioestimulant, activador de defenses i eina per a l'estudi del fosfat. El Capítol 2 se centra en l'edició genètica de dos transportadors de Pi, OsPT1 i OsPT8, mitjançant la tècnica CRISPR-Cas9. OsPT1, expressat en condicions de Pi suficient, suprimeix les respostes immunitàries bàsiques. Les línies mutants presentaven una menor acumulació de Pi als brots i una major resistència a M. oryzae, amb un augment de l'expressió de OsPHO2 i OsPT8. Per contra, OsPT8, un transportador d'alta afinitat induït per la manca de Pi, també regulava negativament la immunitat però només en certs contextos nutricionals. Ambdós transportadors modulaven marcadors de defensa com OsPBZ1 i OsPR1a, recolzant un model on la disponibilitat de Pi i l'activitat dels transportadors configuren conjuntament el paisatge immunitari. Aquests resultats posicionen OsPT1 i OsPT8 com a mediadors clau de la balança entre creixement i defensa, i com a possibles dianes per a la millora varietal. Al Capítol 3 es van utilitzar biosensors FLIPPi per visualitzar la dinàmica del Pi citosòlic en arrels vives d'arròs i Arabidopsis. Aquests sensors basats en FRET van revelar que els nivells de Pi fluctuen segons el subministrament extern, elicitors immunitaris, hormones i Phi. La manca de Pi va augmentar la relació FRET, indicant una reducció del Pi citosòlic, mentre que l'aplicació de Pi, hormones o elicitors de defensa la van reduir. La resolució espacial i temporal del sistema FLIPPi va confirmar que l'homeòstasi del Pi està estretament vinculada a l'activació immunitària, com també ho van confirmar les dades fisiològiques de Pi lliure. En conjunt, aquesta tesi ofereix una anàlisi integral de com l'estat del fosfat regula el creixement i la resistència a malalties en plantes. Mitjançant el tractament químic, l'edició genètica i el biosensat en temps real, aquesta recerca aporta noves perspectives sobre el diàleg molecular entre nutrició i immunitat, i obre la porta a estratègies agrícoles més sostenibles que equilibrin productivitat i salut vegetal. |
|---|