Cosa manca alla pianta per essere resistente: analisi dei geni espressi durante l’infezione

Studio dell’interazione kiwi-Psa

Dr Gianni Tacconi (CRA-GPG)

Centro di Ricerche per la Genomica e la Postgenomica Animale e Vegetale

Sintomi tipici della batteriosi dell’actinidia

Agente eziologico: Pseudomonassyringae pv. actinidiae ceppo virulento (Psa-V)

Malattie batteriche simili a Psa

Il batterio è flagellato e si muove in un velo d’acquaPuò entrare dagli stomi e colonizzare i tessuti

Migra nello

3

Il batterio entra da aperture naturali e feriteColonizza gli spazi intercellulariInvade i vasi xilematiciDiventa sistemicoEvade dai tessuti sottoforma di esudato

Comparsa di tacche necrotiche con alone

Migra nello xilema e provoca intasamenti

Xiu-Fang Xin and Sheng Yang He (2013) Plants. Annu. Rev. Phytopathol. 51:473–98.

Robert B. Abramovitch, Jeffrey C. Anderson & Gregory B. Martin (2006). Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 601-611

Migrazione sistemica nella pianta

CRA-Fru (Scortichini et al.)

Alla comparsa dei sintomi (essudato bianco) a fine inverno sono stati prelevati campioni di tralci e fusto in diversi punti della pianta

movimento basipeto del batterio a partire dai tralci apicali verso il fusto in circa 15-20 giorni (in quelle

L’analisi PCR è stata effettuata,secondo il protocollo Rees-George(Rees-George, et al. 2010, modificato)su porzioni di tralcio o fusto in tutta laA

B

C

D

E

Successivamente durante la stagione vegetativa sono state prelevate foglie in punti basali ed apicali dei germogli.

in circa 15-20 giorni (in quelle condizioni climatiche)

su porzioni di tralcio o fusto in tutta lasezione (corteccia e legno) o di foglia.

A

F

Cosa manca alla pianta per essere resistente?Studio della resistenza indotta

Arrivo del patogeno

La pianta riconosce il patogeno

Viene attivata una difesa localizzata (risposta ipersensibile HR)(risposta ipersensibile HR)

La pianta diventa resistente a diversi patogeni

Viene attivata una difesa sistemica (resistenza sistemica acquisita SAR)

Induzione della resistenza sistemica SAR

Trattamento con ASM (acibenzolar-S-methyl)

Infezione con Psa-V:GFP dopo 15 gg dal trattamento con acqua (sinistra) e con ASM (Bion 50WG) (destra).

Nella pianta non trattata dopo 2 settimane sono evidenti i sintomi fogliari e la colonizzazione dei vasi

Sequenziamento del trascrittoma (ILLUMINA) di piante sane vs piante SAR indotte (ASM) sane ed infettate

buffer

Acwater

Allestimento dell’esperimento di analisi trascrittomica per lo studio dei geni espressi nell’interazione pianta-patogeno

Psa-V

Prelievi a

3 ore

24 ore

48 ore

AcASM

Experimental protocol: 2 thesis x 3 time-points = 6 x (3+3) rep=36 pots x 2 tratt. = 72 pots x 5 plants/pots=360 plants

48 ore

Prelievi a

3 ore

24 ore

48 ore

Infezione in ambiente controllato su una accessione di Actinidia chinensis (Ac)

Suscettibile

Controllo non trattato

Studio dell’interazione pianta-patogeno in condizioni controllate ed effetto del ASM (acibenzolar-S-methyl)

Infezione

Psa-VResistente*

Prelievi a3 ore 24 ore 48 ore

TrattamentoAcqua

Trattamento ASM

Trattamento ASM

Analisi RNAseqIllumina GAIIx

Analisi trascrittomica: esperimento di sequenziamento di tutti i geni espressi nella interazione pianta-patogeno

Ac water

Ac water Psa-V

Time-points3 -24- 48 h

Ac ASM

Ac ASM Psa-V

Estrazione mRNACostruzione di 30 librerie

Transcriptome analysis

Ac ASM Psa-V

Ricostruzione di tutti i geni espressi dalla pianta

Oltre 200 milioni di sequenze generate

Confronto dei geni espressi in

diverse condizioni per capire quali

danno la resistenza

Analisi dei geni espressi

bufferPsaV

Ac

Geni differentemente espressi (DEG)

Acwater

AcASM

Infezione su piante non trattate ASM

Infezione su piante trattate

ASM

Come rispondono le piante: geni accesi e spenti in seguito all’infezione

Geni in comune: entrambe le piante li modulano

Geni delle piante “resistenti”: tra questi vi sono i geni che danno la resistenza

Possiamo sapere chi sono e cosa fanno

Esempio di geni noti coinvolti nella risposta a livello cellulare

Il caso di da Pseudomonas syringae pv tomato: la cellula accende diversi geni e contrasta l’infezione

Xiu-Fang Xin and Sheng Yang He (2013) Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000: A Model Pathogen for Probing Disease Susceptibility and Hormone Signaling in Plants. Annu. Rev. Phytopathol. 51:473–98.

Esempio di geni noti coinvolti nella risposta a livello sistemico (SAR)

Vengono attivati anche molti geni che attivano le difese in tutta la pianta anche in punti lontani dall’infezione

La pianta diventa immune da ulteriori infezioni.

Si ha resistenza ad ampio spettro

D’Maris Amick Dempsey and Daniel F. Klessig. (2012). SOS – too many signals for systemic acquired resistance? Trends in Plant Science, September 2012, Vol. 17, No. 9 pp.538-545

Geni necessari per la resistenza

Studio interazione pianta-Psa

Sviluppo di

Studio dei geni differenzialmente espressi

Sviluppo di sistemi di resistenza

Miglioramento genetico eMarcatori molecolari

Rimedi fitoiatrici eInduttori di resistenza

Studio dei geni chiavein diverse condizioni di crescita e cultivar

CRA-GPG

Vania MichelottiGianni TacconiAntonella LamontanaraLuigi OrrùLuigi Cattivelli

UniBoFrancesco SpinelliIrene DonatiGiampaolo BurianiAntonio CelliniGuglielmo Costa

Collaborazioni

Grazie per Grazie per Grazie per Grazie per Grazie per Grazie per Grazie per Grazie per l’attenzionel’attenzionel’attenzionel’attenzionel’attenzionel’attenzionel’attenzionel’attenzione

Guglielmo Costa

Plant & Food ResearchJoel Vanneste

Gianni TacconiCRA-GPG Genomics Research CentreVia S. Protaso, 302, CAP I-29017 Fiorenzuola d’Arda,Piacenza, Italyhttp://centrodigenomica.entecra.it e-mail: gianni.tacconi@entecra.it