Mecanismos de bioestimulación de la 6-pentil-2H-piran-2-ona de Trichoderma atroviride y su papel en la regulación de la arquitectura radicular de Arabidopsis thaliana

Abstract

Plants integrate diverse environmental stimuli to control their growth and development. They interact with bacterial and fungal species via releasing bioactive molecules. Fungi of the genus Trichoderma commonly inhabit the rhizosphere and contribute to improving plant health and survival. Recent studies suggest that volatile organic compounds (VOCs), in particular 6-pentyl-2H-pyran-2- one (6-PP) emitted by T. atroviride, act as signals regulating growth and defense programs in several plant species. The aim of this work was to clarify the molecular mechanism by which 6-PP promotes plant growth and elucidate its effects on Arabidopsis thaliana root development. Using microscopy and confocal imaging techniques, it was found that 6-PP differentially affects the abundance and distribution of auxin transporters PIN1, PIN2, PIN3 and PIN7 in primary roots and in lateral root primordia. Comparison of growth of WT, auxin- and ethylene-related mutants indicated that 6- PP promotes lateral root formation through TIR1, AFB2 and AFB3 auxin receptors and ARF7 and ARF19 transcriptional factors. In contrast, 6-PP inhibited primary root growth in a process independent of auxin signaling and mediated by the EIN2 gene. These results indicated that root perception of 6-PP involve components of auxin transport and the ethylene-response regulator EIN2 in a tissue specific manner and orchestrates fundamental processes during root system architecture configuration. Our work demonstrates for the first time that a fungal volatile can be recognized by plants to reprogram growth and patterning.

Las plantas son organismos que integran diversos estímulos ambientales para controlar su crecimiento y desarrollo, e interactúan con una amplia variedad de especies bacterianas y fúngicas mediante la emisión de moléculas bioactivas. Los hongos del género Trichoderma habitan comúnmente en la rizósfera y contribuyen mejorando la salud y el crecimiento vegetal. Estudios recientes sugieren que los compuestos orgánicos volátiles (COVs), en particular la 6-pentil- 2H-piran-2-ona (6-PP) emitida por T. atroviride, regula programas de crecimiento y defensa en varias especies de plantas. Este trabajo se planteó para esclarecer los mecanismos moleculares por los cuales la 6-PP estimula el crecimiento vegetal, así como dilucidar sus efectos sobre el desarrollo de la raíz en Arabidopsis thaliana. Mediante técnicas de microscopía confocal, se observó que la 6-PP afecta de manera diferencial la abundancia y distribución de los transportadores de auxinas PIN1, PIN2, PIN3 y PIN7 en la raíz primaria y en los primordios de las raíces laterales. La comparación del crecimiento de plantas silvestres y mutantes de A. thaliana afectadas en las vías de señalización de auxinas y etileno indica que la 6-PP promueve la formación de raíces laterales a través de los receptores de auxinas TIR1, AFB2 y AFB3 y los factores transcripcionales ARF7 y ARF19. En contraste, la inhibición del crecimiento de la raíz primaria en respuesta a tratamientos con 6- PP ocurre por un mecanismo independiente a la vía auxínica, en el que participa el gen EIN2. Estos resultados evidencian que la percepción de la 6-PP en la raíz involucra diversos componentes moleculares, ocurre de una manera tejidoespecífica y modifica aspectos celulares fundamentales para orquestar la morfogénesis vegetal y proporcionaron las primeras evidencias que una substancia volátil emitida por un hongo, activa cascadas de señalización molecular en plantas.