Characterization of the ERECTA-YODA MAPK functional cascade and other phosphorylation events in innate immunity

Swami, Sanjay (2017). Characterization of the ERECTA-YODA MAPK functional cascade and other phosphorylation events in innate immunity. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.49579.

Description

Title: Characterization of the ERECTA-YODA MAPK functional cascade and other phosphorylation events in innate immunity
Author/s:
  • Swami, Sanjay
Contributor/s:
  • Jordá Miró, Lucía
  • Torres Lacruz, Miguel Ángel
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2017
Subjects:
Faculty: E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (UPM)
Department: Biotecnología - Biología Vegetal
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Las cascadas de fosforilación son importantes mecanismos de transducción de señales que median entre la percepción de las señales y la activación de múltiples respuestas en las plantas. YODA (YDA) es una MAPK quinasa quinasa que funciona aguas abajo del receptor tipo quinasa (RLK) ERECTA (ER). Además de controlar el patrón estomático y otros procesos del desarrollo de la planta, la vía mediada por YDA-ER regula respuestas inmunitarias de Arabidopsis. La activación constitutiva de YDA en Arabidopsis (plantas CA-YDA) confiere resistencia a la enfermedad de amplio espectro. Un análisis transcriptómico mostró que las plantas CA-YDA sobreexpresan constitutivamente varios genes relacionados con la pared celular y asociados con la respuesta de defensa. Además, algunos supuestos SMALL SECRETED PEPTIDES (SSP1-8) y PUTATIVE RECEPTOR PROTEINS (PRP1-9), que codifican RLKs, se inducen transcripcionalmente en plantas CA-YDA. El análisis de resistencia a enfermedades realizado en mutantes individuales en estos genes reveló que SSP1, SSP2, SSP6, SSP7, SSP8, PRP1, PRP4 y PRP7 son necesarios para activar las respuestas inmunes de Arabidopsis frente al hongo Plectosphaerella cucumerina (PcBMM), la bacteria Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 o el oomiceto Hyaloperonospora arabidopsidis Noco2. Por otra parte, los mutantes en SSP1 y PRP1 mostraron una mayor susceptibilidad al virus del mosaico de la coliflor, destacando así su papel en la inmunidad frente a una amplia gama de patógenos. Además, se generaron péptidos sintéticos correspondientes a las regiones C-terminales de SSP1 (PEP-A y PEP-E), SSP2 (PEP-O) y SSP7 (PEP-I) para determinar su capacidad de desencadenar respuestas inmunes activadas por PAMPs (PAMP-triggeredi immunity, PTI). Datos preliminares indican que SSP7 y, en menor medida, SSP1 podrían actuar como activadores de respuestas de defensa, ya que los tratamientos con PEP-I y PEP-E son capaces de desencadenar algunos eventos de PTI en plantas silvestres (Col-0). Curiosamente, ni estos pequeños péptidos de señalización ni PRP1 parecen estar implicados en la regulación de parámetros del desarrollo vegetal tales como la altura de la planta o la longitud del pedicelo y la silicua. Además, sólo SSP3 parece tener un papel regulador en el patrón de desarrollo de estomas, ya que los mutantes ssp3 presentan un índice estomático mayor. Por lo tanto, la mayoría de los SSPs seleccionados y PRP1 parecen estar implicados exclusivamente en las respuestas de defensa de Arabidopsis. Estos resultados apoyan la hipótesis de que cambios en la pared celular de las plantas CA-YDA podrían desencadenar respuestas inmunes novedosas que actuarían en paralelo a las vías canónicas de resistencia a enfermedades reguladas por fitohormonas. Este nuevo sistema de vigilancia de la defensa se basaría en pares de péptidos inmunogénicos (SSP) y sus receptores (LRKs) que, tras la percepción de patógenos o elicitores, actuarían en un ciclo de retroalimentación positiva que maximizaría el nivel de inmunidad. El complejo de proteína G heterotrimérica de Arabidopsis modula la PTI y regula la resistencia a la enfermedad causada por patógenos. Para identificar nuevos elementos de la respuesta inmune de las plantas, se realizó un cribado de mutantes para identificar supresores de la susceptibilidad a PcBMM mostrada por una mutación en el gen que codifica la subunidad β de la proteína G heterotrimérica (AGB1). Cuatro mutantes sgb (supresores de la proteína G βeta 1; sgb10, sgb11, sgb12 y sgb13) fueron identificados por su capacidad para rescatar completamente la susceptibilidad de agb1-2. Este estudio se centró principalmente en la caracterización de sgb10. Esta mutación se localizó en el cromosoma 3, correspondiendo a una transición de G a A en la secuencia codificante de MAP KINASE PHOSPHATASE 1 (MKP1; At3g55270). Curiosamente, el mutante mkp1/sgb10 presentó niveles elevados de especies reactivas de oxígeno (ROS) que se mostraron ausentes en el doble mutante con la NADPH oxidasa rbohD, lo que sugiere que esta producción aumentada de ROS es generada por esta oxidasa. Además, se observó una interacción genética epistática entre mkp1/sgb10 y rbohD en la respuesta de resistencia de Arabidopsis a PcBMM, lo que sugiere que MKP1 y RBOHD son componentes de la misma vía de señalización de la inmunidad y que esta NADPH oxidasa podría ser una diana aguas abajo de MKP1. ----------ABSTRACT---------- Phosphorylation cascades are important signal transduction mechanisms that mediate the perception of signals and the activation of multiple responses in plants. YODA (YDA) is a MAPK Kinase Kinase that functions downstream the Receptor Like Kinase (RLK) ERECTA (ER). Besides controlling stomatal patterning and other plant developmental-associated processes, YDA-ER pathway regulates Arabidopsis immune responses. Constitutive activation of YDA in Arabidopsis (CA-YDA plants) confers broad-spectrum disease resistance. A transcriptomic analysis showed that CA-YDA plants constitutively overexpress several cell wall-related and defence-associated genes. In addition, some putative SMALL SECRETED PEPTIDES (SSP1-8) and PUTATIVE RECEPTOR PROTEINS (PRP1-9) coding for RLKs, were upregulated in CA-YDA plants. Disease resistance analysis on single mutants in these genes revealed that SSP1, SSP2, SSP6, SSP7, SSP8, PRP1, PRP4 and PRP7 are required to trigger Arabidopsis immune responses against the fungus Plectosphaerella cucumerina (PcBMM), the bacteria Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 or the oomycete Hyaloperonospora arabidopsidis Noco2. Moreover, mutants in SSP1 and PRP1 displayed enhanced susceptibility towards Cauliflower Mosaic Virus, highlighting their putative role in immunity against a broad range of pathogens. Synthetic peptides corresponding to the C-terminal regions of SSP1 (PEP-A and PEP-E), SSP2 (PEP-O) and SSP7 (PEP-I) were generated to determine their ability to trigger PAMP-triggered immune (PTI) responses. Preliminary data indicate that SSP7 and, to a lesser extent, SSP1 could act as activators of defence responses, as treatments with PEP-I and PEP-E are able to trigger some PTI events in WT plants (Col- 0). Interestingly, neither these small signalling peptides nor PRP1 seem to be involved in regulating developmental parameters such as plant height and pedicel and silique length, and only SSP3 may have a role in stomata patterning, as ssp3 mutants present higher stomatal index. Thus, the contribution of most of the selected SSPs and PRP1 remains unique to Arabidopsis defence responses. We therefore hypothesize that changes in the cell wall of CA-YDA plants may trigger novel immune responses in parallel to canonical disease resistance pathways regulated by phytohormones. This new defence surveillance system would rely on immunogenic peptides (SSPs)-RLK pairs that upon perception of pathogens or elicitors would act in a positive feedback loop maximizing the level of immunity. Arabidopsis heterotrimeric G protein complex modulates PTI and regulates disease resistance to pathogens. To identify new immune response elements, a mutational screening was performed to identify suppressors of the enhanced susceptibility to PcBMM displayed by a mutation in the gene encoding the heterotrimeric G protein β subunit (AGB1). Four sgb (suppressor of G protein βeta1) mutants (sgb10, sgb11, sgb12 and sgb13) were identified based on their ability to fully rescue agb1-2 susceptibility. This study was mainly focused on the characterization of sgb10. This mutation mapped on chromosome 3 and corresponded to a G to A transition in the coding sequence of MAP KINASE PHOSPHATASE 1 (MKP1; At3g55270). Interestingly, mkp1/sgb10 mutant displayed elevated reactive oxygen species (ROS) levels that were compromised in the NADPH oxidase mutant rbohD, suggesting that the enhanced ROS production is generated by this oxidase. Moreover, an epistatic, genetic interaction was observed between mkp1/sgb10 and rbohD in Arabidopsis resistance response to PcBMM, suggesting that MKP1 and RBOHD are components of the same immune pathway and that this NADPH oxidase could be a downstream target of MKP1.

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Item ID: 49579
DC Identifier: http://oa.upm.es/49579/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:49579
DOI: 10.20868/UPM.thesis.49579
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 28 May 2018 06:52
Last Modified: 29 Nov 2018 23:30
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