Estrés oxidativo en Arabidopsis thaliana en la interacción con Trichoderma atroviride

Abstract

Reactive oxygen species (ROS) generated by NADPH-dependent oxidases (NOX) function as signaling molecules in defense and differentiation processes in animals, plants, and fungi. It has recently been described that these NOX enzymes act as mediators in the establishment of beneficial relationships between plants and microorganisms. Trichoderma induces the plant defense system and promotes growth of their hosts. In this study, we report that Nox mutants (ΔnoxR, Δnox1, and Δnox2) from T. atroviride have an affectation in the ability to stimulate the growth of Arabidopsis seedlings. Furthermore, co-cultivation with the ΔnoxR mutant elicits an exacerbated jasmonic acid-dependent immune response in the roots compared to the wild-type (WT) strain. Global gene expression analysis in the filamentous fungi reveals an important repression on genes related to the degradation of complex carbohydrates before the perception of the plant, which is absent in the ΔnoxR mutant and can be related to the maintenance of the saprophytic behavior of the fungus. Besides, the oxidative stress caused by root colonization directly influences plant development. The response of wild-type (WT) Arabidopsis seedlings and mutants in genes encoding respiratory burst oxidase homologues (RBOH) under the biostimulating effect of Trichoderma was evaluated. It was found that the loss of function of the RBOHA, RBOHD and RBHOE genes compromises the root branching in WT plants. The fungus also enhances ROS accumulation in primary root tips, in lateral root formation sites and emerged lateral roots as revealed by total ROS imaging via the fluorescent probe and DAB detection.

Las especies reactivas de oxígeno (ROS) generadas por oxidasas dependientes de NADPH (NOX) funcionan como moléculas de señalización en procesos de defensa y diferenciación en animales, plantas y hongos. Recientemente, se ha descrito que estas enzimas actúan como mediadores en el establecimiento de relaciones benéficas entre plantas y microorganismos, entre los que destacan los hongos filamentosos del género Trichoderma, los cuales modulan el crecimiento y la inmunidad vegetal. En este trabajo se muestra que las mutantes Nox (ΔnoxR, Δnox1 y Δnox2) de T. atroviride presentan una afectación sobre la capacidad de estimular el crecimiento de Arabidopsis. Además, el co-cultivo con la mutante ΔnoxR provoca una exacerbada respuesta inmune dependiente del ácido jasmónico en las raíces en comparación con la cepa silvestre (WT). De acuerdo con el perfil de expresión génica global realizada en el hongo, existe una importante represión sobre genes relacionados en la degradación de carbohidratos complejos ante la percepción de la planta, lo cual se encuentra ausente en la mutante ΔnoxR, por lo que el mantenimiento del comportamiento saprófito del hongo compromete la reprogramación transcripcional que permite el equilibrio entre el crecimiento y la defensa. Por el contrario, el estrés oxidativo durante la colonización de la raíz también influye directamente sobre el desarrollo. La respuesta de plántulas de Arabidopsis y mutantes afectadas en genes que codifican para los homólogos de oxidasa de explosión respiratoria (RBOH) bajo el efecto bio-estimulante de Trichoderma, indica que la pérdida de función de los genes RBOHA, RBOHD y RBHOE, compromete la ramificación y biomasa inducida por el hongo. De acuerdo con la prueba fluorescente para ROS totales y la tinción de DAB, existe una mayor acumulación de ROS en las puntas de las raíces y sobre los sitios de formación de raíces laterales en plantas inoculadas con Trichoderma.