Infiriendo redes de coexpresión de genes de Arabidopsis thaliana durante su interacción con Trichoderma spp.

Abstract

La interacción planta-Trichoderma se ha estudiado desde hace unas décadas debido a que el hongo promueve el crecimiento vegetal y estimula dos tipos de resistencia sistémica que vuelven a la planta resistente contra el ataque de patógenos; 1) la resistencia sistémica inducida relacionada con las vías de señalización del ácido jasmónico/etileno y 2) la resistencia sistémica adquirida vinculada con las vías de señalización del ácido salicílico. Además, se ha observado que después de interaccionar con Trichoderma las plantas generan resistencia a diferentes tipos de estrés abiótico como sequía, altas concentraciones salinas y altas temperaturas, por mencionar algunos. Sin embargo, falta esclarecer como trabajan las vías de señalización en la planta después de ser inoculadas con Trichoderma que le permiten responder con cierta resistencia a futuras situaciones de estrés biótico y/o abiótico. Para poder abordar esta problemática de manera integral analizamos el transcriptoma de Arabidopsis thaliana después de interaccionar con T. virens o T. atroviride y en condiciones control (sin interacción). Para este propósito realizamos un análisis transcriptómico convencional y un análisis mediante redes de coexpresión. No encontramos efecto en la inducción de genes cuando se compararon los genes inducidos por ambas especies (p-val 0.055) sugiriendo que ambas especies de Trichoderma generan una respuesta en la planta de manera equiparable. El análisis de enriquecimiento y ontológico corrobora lo reportado en la literatura, se observaron procesos enriquecidos como: proceso metabólico de camalexinas (GO:0052317), respuesta a ácido salicílico (GO:0009751), respuesta al ácido jasmónico (GO:0009753) y la respuesta a hipoxia (GO:0071456). A partir de un análisis de coexpresión de redes hipotetizamos que los mecanismos de defensa de la planta pueden estar relacionados con algunos mecanismos hipóxicos. Identificamos un factor de transcripción ERF071 que es necesario para responder a la hipoxia y podría tener un papel secundario en los mecanismos de defensa de la planta contra patógenos.

The plant-Trichoderma interaction has been studied for a few decades because the fungus promotes plant-growth and stimulates two types of systemic resistance that make the plant resistant against pathogen attack; induced systemic resistance linked to jasmonic acid/ethylene signaling pathways and acquired systemic resistance linked to salicylic acid signaling pathways. Furthermore, it has been observed that after interacting with Trichoderma, plants generate resistance to different types of abiotic stress such as drought, high saline concentrations, high temperatures, etc. However, it remains to be clarified how the signaling pathways work in the plant after being inoculated by Trichoderma allows it to respond with certain resistance to future situations of biotic and/or abiotic stress. To address this problem comprehensively, we analyzed the transcriptome of Arabidopsis thaliana after interacting with T. virens or T. atroviride and under control conditions (without interacting). For this purpose we performed a conventional transcriptomic analysis and an analysis using co-expression networks. We found no effect on gene induction when the genes induced by both species were compared (p-val 0.055), suggesting that both Trichoderma species generate a response in the plant in a comparable manner. The enrichment and ontology analysis corroborates what was reported in the literature when enriched processes were observed such as: metabolic process of camalexins (GO:0052317), response to salicylic acid (GO:0009751) and response to jasmonic acid (GO:0009753). From a network co-expression analysis, we hypothesized that plant defense mechanisms may be related to some hypoxic mechanisms. We identified a transcription factor ERF071 that is necessary to respond to hypoxia and could play a secondary role in plant defense mechanisms against pathogens. When we worked with the erf071 mutant we observed that it was sensitive to hypoxia using a dip hypoxia assay. We also observed that inoculation with Trichoderma promoted resistance against hypoxia. Subsequently, with a pathogen challenge test using B. cinerea, we observed that erf071 failed to trigger resistance against the pathogen despite previously interacting with Trichoderma. The opposite phenotype was observed in the wild-type where the interaction with Trichoderma generated resistance against B. cinerea