Functional characterization of genes associated with Arabidopsis defence against the two-spotted spider mite feeding

Arnaiz Alonso, Ana (2019). Functional characterization of genes associated with Arabidopsis defence against the two-spotted spider mite feeding. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57424.

Description

Title: Functional characterization of genes associated with Arabidopsis defence against the two-spotted spider mite feeding
Author/s:
  • Arnaiz Alonso, Ana
Contributor/s:
  • Díaz Rodríguez, Isabel
  • Santamaría Fernández, Mª Estrella
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (UPM)
Department: Biotecnologia [hasta 2014]
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Las plantas deben hacer frente a multitud de estreses en la naturaleza. Entre ellos, las plagas de artrópodos fitófagos causan pérdidas importantes en la calidad y el rendimiento de los cultivos. En concreto, el ácaro Tetranychus urticae, conocido como araña roja constituye una de las principales plagas a nivel mundial, con capacidad de alimentarse de más de 1.100 plantas diferentes, incluyendo alrededor de 150 especies de interés agronómico. Está considerado una de las amenazas agrícolas más importantes ya que tiene un ciclo de vida corto, una elevada tasa de reproducción y una capacidad extraordinaria para desarrollar resistencia a pesticidas. Además, T. urticae es una especie modelo dentro de los Chelicerata fitófagos ya que su genoma está secuenciado y se dispone de una amplia gama de herramientas y protocolos para trabajar con esta especie. Asimismo, la capacidad de la araña roja para alimentarse de la especie modelo Arabidopsis thaliana y la cantidad de herramientas disponibles para esta especie vegetal nos ofrecen una excelente oportunidad para el estudio funcional en la interacción entre plantas y ácaros. En esta tesis, hemos tratado de discernir cómo las plantas se defienden frente al ataque de la araña roja a diferentes niveles de la ruta de transducción de señales (percepción, señalización y moléculas de defensa final). Como punto de partida, hemos utilizado el análisis de la expresión génica diferencial en respuesta al ataque de T. urticae en dos accesiones de Arabidopsis (Bla-2, resistente y Kon, susceptible). Este análisis transcriptómico nos ha permitido buscar, identificar y seleccionar genes candidatos involucrados en la defensa de Arabidopsis frente a la araña roja. En este contexto, se han caracterizado genes que codifican receptores de plantas, compuestos implicados en defensa, en la señalización hormonal, en el equilibrio de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno y diferentes moléculas con propiedades acaricidas que afectan directamente a la fisiología del ácaro. Además, los bioensayos realizados con plantas de Arabidopsis que sobre-expresan o silencian los genes candidatos, han demostrado su papel en la defensa de la planta frente a la araña roja y han revelado la compleja red que se establece entre ellos para la supervivencia de la planta en condiciones subóptimas. Finalmente, se han estudiado las contra-defensas establecidas por T. urticae frente algunos de estos genes defensivos. ----------ABSTRACT---------- As sessile organisms, plants must cope with multiple and simultaneous stresses in nature. Among them, biotic stresses and specifically pests cause substantial yield losses. In particular, the two-spotted spider mite (Tetranychus urticae) is an extremely polyphagous species found worldwide that feeds on nearly 1,100 documented host plants, including about 150 agronomically important crops. It is considered one of the most significant agricultural threats since it has a short life cycle, high offspring production, and an extraordinary ability to develop pesticide resistance. In addition, T. urticae is a model within chelicerate herbivores because its genome sequenced and a broad range of tools and protocols developed. Mite ability to feed on Arabidopsis thaliana and the wide available toolkits for this plant species have provided an outstanding opportunity for functional studies of plant-mite interaction. In this thesis, we try to elucidate how plants defend themselves against pest attack at different levels of the signal transduction pathway (perception, signaling and final defence molecules). As starting point, a microarray generated with the natural Arabidopsis accessions (Bla-2 and Kon) at the opposite ends of the resistance spectrum against T. urticae was used to search differential expressed genes. This transcriptomic dataset has allowed the identification and selection of candidate genes involved in Arabidopsis defense against spider mites. Thus, genes encoding plant receptors, compounds involved in defense and hormonal signaling and in the ROS/RNS balance, and different defensive molecules with acaricide properties directly target the mite phytophagous physiology has been characterized. Besides, Arabidopsis-mite bioassays using over-expressing and silencing plants have demonstrated their defense role against the phytophagous, and the intricate network among these genes developed for the plant survival under suboptimal conditions. Finally, the contra-defences settled by T. urticae against some of these defensive genes have been also studied.

Funding Projects

TypeCodeAcronymLeaderTitle
Universidad Politécnica de MadridBIO2017-83472-RUnspecifiedUnspecifiedContratos Predoctorales Programa Propio UPM.
Government of SpainBIO2014-53508-RUnspecifiedUnspecifiedEstancia en “Estación Experimental del Zaidín, Granada, España”.

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Item ID: 57424
DC Identifier: http://oa.upm.es/57424/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:57424
DOI: 10.20868/UPM.thesis.57424
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 14 Jan 2020 10:46
Last Modified: 16 Jan 2020 10:51
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