Efecto de la alcamida N-isobutil decanamida en la expresión global de genes de Arabidopsis thaliana

Abstract

Plants activate defense responses against pathogens through cell wall reinforcement, production of antimicrobial compounds, and the expression of pathogenesis-related proteins. Alkamides belong to a class of bioactive lipids of wide distribution in plants that regulate development in Arabidopsis thaliana (Arabidopsis). A global analysis on gene expression changes in response to the alkamide N-isobutyl decanamide revealed at least 181 up-regulated genes related to defense and stress responses. In particular, increased expression was observed on genes encoding enzymes for jasmonic acid (JA) biosynthesis. Gene induction occurred in parallel with an increment in defense and stress-related metabolites, such as JA, nitric oxide (NO) and hydrogen peroxide (H2O2) in treated seedlings. The role of the alkamide to confer resistance against necrotizing fungi Botrytis cinerea and Alternaria brassicicola was tested by inoculating Arabidopsis leaves with fungal spores and evaluating disease symptoms and fungal proliferation. N-isobutyl decanamide application significantly reduced necrosis caused by the pathogens and inhibited fungal proliferation in WT leaves. Arabidopsis mutants altered in JA signaling were unable to defend from fungal attack even when N-isobutyl decanamide was supplied in the medium, indicating that alkamides modulate necrotrophic-associated defense responses through JA-dependent signaling pathways. Our results thus reveal a novel function of alkamides inducing plant immunity through directly modulating JA biosynthesis. To more in deep investigate the mechanism by which alkamides regulate Arabidopsis root development, and to establish a possible interaction with NO and JA-dependent signaling pathways, we compared morphogenic effects of JA application to Arabidopsis WT and mutant seedlings affected in the JA receptor (coi1-1) or in N-isobutyl decanamide responses (drr1).

A lo largo de su ciclo de vida, las plantas continuamente modifican sus patrones de crecimiento y desarrollo en respuesta a los cambios ambientales. Estas respuestas implican modificaciones a nivel de expresión de genes, síntesis y de actividad de proteínas, de actividad metabólica, y de producción y transporte hormonal. El reconocimiento de otros seres vivos, principalmente de patógenos o simbiontes es un detonante de reajustes importantes a nivel bioquímico y fisiológico en las plantas. La activación de las respuestas de defensa en las plantas implica el refuerzo de la pared celular, la producción de compuestos antimicrobianos y la expresión de proteínas relacionadas con la patogénesis. Las alcamidas pertenecen a un grupo de lípidos bioactivos de plantas que regulan en diferentes procesos del desarrollo vegetal. La N-isobutil decanamida es una alcamida de longitud corta en su cadena lipofílica (10 carbonos, sin instauraciones) proveniente de la reducción catalítica de la afinina, que es a su vez un componente abundante de la raíz de Heliopsis longipes. En estudios previos se ha reportado que la aplicación exógena en concentraciones micromolares de N-isobutil decanamida a cultivos in vitro de Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), causa alteraciones drásticas en el desarrollo, inhibiendo el crecimiento de la raíz primaria, induciendo la formación de raíces laterales y adventicias, y provocando la formación de estructuras indiferenciadas de aspecto calloso sobre las hojas. Se realizó un análisis global de los cambios en la expresión génica de Arabidopsis en respuesta a la N-isobutil decanamida. El transcriptoma obtenido por estos estudios reveló que por lo menos 181 genes relacionados con respuestas de defensa y estrés incrementaron sus niveles de expresión. En particular, los genes que codifican para enzimas involucradas en la biosíntesis del ácido jasmónico (AJ).