Análisis del transcriptoma de la interacción entre Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis y Solanum spp.

Abstract

"El tomate es uno de los cultivos más importantes para el consumo humano. Su producción es afectada por el actinomiceto Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Cmm), considerado uno de los patógenos bacterianos más devastadores de este cultivo. Hasta ahora, el mecanismo molecular asociado a esta interacción planta-patógeno no ha sido comprendido completamente. En este trabajo, mediante RNA-Seq, se contrastaron los transcriptomas de la especie de tomate silvestre resistente S. arcanum LA2157 y la especie susceptible S. lycopersicum cv. Ailsa Craig durante las primeras 24 horas de interacción con el patógeno. Se realizaron tres enfoques de análisis: mapeo del genoma de referencia SL3.0 de S. lycopersicum, ensamblaje del transcriptoma semi de novo y ensamblaje del transcriptoma de novo. A pesar de que S. lycopersicum no es capaz de superar la infección por Cmm, varios grupos funcionales relacionados con defensa fueron enriquecidos. A diferencia de S. lycopersicum, S. arcanum mostró más genes inducidos relacionados con defensa bacteriana y fúngica en etapas tempranas. Los cambios transcripcionales globales parecen conservarse entre ambas especies. Nuestro estudio reveló genes interesantes que pueden contribuir al genotipo de resistencia. Los datos generados en este estudio contribuirán a una comprensión más profunda del mecanismo de defensa contra Cmm, proporcionando información para nuevos enfoques para obtener variedades resistentes. Además, se generaron vectores de silenciamiento basado en el begomovirus virus moteado del tomate (ToMoV), mediante la construcción de hemidímeros o dímeros parciales que pueden inocularse por bombardeo de partículas, y por procedimientos más rápidos y económicos como el método de infiltración de hojas. Los ensayos de silenciamiento de rango de hospedadores mediante infiltración, se realizaron usando el gen de la quelatasa de magnesio (ChII), en el organismo modelo Nicotiana benthamiana, la especie comercial S. lycopersicum, así como especies de tomate silvestre relacionadas, y Physalis ixocarpa, comúnmente conocido como tomatillo. Las mediciones fenotípicas demostraron que mediante el uso de este vector de silenciamiento basado en ToMoV es posible alcanzar eficiencias de silenciamiento desde el 42% al 88%, a los 28 días posteriores a la inoculación, según la especie de planta, y no se observan efectos secundarios significativos en las plantas silenciadas. Este trabajo destaca un nuevo sistema VIGS que se puede adaptar para el estudio funcional de genes en diversas especies de solanáceas. Además, este sistema puede ser útil para un análisis más detallado de las interacciones tomate-Cmm."

"Tomato is one of the most important crops for human consumption. Its production is affected by the actynomicete Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Cmm), considered one of the most devastating bacterial pathogens of this crop. Currently the molecular basis associated with this plant-pathogen interaction is not fully understood. In this work, the transcriptomes of the resistant wild tomato species S. arcanum LA2157 and the susceptible species S. lycopersicum cv. Ailsa Craig were contrasted using RNA-Seq. We considered the first 24 hours of interaction with Cmm. Three analysis approaches were performed: mapping to S. lycopersicum reference genome SL3.0, semi de novo transcriptome assembly and de novo transcriptome assembly. Despite being unable to overcome Cmm infection, S. lycopersicum showed enriched functional groups related to defense. Moreover, S. arcanum displayed more induced genes related to bacterial and fungal defense at early stages than S. lycopersicum. Global transcriptional changes seem to be conserved between both species. Our study revealed interesting genes that may contribute to the resistance genotype. The data generated in this study will contribute to a deeper understanding of the defense mechanism against Cmm, providing information for new approaches to obtain resistant varieties. Moreover, silencing vectors were obtained based on the begomovirus tomato mottle virus (ToMoV), by constructing partial dimers or hemidimers that can be inoculated by particle bombardment, and additionally we applied a less expensive and less time- consuming procedure such as the leaf infiltration method. Host-range silencing assays were performed by infiltration testing the magnesium chelatase gene (ChII), required for chlorophyll biosynthesis in the model organism Nicotiana benthamiana, the commercial species S. lycopersicum, as well as related wild tomato species, and Physalis ixocarpa commonly known as “tomatillo”. Phenotypic measurements demonstrated that by using this ToMoV-based silencing vector is possible to reach silencing efficiencies from 42% up to 88%, at 28 days post-inoculation depending on the plant species, and no significant side effects are visible in the silenced plants. This work highlights a new VIGS system that can be adapted for functional genomics in diverse solanaceous species. In addition, this system can be useful for further analysis of Tomato-Cmm interactions."